“電能的輸送”教學設計及反思

（本課選自人教版高中《物理》新課標教材·選修3-2 5.5“電能的輸送”一節，此課與義務教育課程標準試驗教科書《物理》八年級下冊6-8單元的知識相關聯。在初中階段教師講授的是部分電路的歐姆定律，而此課是針對全部電路的歐姆定律的講解，在此基礎上全面、細致地分析和解決電學方面的知識，為初中教師教學進一步提供了課程資源.）

教材分析:

“電能的輸送”是學生學習了電、磁規律之后，用已有的知識來解決生活實際問題，它是電磁學知識的一個非常重要的綜合應用.具有很高的科學價值.為了體現新課程的理念，在課堂教學中充分發揮學生的主動性，讓學生利用所學的知識去探究、發現并解決相關問題，使學生獲得成功的快感，激發學生學習的激情，并獲得新知識.

教學目標:

1.知識與技能:讓學生了解影響高效輸電的因素有哪些，利用所學知識進行自主探究，從而解決電能在輸送過程中存在的問題，找到有效輸電所采取的措施和方法.

2.過程與方法:采用師生互動、小組合作、實驗探究等方法.

3.情感態度與價值觀:引導學生積極主動探究，發現問題，解決問題，在學習提高的同時獲得一定的成就感；教育學生節約用電，養成勤儉節約的好習慣.

教學重點:

在電能輸送的過程中如何有效地減少輸電線路上的功率損失和電壓損失.

教學難點:

遠距離輸電原理圖的理解.

教具準備:

學生電源（1）、鐵架臺（2）、小燈泡（2）、帶燈座、長導線（2）、短導線若干、變壓器.

教學過程:

導入新課：

師：前面我們學習了電磁感應現象和發電機，通過發電機可以大量地生產電能，比如三峽發電站把水的機械能轉化為電能，發電功率可達1820萬千瓦;秦山核電站將核能轉化為電能，發電功率可達30萬千瓦;新疆達坂坡風力發電站將風的動能轉化為電能， 發電功率可達12.5萬千瓦.這些發電站發出的電是怎樣輸送到城市、鄉村，使人們進行生產和生活的.（展示每個發電站，展示人們生產和生活的錄像.)

進行新課：

實驗：請一名學生到臺前來做一個小實驗，其他同學觀察實驗現象.

第一次:給一個額定電壓為6V的小燈泡供電，讓其正常發光.

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處，讓學生連接輸電電路.（教師可以將兩個帶鐵夾的鐵架臺并排連接兩根導線，模擬兩根電線桿的輸電）.學生會發現兩次小燈泡的亮度有明顯的不同.（用計算機出示電路圖.）

提問:為什么會出現這種現象?

（學生分析輸電線上有電能損失，小燈泡兩端的電壓減少或輸電線上有電壓損失.）

師：電能的輸送需要解決問題是減少輸電過程中輸電線路的功率損失和電壓損失.請同學們看下面的例題.（分析輸電過程中輸電線路的功率損失和電壓損失.）

展示例題：

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

U損=IR=500×3.4×10-2=17V.

（2）若發電機與教室的距離為1200m時，輸電線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.

（用投影儀展示學生計算過程.）

師：通過兩次計算，你能發現什么問題?

引導學生對比兩次計算結果， 發現距離為1200m時， 輸電線路的功率損失和電壓損失太大，無法使用戶正常工作.

師：該怎么辦?

探究問題一: 如何減少輸電過程中輸電線路的功率損失和電壓損失.

引導學生分析討論兩次計算，得出輸電線路的功率損失和電壓損失計算的一般數學表達式，并對該式進行分析，發現解決方法.

P損= I2R.U損=IR（P=IU).

（1）減少輸電線路的電阻.（長度不變）→增大導線的橫截面積和選電阻率小的導線.

（2）減少輸電線路的電流→提高輸送電壓.

教師布置學生分成兩組，對得到的兩種方法進行計算，論證解決發電機與教室的距離為1200m時，如何減少輸電線路的功率損失和電壓損失(若P損=10%P).

第一種:增大導線的橫截面積.

第二種:提高輸送電壓.

（用投影儀同時展示學生的兩次計算過程.）

師：通過計算，對于距離為1200m的輸送過程，采取哪種方式更好？

引導學生分析，應采取高壓輸電.（采取S=9.27cm2， 導線太粗，耗原材料太多，不經濟，會使輸電導線太重.給架線帶來很大困難，這種應采用高壓輸電.)

師：是否都必須采取高壓輸電?

探究問題二:采用哪種方式輸送電能更合理？

學生分析討論:

距離為120m時，用橫截面積為120mm2的銅導線是可行的，即經濟，又不會損失太多的電能.

距離為1200m時用S=120 mm2的銅導線時，電能損失太多，電壓損失太大，教室內的燈幾乎不亮，通過計算發現，若讓輸電線路的功率損勢為10%，則銅導線太粗（通過計算結果，結合實物模型說明）.即耗原材料太多，不經濟，再有導線過長、過重.對于架線也存在一定的困難，遠距離應采用高壓輸電.

（1）近距離輸電可適當增加輸電線的橫截面積.

（2）遠距離輸電應提高輸送電壓（高壓送電）.

讓學生對剛上課時做的第2個小實驗進行改進，怎樣才能更合理？給出器材：變壓器2個，導線（細、粗），變阻器.通過實驗，學生歸納遠距離輸電模型，先采用升壓再降壓的方法.

師：把遠距離輸電的示意圖畫在黑板上的右上角，并對此輸電過程進行分析:

師：是不是輸電電壓越高越好，可以無限制提高電壓.

學生討論回答:電壓太高危險；設備要花更多的錢……

教師總結:電壓越高，對輸電線路絕緣的要求越高，線路修建費用就會增加，輸電電壓越高，變壓器上的電壓越高，制造變壓器時在絕緣、結構等方面要求也要相應提高.再有在輸送交流電時，感抗、 容抗對輸電線路的電壓也會造成損失.

小結:電能輸送時，要綜合考點各種因素，如輸送的功率大小，距離的遠近、技術、經濟的要求等.依照不同的情況選擇適合的輸電電壓、輸電導線，以達到電能輸送的最佳效果.輸電電壓 （110KW 220KV 330KV），數少地區以達到550KV.目前世界上正在試驗的最高輸電電壓是1150KV.你知道我國一般的輸電線路嗎？大型發電機發出的電壓等級為10.5KV，13.8KV，15.7KV，18.0KV，都不符合遠距離送電.如果輸電電壓是220KV或330KV，到了用電區，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，另一部分送到低壓變電所降到220/380V，送給一般用戶.（展示圖片或錄像.）

課堂練習：

1.在電能輸送過程中，若輸送的電功率一定，則在輸電線上損耗的功率（）:

A. 隨輸電線電阻的增大而增大

B. 和輸送電壓的平方成正比

C. 和輸送電線上電壓降的平方成正比

D. 和輸電線上電流強度的平方成正比

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，輸電線上損失的功率為100kW，若把輸送電壓提高為原來的10倍，同時將輸電線的直徑減為原來的一半，則輸電線上損失的電功率為 瓦.

3.某變電站用220V的電壓送電，導線上損失的電功率是輸出功率的20％， 若要使導線損失電功率是輸出功率的5％，則輸出的電壓應為 伏特.

課堂小結:

1.輸送電能的兩種方式.

（1）近距離輸電可適當增加橫截面積；

（2）遠距離輸電應提高輸送電壓（高壓送電）.

2.掌握遠距離輸電模型.

教學反思:

1.在本節課的教學設計上力爭體現出新課改精神，重在過程，重在發現，而不是只重結論.

2.采用探究式教學法.體現了學生的主體地位，讓學生主動參與其中而不是被動接受教師的結論.

3.本節課前設計的實驗，不僅能充分調動學生的求知欲，還活躍了課堂氣氛，和諧了師生關系；本節課的實驗環節不僅使學生提高了實踐操作能力，更使學生在觀察分析過程中完成了感性認識到理性認識的飛躍，達到了預期的教學效果，應在以后的教學實踐中進一步強化這一環節的設計和開發.

4.現代教學手段的運用更給學生一個全方位的視聽感覺，取得了較好的教學效果.

（作者單位：龍江縣第1中學）