“電能的輸送”教學(xué)設(shè)計(jì)及反思

（本課選自人教版高中《物理》新課標(biāo)教材·選修3-2 5.5“電能的輸送”一節(jié)，此課與義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書(shū)《物理》八年級(jí)下冊(cè)6-8單元的知識(shí)相關(guān)聯(lián)。在初中階段教師講授的是部分電路的歐姆定律，而此課是針對(duì)全部電路的歐姆定律的講解，在此基礎(chǔ)上全面、細(xì)致地分析和解決電學(xué)方面的知識(shí)，為初中教師教學(xué)進(jìn)一步提供了課程資源.）

教材分析:

“電能的輸送”是學(xué)生學(xué)習(xí)了電、磁規(guī)律之后，用已有的知識(shí)來(lái)解決生活實(shí)際問(wèn)題，它是電磁學(xué)知識(shí)的一個(gè)非常重要的綜合應(yīng)用.具有很高的科學(xué)價(jià)值.為了體現(xiàn)新課程的理念，在課堂教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，讓學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)去探究、發(fā)現(xiàn)并解決相關(guān)問(wèn)題，使學(xué)生獲得成功的快感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情，并獲得新知識(shí).

教學(xué)目標(biāo):

1.知識(shí)與技能:讓學(xué)生了解影響高效輸電的因素有哪些，利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行自主探究，從而解決電能在輸送過(guò)程中存在的問(wèn)題，找到有效輸電所采取的措施和方法.

2.過(guò)程與方法:采用師生互動(dòng)、小組合作、實(shí)驗(yàn)探究等方法.

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān):引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)探究，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，在學(xué)習(xí)提高的同時(shí)獲得一定的成就感；教育學(xué)生節(jié)約用電，養(yǎng)成勤儉節(jié)約的好習(xí)慣.

教學(xué)重點(diǎn):

在電能輸送的過(guò)程中如何有效地減少輸電線(xiàn)路上的功率損失和電壓損失.

教學(xué)難點(diǎn):

遠(yuǎn)距離輸電原理圖的理解.

教具準(zhǔn)備:

學(xué)生電源（1）、鐵架臺(tái)（2）、小燈泡（2）、帶燈座、長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)（2）、短導(dǎo)線(xiàn)若干、變壓器.

教學(xué)過(guò)程:

導(dǎo)入新課：

師：前面我們學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象和發(fā)電機(jī)，通過(guò)發(fā)電機(jī)可以大量地生產(chǎn)電能，比如三峽發(fā)電站把水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電功率可達(dá)1820萬(wàn)千瓦;秦山核電站將核能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電功率可達(dá)30萬(wàn)千瓦;新疆達(dá)坂坡風(fēng)力發(fā)電站將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能， 發(fā)電功率可達(dá)12.5萬(wàn)千瓦.這些發(fā)電站發(fā)出的電是怎樣輸送到城市、鄉(xiāng)村，使人們進(jìn)行生產(chǎn)和生活的.（展示每個(gè)發(fā)電站，展示人們生產(chǎn)和生活的錄像.)

進(jìn)行新課：

實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)一名學(xué)生到臺(tái)前來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，其他同學(xué)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

第一次:給一個(gè)額定電壓為6V的小燈泡供電，讓其正常發(fā)光.

第二次:電源電壓不變，教師把小燈泡拿到距離電源盡可能遠(yuǎn)處，讓學(xué)生連接輸電電路.（教師可以將兩個(gè)帶鐵夾的鐵架臺(tái)并排連接兩根導(dǎo)線(xiàn)，模擬兩根電線(xiàn)桿的輸電）.學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)兩次小燈泡的亮度有明顯的不同.（用計(jì)算機(jī)出示電路圖.）

提問(wèn):為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象?

（學(xué)生分析輸電線(xiàn)上有電能損失，小燈泡兩端的電壓減少或輸電線(xiàn)上有電壓損失.）

師：電能的輸送需要解決問(wèn)題是減少輸電過(guò)程中輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失.請(qǐng)同學(xué)們看下面的例題.（分析輸電過(guò)程中輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失.）

展示例題：

本校發(fā)電機(jī)的功率為110KW，輸出電壓為220V.用橫截面積為120mm2的銅線(xiàn)給相距120m的教室供電，銅的電阻率為1.7×10-8Ω.（1）計(jì)算輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失?（在黑板的左上角畫(huà)輸電電路圖）.

U損=IR=500×3.4×10-2=17V.

（2）若發(fā)電機(jī)與教室的距離為1200m時(shí)，輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失又為多少？

P損=I2R=5002×0.34=85KW.

U損=IR=500×0.34=170V.

（用投影儀展示學(xué)生計(jì)算過(guò)程.）

師：通過(guò)兩次計(jì)算，你能發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題?

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比兩次計(jì)算結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)距離為1200m時(shí)， 輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失太大，無(wú)法使用戶(hù)正常工作.

師：該怎么辦?

探究問(wèn)題一: 如何減少輸電過(guò)程中輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失.

引導(dǎo)學(xué)生分析討論兩次計(jì)算，得出輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失計(jì)算的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式，并對(duì)該式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)解決方法.

P損= I2R.U損=IR（P=IU).

（1）減少輸電線(xiàn)路的電阻.（長(zhǎng)度不變）→增大導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積和選電阻率小的導(dǎo)線(xiàn).

（2）減少輸電線(xiàn)路的電流→提高輸送電壓.

教師布置學(xué)生分成兩組，對(duì)得到的兩種方法進(jìn)行計(jì)算，論證解決發(fā)電機(jī)與教室的距離為1200m時(shí)，如何減少輸電線(xiàn)路的功率損失和電壓損失(若P損=10%P).

第一種:增大導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積.

第二種:提高輸送電壓.

（用投影儀同時(shí)展示學(xué)生的兩次計(jì)算過(guò)程.）

師：通過(guò)計(jì)算，對(duì)于距離為1200m的輸送過(guò)程，采取哪種方式更好？

引導(dǎo)學(xué)生分析，應(yīng)采取高壓輸電.（采取S=9.27cm2， 導(dǎo)線(xiàn)太粗，耗原材料太多，不經(jīng)濟(jì)，會(huì)使輸電導(dǎo)線(xiàn)太重.給架線(xiàn)帶來(lái)很大困難，這種應(yīng)采用高壓輸電.)

師：是否都必須采取高壓輸電?

探究問(wèn)題二:采用哪種方式輸送電能更合理？

學(xué)生分析討論:

距離為120m時(shí)，用橫截面積為120mm2的銅導(dǎo)線(xiàn)是可行的，即經(jīng)濟(jì)，又不會(huì)損失太多的電能.

距離為1200m時(shí)用S=120 mm2的銅導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，電能損失太多，電壓損失太大，教室內(nèi)的燈幾乎不亮，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，若讓輸電線(xiàn)路的功率損勢(shì)為10%，則銅導(dǎo)線(xiàn)太粗（通過(guò)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合實(shí)物模型說(shuō)明）.即耗原材料太多，不經(jīng)濟(jì)，再有導(dǎo)線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)、過(guò)重.對(duì)于架線(xiàn)也存在一定的困難，遠(yuǎn)距離應(yīng)采用高壓輸電.

（1）近距離輸電可適當(dāng)增加輸電線(xiàn)的橫截面積.

（2）遠(yuǎn)距離輸電應(yīng)提高輸送電壓（高壓送電）.

讓學(xué)生對(duì)剛上課時(shí)做的第2個(gè)小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，怎樣才能更合理？給出器材：變壓器2個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)（細(xì)、粗），變阻器.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生歸納遠(yuǎn)距離輸電模型，先采用升壓再降壓的方法.

師：把遠(yuǎn)距離輸電的示意圖畫(huà)在黑板上的右上角，并對(duì)此輸電過(guò)程進(jìn)行分析:

師：是不是輸電電壓越高越好，可以無(wú)限制提高電壓.

學(xué)生討論回答:電壓太高危險(xiǎn)；設(shè)備要花更多的錢(qián)……

教師總結(jié):電壓越高，對(duì)輸電線(xiàn)路絕緣的要求越高，線(xiàn)路修建費(fèi)用就會(huì)增加，輸電電壓越高，變壓器上的電壓越高，制造變壓器時(shí)在絕緣、結(jié)構(gòu)等方面要求也要相應(yīng)提高.再有在輸送交流電時(shí)，感抗、 容抗對(duì)輸電線(xiàn)路的電壓也會(huì)造成損失.

小結(jié):電能輸送時(shí)，要綜合考點(diǎn)各種因素，如輸送的功率大小，距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的要求等.依照不同的情況選擇適合的輸電電壓、輸電導(dǎo)線(xiàn)，以達(dá)到電能輸送的最佳效果.輸電電壓 （110KW 220KV 330KV），數(shù)少地區(qū)以達(dá)到550KV.目前世界上正在試驗(yàn)的最高輸電電壓是1150KV.你知道我國(guó)一般的輸電線(xiàn)路嗎？大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓等級(jí)為10.5KV，13.8KV，15.7KV，18.0KV，都不符合遠(yuǎn)距離送電.如果輸電電壓是220KV或330KV，到了用電區(qū)，先在一次高壓變電所降到110KV，再由二次高壓變電降到10KV，其中一部分送往需要高電壓的工廠(chǎng)，另一部分送到低壓變電所降到220/380V，送給一般用戶(hù).（展示圖片或錄像.）

課堂練習(xí)：

1.在電能輸送過(guò)程中，若輸送的電功率一定，則在輸電線(xiàn)上損耗的功率（）:

A. 隨輸電線(xiàn)電阻的增大而增大

B. 和輸送電壓的平方成正比

C. 和輸送電線(xiàn)上電壓降的平方成正比

D. 和輸電線(xiàn)上電流強(qiáng)度的平方成正比

E. 和輸送電壓的平方成反比

2.一電站向某地輸送一定功率的電能，輸電線(xiàn)上損失的功率為100kW，若把輸送電壓提高為原來(lái)的10倍，同時(shí)將輸電線(xiàn)的直徑減為原來(lái)的一半，則輸電線(xiàn)上損失的電功率為 瓦.

3.某變電站用220V的電壓送電，導(dǎo)線(xiàn)上損失的電功率是輸出功率的20％， 若要使導(dǎo)線(xiàn)損失電功率是輸出功率的5％，則輸出的電壓應(yīng)為 伏特.

課堂小結(jié):

1.輸送電能的兩種方式.

（1）近距離輸電可適當(dāng)增加橫截面積；

（2）遠(yuǎn)距離輸電應(yīng)提高輸送電壓（高壓送電）.

2.掌握遠(yuǎn)距離輸電模型.

教學(xué)反思:

1.在本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)上力爭(zhēng)體現(xiàn)出新課改精神，重在過(guò)程，重在發(fā)現(xiàn)，而不是只重結(jié)論.

2.采用探究式教學(xué)法.體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生主動(dòng)參與其中而不是被動(dòng)接受教師的結(jié)論.

3.本節(jié)課前設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，不僅能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲，還活躍了課堂氣氛，和諧了師生關(guān)系；本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不僅使學(xué)生提高了實(shí)踐操作能力，更使學(xué)生在觀(guān)察分析過(guò)程中完成了感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果，應(yīng)在以后的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步強(qiáng)化這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā).

4.現(xiàn)代教學(xué)手段的運(yùn)用更給學(xué)生一個(gè)全方位的視聽(tīng)感覺(jué)，取得了較好的教學(xué)效果.

（作者單位：龍江縣第1中學(xué)）