优秀教案系列
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第4节电能的输送
教学分析
教学分析
教学目标
1.了解电能输送过程中电压与功率都存在着必然的损耗,从能量守恒的角度认识输电过程。
2.知道降低输电损耗的两个途径,从控制输电电阻,提高输电电压作为出发点来进行研究,能独立进行分析论证,提升根据理论公式指导实际的思维能力和科学探究精神。
3.培养学生运用物理规律和公式分析解决实际问题的能力,提高服务社会的技能本领和责任意识。
4.养成利用理论公式指导实际的科学态度,通过对课本拓展知识的学习了解电能输送技术的发展历史,提升理论结合实际解决问题的能力。
教学重难点
重点:高压输电的基本工作原理及降低电能消耗的两种途径。
难点:高压输电的数学推导过程及各物理量之间的相互关系。
教学方法
探究法、讲授法、讨论法。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体辅助教学设备、学案等。
教学
教学设计
一、情境导入
[视频展示]展示西电东送工程的视频。
[图片展示]输电过程图片:
高压输电风力发电
图3.4-1
[提出问题]为了合理利用能源,发电厂要建在靠近能源的地方,而用电的地方却分布很广,大部分地方离发电厂很远,所以需要把电能输送到很远的地方——远距离输电。而在远距离输电中,面临的问题是如何输送电能,电能输送有哪些要求,如何减少损耗、节约电能等。
[学生回答]电能输送的基本要求。
可靠:保证供电线路可靠地工作,减少故障和停电。
保质:保证电能的质量(电压和频率稳定)。
经济:输电线路建造和运行的费用低,电能损耗少。
[教师总结]板书呈现课题,配合课件使用,引导学生进入本课的学习过程,明确本课的基本教学目标。
二、新课讲授
(一)降低输电损耗的两个途径
[情境设问]输电线上的损失有哪些?
[学生回答]电压损失、功率损失。
[教师总结]输电导线有电阻,电流通过电阻时,输电线两端有电压——电压损失;电能有一部分转化为内能而损失掉——功率损失。
[提出问题]怎样计算输电线路损失的电压和损失的功率?
[学生回答]电压损失:ΔU=IR
功率损失:ΔP=I2R=ΔU2R=IΔU(I为输电线路上的电流,ΔU
[教师总结]电压损失和功率损失都跟输电电流和线路电阻有关。
(二)降低输电损耗的具体方法
[提出问题]如何减少电能损耗?
[学生回答]减小线路的电流和电阻。
[科学推理与论证]据P损=I2R可知,减小输电线路上功率损失的方法主要有两种:
①减小输电线的电阻R,根据R=ρ·LS
a.减小输电线长度L:由于输电距离一定,所以在实际中不可能用减小L来减小R。
b.减小电阻率ρ:目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料,银的电阻率更小一些,但价格昂贵。
c.增大导线的横截面积S:这要多耗费金属材料,增加成本,同时增大质量,给输电线的架设带来很大的困难。
②减小输电电流I,据I=PU提高输电电压
在输送功率P一定,输电线电阻R一定的条件下,输电电压提高到原来的n倍,据P损=I2R=PU2·R知,输电线上的功率损耗将降为原来的
[教师总结]采用高压输电是减少输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。
[特别提醒]
(1)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率,损失功率是输电线上消耗的功率。
(2)无论从减少输电线路上的功率损失,还是减少电压损失来看,都要求提高输电电压,以减小输电电流。
(3)发电站的输送功率取决于用户消耗的功率,不是发电站输出的功率决定用户和线路消耗的功率。
[提出问题]是不是输电电压越高越好?
[学生回答]输电电压也不是越高越好。电压越高,对输电线路绝缘性能的要求就越高,线路修建费用就会增多。输电电压越高,变压器上的电压也越高,对变压器的要求也相应提高。
[教师总结]输送电能时,要综合考虑各种因素,如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等,依照不同情况选择合适的输电电压。
(三)远距离输电原理
[提出问题]最基本的输电线路应该是怎样构成的?各物理量之间存在什么关系?
[学生回答]发电厂产生的交变电流经升压变压器提升电压后进行远距离输电,到达目的地后利用降压变压器降压。
[教师总结]输电过程示意图:
图3.4-2输电过程示意图
图3.4-3
请同学们根据电路原理图,推导电路中各物理量之间的相互关系。
[科学推理与论证]功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P损+P3
电压关系:U1U2=n1n2,
电流关系:I1I2=n2n1,
输电电流:I2=P
损耗功率:P损=I22R线=P2-P3=