“电能的输送”教学设计及反思

（本课选自人教版高中《物理》新课标教材・选修3-2 5.5“电能的输送”一节，此课与义务教育课程标准试验教科书《物理》八年级下册6-8单元的知识相关联。在初中阶段教师讲授的是部分电路的欧姆定律，而此课是针对全部电路的欧姆定律的讲解，在此基础上全面、细致地分析和解决电学方面的知识，为初中教师教学进一步提供了课程资源.）

教材分析:

“电能的输送”是学生学习了电、磁规律之后，用已有的知识来解决生活实际问题，它是电磁学知识的一个非常重要的综合应用.具有很高的科学价值.为了体现新课程的理念，在课堂教学中充分发挥学生的主动性，让学生利用所学的知识去探究、发现并解决相关问题，使学生获得成功的，激发学生学习的激情，并获得新知识.

教学目标:

1.知识与技能:让学生了解影响高效输电的因素有哪些，利用所学知识进行自主探究，从而解决电能在输送过程中存在的问题，找到有效输电所采取的措施和方法.

2.过程与方法:采用师生互动、小组合作、实验探究等方法.

3.情感态度与价值观:引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习提高的同时获得一定的成就感；教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯.

教学重点:

在电能输送的过程中如何有效地减少输电线路上的功率损失和电压损失.

教学难点:

远距离输电原理图的理解.

教具准备:

学生电源（1）、铁架台（2）、小灯泡（2）、带灯座、长导线（2）、短导线若干、变压器.

教学过程:

导入新课：

师：前面我们学习了电磁感应现象和发电机，通过发电机可以大量地生产电能，比如三峡发电站把水的机械能转化为电能，发电功率可达1820万千瓦;秦山核电站将核能转化为电能，发电功率可达30万千瓦;新疆达坂坡风力发电站将风的动能转化为电能， 发电功率可达12.5万千瓦.这些发电站发出的电是怎样输送到城市、乡村，使人们进行生产和生活的.（展示每个发电站，展示人们生产和生活的录像.)

进行新课：

实验：请一名学生到台前来做一个小实验,其他同学观察实验现象.

第一次:给一个额定电压为6V的小灯泡供电,让其正常发光.

第二次:电源电压不变,教师把小灯泡拿到距离电源尽可能远处,让学生连接输电电路.（教师可以将两个带铁夹的铁架台并排连接两根导线,模拟两根电线杆的输电）.学生会发现两次小灯泡的亮度有明显的不同.（用计算机出示电路图.）

提问:为什么会出现这种现象?

（学生分析输电线上有电能损失，小灯泡两端的电压减少或输电线上有电压损失.）

师：电能的输送需要解决问题是减少输电过程中输电线路的功率损失和电压损失.请同学们看下面的例题.（分析输电过程中输电线路的功率损失和电压损失.）

展示例题：

本校发电机的功率为110KW,输出电压为220V.用横截面积为120mm2的铜线给相距120m的教室供电,铜的电阻率为1.7×10-8Ω.（1）计算输电线路的功率损失和电压损失?（在黑板的左上角画输电电路图）.

U损=IR=500×3.4×10-2=17V.

（2）若发电机与教室的距离为1200m时,输电线路的功率损失和电压损失又为多少？

P损=I2R=5002×0.34=85KW.

U损=IR=500×0.34=170V.

（用投影仪展示学生计算过程.）

师：通过两次计算，你能发现什么问题?

引导学生对比两次计算结果， 发现距离为1200m时， 输电线路的功率损失和电压损失太大，无法使用户正常工作.

师：该怎么办?

探究问题一: 如何减少输电过程中输电线路的功率损失和电压损失.

引导学生分析讨论两次计算，得出输电线路的功率损失和电压损失计算的一般数学表达式，并对该式进行分析，发现解决方法.

P损= I2R.U损=IR（P=IU).

（1）减少输电线路的电阻.（长度不变）增大导线的横截面积和选电阻率小的导线.

（2）减少输电线路的电流提高输送电压.

教师布置学生分成两组，对得到的两种方法进行计算，论证解决发电机与教室的距离为1200m时，如何减少输电线路的功率损失和电压损失(若P损=10%P).

第一种:增大导线的横截面积.

第二种:提高输送电压.

（用投影仪同时展示学生的两次计算过程.）

师：通过计算，对于距离为1200m的输送过程，采取哪种方式更好？

引导学生分析，应采取高压输电.（采取S=9.27cm2, 导线太粗,耗原材料太多,不经济,会使输电导线太重.给架线带来很大困难,这种应采用高压输电.)

师：是否都必须采取高压输电?

探究问题二:采用哪种方式输送电能更合理？

学生分析讨论:

距离为120m时，用横截面积为120mm2的铜导线是可行的，即经济，又不会损失太多的电能.

距离为1200m时用S=120 mm2的铜导线时，电能损失太多，电压损失太大，教室内的灯几乎不亮，通过计算发现，若让输电线路的功率损势为10%，则铜导线太粗（通过计算结果，结合实物模型说明）.即耗原材料太多，不经济，再有导线过长、过重.对于架线也存在一定的困难，远距离应采用高压输电.

（1）近距离输电可适当增加输电线的横截面积.

（2）远距离输电应提高输送电压（高压送电）.

让学生对刚上课时做的第2个小实验进行改进，怎样才能更合理？给出器材：变压器2个，导线（细、粗），变阻器.通过实验，学生归纳远距离输电模型，先采用升压再降压的方法.

师：把远距离输电的示意图画在黑板上的右上角，并对此输电过程进行分析:

师：是不是输电电压越高越好，可以无限制提高电压.

学生讨论回答:电压太高危险；设备要花更多的钱……

教师总结:电压越高，对输电线路绝缘的要求越高，线路修建费用就会增加，输电电压越高，变压器上的电压越高，制造变压器时在绝缘、结构等方面要求也要相应提高.再有在输送交流电时，感抗、 容抗对输电线路的电压也会造成损失.

小结:电能输送时，要综合考点各种因素，如输送的功率大小，距离的远近、技术、经济的要求等.依照不同的情况选择适合的输电电压、输电导线，以达到电能输送的最佳效果.输电电压 （110KW 220KV 330KV），数少地区以达到550KV.目前世界上正在试验的最高输电电压是1150KV.你知道我国一般的输电线路吗？大型发电机发出的电压等级为10.5KV，13.8KV，15.7KV，18.0KV，都不符合远距离送电.如果输电电压是220KV或330KV，到了用电区，先在一次高压变电所降到110KV，再由二次高压变电降到10KV，其中一部分送往需要高电压的工厂，另一部分送到低压变电所降到220/380V，送给一般用户.（展示图片或录像.）

课堂练习：

1.在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损耗的功率（）:

A. 随输电线电阻的增大而增大

B. 和输送电压的平方成正比

C. 和输送电线上电压降的平方成正比

D. 和输电线上电流强度的平方成正比

E. 和输送电压的平方成反比

2.一电站向某地输送一定功率的电能，输电线上损失的功率为100kW，若把输送电压提高为原来的10倍，同时将输电线的直径减为原来的一半，则输电线上损失的电功率为 瓦.

3.某变电站用220V的电压送电，导线上损失的电功率是输出功率的20％， 若要使导线损失电功率是输出功率的5％，则输出的电压应为 伏特.

课堂小结:

1.输送电能的两种方式.

（1）近距离输电可适当增加横截面积；

（2）远距离输电应提高输送电压（高压送电）.

2.掌握远距离输电模型.

教学反思:

1.在本节课的教学设计上力争体现出新课改精神，重在过程，重在发现，而不是只重结论.

2.采用探究式教学法.体现了学生的主体地位，让学生主动参与其中而不是被动接受教师的结论.

3.本节课前设计的实验，不仅能充分调动学生的求知欲，还活跃了课堂气氛，和谐了师生关系；本节课的实验环节不仅使学生提高了实践操作能力，更使学生在观察分析过程中完成了感性认识到理性认识的飞跃，达到了预期的教学效果，应在以后的教学实践中进一步强化这一环节的设计和开发.

4.现代教学手段的运用更给学生一个全方位的视听感觉，取得了较好的教学效果.

（作者单位：龙江县第1中学）

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