高二物理電能的輸送教案設計
第1課時
一、教學目的：
1.了解電能輸送的過程。
2.知道高壓輸電的道理。
3.培養(yǎng)學生把物理規(guī)律應用于實際的能力和用公式分析實際問題的能力。
二、教學重點：培養(yǎng)學生把物理規(guī)律應用于實際的能力和用公式分析實際問題的能力。
三、教學難點：傳輸電路中電功率轉化及電損耗的計算。
四、教學方法：討論，講解
五、教學過程：
(一)引入新課
講述：前面我們學習了電磁感應現(xiàn)象和發(fā)電機，通過發(fā)電機我們可以大量地生產電能。比如，葛洲壩電站通過發(fā)電機把水的機械能轉化為電能，發(fā)電功率可達271.5萬千瓦，這么多的電能當然要輸送到用電的地方去，今天，我們就來學習輸送電能的有關知識。
(二)進行新課
1.輸送電能的過程
提問：發(fā)電站發(fā)出的電能是怎樣輸送到遠方的'呢?如：葛洲壩電站發(fā)出的電是怎樣輸?shù)轿錆h、上海等地的呢?很多學生憑生活經驗能回答：是通過電線輸送的。在教師的啟發(fā)下學生可以回答：是通過架設很高的、很粗的高壓電線輸送的。
出示：電能輸送掛圖，并結合學生生活經驗作介紹。
2.遠距離輸電為什么要用高電壓?
提問：為什么遠距離輸電要用高電壓呢?學生思考片刻之后，教師說：這個實際問題就是我們今天要討論的重點。
板書：(高壓輸電的道理)
分析討論的思路是：輸電 導線(電阻) 發(fā)熱 損失電能 減小損失
講解：輸電要用導線，導線當然有電阻，如果導線很短，電阻很小可忽略，而遠距離輸電時，導線很長，電阻大不能忽略。列舉課本上的一組數(shù)據(jù)。電流通過很長的導線要發(fā)出大量的熱，請學生計算：河南平頂山至湖北武昌的高壓輸電線電阻約400歐，如果輸電線的電流是1安，每秒鐘導線發(fā)熱多少?學生計算之后，教師講述：這些熱都散失到大氣中，白白損失了電能。所以，輸電時，必須要盡量減小導線發(fā)熱損失。
提問：如何減小導線發(fā)熱呢?
分析：由焦耳定律Q=I2Rt，減小發(fā)熱Q有以下三種方法：一是減小輸電時間t，二是減小輸電線電阻R，三是減小輸電電流I。
提問：第一種方法等于停電，沒有實際價值。第二種方法從材料、長度、粗細三方面來說都有實際困難。適用的超導材料還沒有研究出來。排除了前面兩種方法，就只能考慮第三種方法了。從焦耳定律公式可以看出。第三種辦法是很有效的：電流減小一半，損失的電能就降為原來的四分之一。通過后面的學習，我們將會看到這種辦法也是可行的。
板書結論：(A：要減小電能的損失，必須減小輸電電流。)
講解：另一方面，輸電就是要輸送電能，輸送的功率必須足夠大，才有實際意義。
板書：(B：輸電功率必須足夠大。)
提問：怎樣才能滿足上述兩個要求呢?
分析：根據(jù)公式P=UI，要使輸電電流I減小，而輸送功率P不變(足夠大)，就必須提高輸電電壓U。
【例】一小型水電站輸出的電功率為20KW，輸電線總電阻為5，如果發(fā)電機輸出電壓為400V，且直接進行輸電，輸電導線上損失的電功率為多少?
若改為2000V電壓輸電，則輸電導線上損失電功率又為多少?
用2000V輸電時，所使用的升壓變壓器、降壓變壓器的原副線圈匝數(shù)比為多少?
P=U1I1 I1= A=50A
P線=I12R=25005W=12500W
P=U2I2 I2= A=10A P線=I22R2=1005W=500W
教師講解時要求學生必須畫出輸電示意圖如下
分析U輸、U線、U用、P輸、P線、P用、I輸、I線、I用的關系
I輸=I線=I用U輸=U線+U用P輸=P線+P用
從本題的解答中你發(fā)現(xiàn)什么?
答：輸電電壓提高幾倍?輸電線上電壓損失為原來幾倍?輸電線上損失的電能為原來的幾倍?
電壓提高了5倍，輸電線上損失的電壓降為原來的五分之一，電線上的損失功率降為原來的二十五分之一。
結論：高壓輸電可以保證在輸送功率不變的情況下，減小輸電電流來減小輸電的電能損失。
3.變壓器能把交流電的電壓升高(或降低)
講解：在發(fā)電站都要安裝用來升壓的變壓器，實現(xiàn)高壓輸電。但是我們用戶使用的是低壓電，所以在用戶附近又要安裝降壓的變壓器。
討論：高壓電輸?shù)接秒妳^(qū)附近時，為什么要把電壓降下來?(一是為了安全，二是用電器只能用低電壓。)
4.引導學生看課本的最后兩個自然段，了解我國輸電電壓，知道高壓輸送電能的優(yōu)越性。
(三)鞏固練習
1.發(fā)電機的輸出電壓為220伏，輸出功率為44千瓦，每條輸電線電阻為0.2歐，求用戶得到的電壓和電功率各是多少?如果發(fā)電站先用變壓比為1：10的升壓變壓器將電壓升高，經同樣輸電線路后，再經過10：1的降壓變壓器降壓后供給用戶，則用戶得到的電壓和電功率又各是多少?
2.輸送4.0106W的電能，若發(fā)電機輸出電壓為2000V，先用變壓器升壓后應用截面積為4.25㎝2的銅導線，把電能送到400KM遠處，線路損失的功率為5.0105W。(銅的電阻率為1.710-8m)
(1)應選用匝數(shù)比為多少的升壓變壓器?
(2)在用電區(qū)使用降壓變壓器，其原線圈兩端的電壓為多少?
3.葛洲壩電站發(fā)電功率約271.5萬千瓦，如果用1000伏的電壓輸電，輸電電流是多少?如果輸電電阻是200歐，每秒鐘導線發(fā)熱損失的電能是多少?如果采用100千伏的高壓輸電呢?
(四)課堂小結：:
1.輸電導線的功率損失分析
(1)減小電阻(受條件制約)
(2)高電壓輸電(應用廣泛)
(3)P損=P2R線/U2送
2.簡單輸送電路的計算和步驟
(1)畫出供電圖
(2)以變壓器鐵心為界線分各個回路,各回路可獨立運用歐姆定律分析.
各回路間通過線圈匝數(shù)比與電壓比賀電流比的關系,總共率不變等聯(lián)系.
(五)作業(yè)布置：1.227頁練習四(1)、(3)、(4)、(5) 2.思考227頁練習四(2)題
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