電能的輸送【教學目標】物理觀念：理解輸電線上電能損失的影響因素，了解遠距離高壓輸電的原理。科學思維：體會降低輸電損耗的兩個途徑，能分析計算高壓輸電損耗情況。科學探究：體驗理論分析與實驗探究遠距離高壓輸電的過程與方法。科學態度與責任：體會電網供電的優點。【教學重點】理論分析減小輸電損耗的途徑及遠距離輸電的原理。【教學難點】對遠距離輸電原理圖的理解。【教學方法】閱讀思考、猜想假設、實驗探究、分析推理、歸納總結、討論交流、練習鞏固等。【教學過程】教學環節教學意圖教師活動學生活動環節:1：創設情境，引入新課視頻圖片引入：新疆遠距離高壓輸電線路、以及學生身邊常見的變壓器。這一部分學生通過課前自學以及查找資料可以自行解答。教師利用課件呈現圖片內容，直觀形象，為學生思考搭建平臺。引導學生擅于觀察身邊的事物，多問幾個為什么，并與自己所學知識相關聯，學會分析推理，然后實驗探究問題引入：身邊一些常見的變壓器及輸電線路在生活中起到什么具體作用呢。提問：為什么要輸送電能？觀看視頻、圖片思考變壓器在實際生活中起到的作用。學生思考交流討論，根據已有的知識進行匯報。結論:我國的能源大部分集中在西部地區。本著就地取材的原則，發電廠也多建在這些地方。而東部用電量大的城市，能源缺乏，需求量大。因此就需要輸送電能。環節2：電能的輸送通過自主預習，教師提出問題，引導學生由簡單到復雜，層層遞進，提高學生的推理能力，優化物理知識的意義建構。引出下一步的實驗探究。問題1.電能相比其他能源有什么優點？。問題2.輸送電能的基本要求是什么？提問：電能損耗的原因是什么呢？結論1:電能的突出優點就是它的便利性，用導線把用戶與發電廠相連就可以輸送電能。結論2:可靠：保證供電線路可靠地工作,少有故障和停電。保質：保證電能的質量（電壓和頻率穩定）。經濟：輸電線路建造和運行的費用低,電能損耗少。學生思考回答。猜想、實驗驗證。環節3：探究降低輸電損耗的兩個途徑，并提出解決措施。通過科學探究模擬實際輸電線路實驗，驗證學生猜想的正確性，增強學生的理性認識。引導學生思考如何減小輸電損耗，并引出“輸電線路的基本關系”通過輸電線路的基本關系，分析得出輸電線路損耗功率的表達式引導學生從表達式分析如何減小輸電線電阻。并分析提出的措施的可行性。通過例題計算，讓學生體會驗證提高輸電電壓對減小輸電損耗的作用。分析得出電網輸電的必要性。1、實驗探究輸電損耗來源：實驗器材（如圖）：學生電源、電阻定律演示儀、小燈座（帶燈泡）、鱷魚夾導線。提問：大家注意觀察小燈泡的亮度變化你觀察到了什么現象？為什么會出現這種現象？那么，在發電廠和用戶之間距離一定的情況下，如何減小輸電損耗呢？在回答這個問題以前，我們先來了解一下輸電線路的基本關系。輸電線路的基本關系：如圖，輸電線電流為I，輸電線總電阻為r，發電廠輸出電壓為u,輸送功率為p由?P=I2r知：途徑一：減小輸電線的電阻r途徑二：減小輸電導線中的電流I分析途徑一：減小輸電線的電阻r措施：由R=ρL/S知：：選用電阻率小，又經濟的金屬材料（如銅或鋁）L：輸電距離一定，不能變S：適當增大導線的橫截面積（耗費材料，架設困難。）思考與討論（學案第2頁）1.怎樣計算輸電線路損失的功率?2.在輸電電流一定的情況下,如果線路的電阻減為原來的一半,線路上損失的功率減為原來的幾分之一?在線路電阻一定的情況下,如果輸電電流減為原來的一半,線路上損失的功率減為原來的幾分之一?3.通過第2步的兩項計算，你認為哪個途徑對于降低輸電線路的損耗更為有效？4.怎樣計算用戶消耗的功率P用？5.發電機的輸出功率P通常認為是恒定的。在用戶的用電功率P用一定的前提下，怎樣才能減小輸電電流I？由得：在輸送功率P一定，電阻R一定時，可以通過提高輸電電壓，減小功率損失。學以致用：【例1】把功率為200KW的電能輸送到40km以外的地方，已知輸電線上的總電阻為0.1Ω，用200V的電壓輸電，損失的功率占總功率的百分之幾？用2000V的電壓輸電，損失的功率占總功率的百分之幾？問題：那么直接通過提高輸電電壓給用戶供電，是否可行？學生認真觀察實驗思考回答：學生通過實驗探究，發現問題通過問題設置和過程推理，提高學生的推理能力。隨著輸電線的逐漸增長，小燈泡逐漸變暗輸電線上有電阻，因此有電能損失，線路越長，電能損失越大。學生思想碰撞，討論交流。分析輸電線路基本關系，推導得出輸電線路功率損耗表達式。再通過表達式分析結合現實生活中的可行性。得出減小輸電線路的兩個途徑。結合前面學過的電阻定律可得出分別從三個因素考慮減小輸電線路電阻。但是僅依靠減小輸電線路電阻，對降低功率的損耗作用較小。思考與討論（學案第2頁）結論：可通過減小輸電導線中的電流I減小功率損耗。在輸送功率P一定，電阻R一定時，可以通過提高輸電電壓，減小功率損失。通過分析，討論，培養學生的合作能力，分析能力，和邏輯推理能力。環節4：電網輸電通過分析，讓同學完成這個遠距離輸電的電路圖，分析電功率和電壓的損耗，驗證電路的工作情況。引導學生從電壓和能量的角度來思考問題，掌握遠距離輸電的基本方法。電網輸電的必要性：

師：電能的輸送是一個系統工程，為保證電能輸送的可靠、保質、經濟，人們設計建造了電網，采用電網供電。我們來認識一下電網輸電的過程。

展示電網輸電示意圖（圖5）

電廠的發電機發出的交流電先送到升壓變電站，將電壓升高到220V以上，由高壓輸電線向遠處輸送；在用戶區，先由第一級變電站，將電壓降到110V，再輸送到第二級變電站，將電壓降到10V，送給工業用戶。如果用戶使用的是普通照明等生活用的，則還要用變壓器進一步降到220V。由各家發電廠、各級變電站和高壓輸配線路組成的全國性或區域性的輸電網絡稱為電網。

高壓輸電

師：請大家回顧一下電網輸電的全過程，分析高壓輸電過程都經歷了哪些環節？

生：先升壓，經輸電線后再降壓

師：用到什么設備呢？

生：升壓變壓器和降壓變壓器

師：大家能否畫出高壓輸電的原理圖呢？

引導學生交流討論，一起畫出高壓輸電的原理簡圖演示實驗：教師在講臺上用自制的高壓輸電演示器進行對比演示，可以明顯地并觀察到實驗現象──經高壓輸電的燈泡比常壓輸電時亮的多。從而得出結論：高壓輸電降低了輸電損耗。實驗探究，解決問題認真觀察實驗現象學生交流討論，畫出高壓輸電原理圖。環節5：遠距離輸電線路的基本關系對高壓輸電問題，應按“發電機→升壓變壓器→遠距離輸電線→降壓變壓器→用電器”這樣的順序，或從“用電器”倒推到“發電機”一步一步進行分析．為了能準確的掌握高壓輸電能減小輸電線上的電壓損失和功率損失，我們就通過設計的電路圖進行功率關系、電壓電流關系、輸電電流和輸電線上的電壓損失和功率損失方面的分析。(1)功率關系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3.(2)電壓、電流關系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)＝eq\f(I4,I3)，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I線．(3)輸電電流：I線＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U2－U3,R線).(4)輸電線上損耗的電功率：P損＝I線ΔU＝Ieq\o\al(2,線)R線＝(eq\f(P2,U2))2R線．當輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的eq\f(1,n2).下面我們通過例題分析來鞏固我們的學習成果。【例2】風力發電作為新型環保新能源，近幾年來得到了快速發展，已知某風力發電機輸出功率為100kW，輸出電壓是250V，用戶需要的電壓是220V，輸電線電阻為10Ω。若輸電線因發熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：(1)輸電線上損失的功率、輸電線上的電流。(2)在輸電線路中設置的升、降壓變壓器原、副線圈的匝數比；(3)用戶得到的電功率是多少。（學生在練習本上面完成：）(1)功率關系：(2)電壓、電流關系：(3)輸電電流：(4)輸電線上損耗的電功率：不能無限制提高電壓，電壓越高，對輸電線路絕緣的要求越高；線路修建費用越高；變壓器的電壓也越高，制造變壓器是在絕緣、結構等方面的要求也越高。鞏固學生的分析，加強印象。環節6：直流高壓輸電讓同學們了解我國超高壓輸電的研究成果，并且走出實驗，走向生活，為我國的經濟發展做好了充分的的準備。了解一些科普知識。讓同學知道還有一些在高壓輸電方面還有一些未知的知識，喚醒學生的好奇心。1.優點：容易制造高壓、大功率的發電機，并通過變壓實現高壓甚至超高壓輸電。缺點：①輸電線路的導線不但有電阻，還有電感、電容產生的感抗和容抗，有時其作用會超過電阻，影響輸電。②聯網供電的同步技術難實現。2．過去制造高電壓、大功率的直流發電機很困難，且電壓不能直接升高，實現高壓輸電困難。現在解決了制造大功率的整流和逆變設備難題，僅在輸電環節使用直流，有一定的發展。3．許多導體在溫度特別低時電阻可降為零，這個現象叫超導現象。利用超導體材料做成的電纜進行輸電叫超導電纜輸電。在很多場合下，都可在原有的電纜管道內把舊電纜更換為超導電纜，能使供電容量提高三至五倍。了解我國超高壓輸電的研究成果，并且走出實驗，走向生活，為我國的經濟發展做好了充分的的準備。環節7：當堂達標課堂小結課堂小結：一、電能的輸送二、降低輸電損耗的兩個途徑P損＝I2r1.減小電阻