人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送教案

电能的输送

【教学目标】

1．知道为什么要远距离输电、“便于远距离输送”是电能的优点之一，掌握高压输电的过程。

2．掌握降低输电损耗的两个途径。

3．了解电网供电的优点和意义。

【教学重难点】

1．输电线上电压损失与功率损失产生的原因及如何减少两种损耗。

2．高压输电电路图画法及电路图中三个回路的电压、电流、功率的关系。

【课时安排】

一课时 

【教学方法】

讲授法、演示实验法、分组讨论法、PPT展示。

【教学过程】

一、复习第三节课重要知识点（采用提问全班学生的形式来复习，同时在PPT上展示复习的知识点）

1．变压器的工作原理：利用电磁感应把原线圈的电能传输给副线圈，副线圈把电能传递给负载。

2．理想变压器的基本规律：

电压关系：

电流关系：

功率关系：

3．变压器的结构示意图和电路中的画法。

二、为什么要远距离输电？

通过PPT展示核心城市“北京”、“上海”、“广州”、“香港”四幅美丽的夜景图。

（一）师生互动环节

师：“如此美丽的夜景，如果没有电，还能看到这些美景吗？”

生：“不能”

师：“电从哪里来？”

生：“发电厂”

师：“怎么样把电能送过来？”

生：“用两根导线连接发电厂和用户即可把电能输送过来”

师：“很好，我们国家著名的发电厂有哪些？”

生：“…………”

（二）教师通过PPT讲授

用PPT展示“秦山核电站”、“内蒙古准格尔热电厂”、“三峡水电站”、“达板城风力发电站”，用PPT把发电厂和核心城市的位置标在国家地图上，学生会发现两个位置相距甚远，故需要远距离输电。

三、输送电能有哪些基本要求？（采用边提问学生边解释、总结的方式来完成）

可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。

保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。

经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。

四、降低输电损耗的两个途径。

画出没有经过升压之前的电能输送图，引导学生得出以下信息：由于输电导线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量Q，这些热量不能被人们使用，白白浪费掉，损失一部分电能；同时输电线上有电压降，故又损失一部分电压。（强调导线电阻、用户端和发电厂形成一个回路，三者串联，电流处处相等，导线和用户各分得一部分电压。）

（一）师生互动环节

师：请大家看热量的公式，能否通过减少电能输送的时间来减少不能被人们使用的热量的损耗呢？比方说一天24小时，只通电10分钟。

生：笑着说不可能。

师：这样看来只能减少那个物理量？

生：损耗功率。

师：请问减少功率损耗有几种方法呢？

生：减小电流I和减小导线电阻R。

师：下面我们分别来研究减小电流I和减小导线电阻R对电能损耗的影响。

（二）学生分组讨论

组织学生分组讨论3分钟，减小电阻的方法有哪些，教师下去巡堂，然后提问。

师：根据减小输电导线电阻的方法有哪些？

生：减小输电导线的长度、横截面积和金属电阻率。

师：减小输电导线的长度不可行，因为用户和发电厂之间的距离已经确定，导线长度无法改变。现在老师给出几种金属的电阻率，请大家看看用哪些材料做输电导线比较好。(教师通过PPT向学生展示几种金属的电阻率)

几种金属导体在20℃时的电阻率：

银 1.65 × 10-8   Ω·m

铜 1.75 × 10-8   Ω·m

金 2.40 × 10-8   Ω·m

铝 2.83 × 10-8   Ω·m

生：………………

师：金和银比较贵重，不适合做输电导线；铜的密度比较大，同等情况下，质量较大，架设比较困难，而铜的价格较铝要贵，所以输电导线一般用铝。距离L无法改变，输电导线一般选用铝作为材料，所以我们现在能做的是减小输电导线的横截面积，导线的电阻要多粗才好呢？

接下来教师通过一个例题，问同学们按照题目的要求，导线到底要多粗才行？

例. 某电站输送功率P=200KW，输入电压U=110V，该电站到用户的距离d=10km，在输电过程中若只允许有10%的能量损耗，试求：至少要用多大横截面积的铝线？(ρ=2.9×10-8Ω·m)

由于时间的问题，可以不让学生自己去计算，只告诉他们结果r=18cm；教师拿一把米尺跟学生比划出导线的粗细程度，学生会对直径是36cm的导线非常吃惊的！

师：看来不能无限度地增加导线的横截面积，因为导线变粗面临两个问题，一方面造价贵，另一方面架设困难。请问还有什么办法可以减少电能的损失？

生：减小输电导线的电流I。

师：回答正确，请大家阅读课本62页的“思考与讨论”，并完成思考题。

给学生5分钟时间，把思考题做完，然后单独提问学生。

师：1．怎样计算输电线路损失的功率？

学生回答：

师：2．在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的多少？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的多少？

生：分别是二分之一和四分之一。

师：3．哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？

生：减小输电线中的电流I

师：4．怎样计算用户消耗的功率P？

生：

师：在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？

生：升高输送电压，减小输送电流。

师：很好，我们通过理论推导得出了要减小电能的损耗，要通过提高输送电压以减小输送电流的方法来实现。实际情况是这样的吗？我们来给大家做一个模拟远距离输电的实验。我们用学生电源模拟发电厂，输出电压为3V，三个相同的小灯泡模拟用电器，额定电压均为3V；第一个小灯泡不经过长导线连接，直接接在3V的学生电源上；第二个小灯泡经过长导线后再连接到学生电源上；第三组对比实验是把学生电源输出来的电压经过升压变压器升高10倍再输送，到达小灯泡前又通过降压变压器降至原来的十分之一，然后再接小灯泡。（自制【实验器材】如下图）

这个实验的现象非常明显，没有经过长导线输送就获得电能的小灯泡最亮，经过升压再降压后获得电能的小灯泡次亮，没有经过升压和降压处理而获得电能的小灯泡亮度最弱。在做实验这个环节请学生参与。

五、远距离输电原理

1．交流高压输电的基本环节：发电站——升压变压器——高压输电——降压变压器——用户

（通过PPT展示上方关键环节的图片）

2．远距离输电过程示意图  （通过PPT展示课本63页的输电过程示意图）

师：我们在解决远距离输电这类问题时，简化成以下图来处理。

在讲这个远距离输电原理图的时候，要带着学生去寻找功率的关系、电压的关系、电流的关系，这是本节课的第二个重点。强调远距离输电可以分成三个回路来研究。

六、电网供电优点（全班齐读并记忆）

1．在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。

2．电网可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电质量。

3．使电力的供应更加可靠，质量更高。

七、课堂练习（单独提问学生解题）

1．远距离输电都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV线路。采用高压输电的优点（  C  ）

A．可节省输电线的铜材料      

B．可根据需要调节交流电的频率

C．可减少输电线上的能量损耗  

D．可加快输电的速度

2．在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是 （  D  ）

A．使输电线粗一些。    

B．减短输电线长度。

C．减少通电时间。

D．采用高压输电。

3．一小型发电站通过升压，降压变压器把电能输给用户。已知发电机的输出功率是500kW，端电压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1:5，两变压器间输电线的总电阻为1.5Ω，降压变压器的输出电压为220V，不计变压器的损耗。求：

（1）升压变压器的副线圈两端电压；2500V

（2）输电导线上的功率损失；60kW

（3）降压变压器原、副线圈的匝数比；10：1

（4）用户得到的功率。440kW

4．远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是（  D ）

A．输电线上的电流变为原来的n倍

B．输电线上的电压损失变为原来的1/n2

C．输电线上的电功率损失变为原来的1/n

D．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍

5．下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是（  C  ）

A．因为热功率，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗。

B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗。

C．因为热功率P=I2R，故可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗。

D．以上说法均不正确。

6．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率可表示为（ B C D ）

八、小结（采用集体提问方式复习当堂所学内容）

1．输送电能有哪些基本要求？可靠、保质、经济。

2．降低输电损耗的两个途径是什么？减小输电导线电阻和提升输送电压。

3．降低输电损耗的最有效的途径是什么？提升输送电压。

【教学反思】

这一节课第一个重点应该放在减小输送电压和输送电能的损耗，第二个重点应该放在远距离输电电路图，要求学生掌握电路图有三个回路及各部分的电压关系、电流关系、功率关系；学生容易出错的地方是把输电导线损耗的电压和输送电压认为是同一个电压，导致计算电路损耗的功率时出错。本节课我的第一个成功之处是展示了一个自己动手制作的实验器材，用它来模拟远距离输电，实验现象非常明显，我相信学生一定能记住提高输送电压可以减小输电损耗，第二是备课充分，对内容非常熟悉，讲解也到位，准备了足够的练习，还引入了魔术，提高学生学习的兴趣；不足之处是习题的讲解不够详细，下次改进。