3.4電能的輸送—教學(xué)設(shè)計(jì)1.課時(shí)教材分析：《電能的輸送》是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第二冊(cè)模塊中“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”主題下的內(nèi)容。本節(jié)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求為：知道遠(yuǎn)距離輸電時(shí)通常采用高壓輸電的原因。要求學(xué)生在前幾節(jié)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上探究高壓輸電的理論基礎(chǔ)。可讓學(xué)生探究：輸電線的電能損耗主要有哪些？如何降低電能損耗？既經(jīng)濟(jì)又可行的輸電方式應(yīng)該是怎樣的？電網(wǎng)建設(shè)是電力輸送的關(guān)鍵，高壓輸電技術(shù)研究非常重要。我國(guó)的高壓輸電技術(shù)發(fā)展非常迅速，已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。要讓學(xué)生通過資料查閱、訪談等方式了解我國(guó)高壓輸電研究與應(yīng)用的最新成果，了解本地區(qū)電力建設(shè)的基本情況，并寫出一份有關(guān)電網(wǎng)建設(shè)、電力輸送的調(diào)查報(bào)告。本節(jié)內(nèi)容是電磁感應(yīng)和交變電流知識(shí)在生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用。教材首先通過“問題”欄目，從能量角度提出“遠(yuǎn)距離輸電中，如何減少電能的損耗”的問題，引發(fā)學(xué)生思考。接著從能量損耗的表達(dá)式分析減少能量損耗的兩種方法，并分析得到降低電流能更有效的減少能耗。從降低電流方法提出提高輸電電壓的解決方法。2.課時(shí)學(xué)情分析：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了焦耳定律、變壓器等內(nèi)容，知道導(dǎo)線具有電阻，產(chǎn)生焦耳熱，知道電能損耗。在實(shí)際生活中學(xué)生已經(jīng)知道高壓輸電概念，但還不理解為什么采用高壓輸電可以降低能量損耗。要在學(xué)生已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上設(shè)置合適的問題引導(dǎo)學(xué)生自主分析推理，得到降低能量損耗的方法，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)距離輸電的物理模型。3.課時(shí)學(xué)習(xí)重點(diǎn)：高壓輸電原理4.課時(shí)學(xué)習(xí)難點(diǎn)：高壓輸電模型的建立以及各物理量之間的關(guān)系5.課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)：物理觀念：了解提高輸電電壓是降低遠(yuǎn)距離輸電損耗的有效途徑，會(huì)用相關(guān)知識(shí)解釋實(shí)際的輸電問題。科學(xué)思維：經(jīng)歷建立遠(yuǎn)距離輸電模型的過程，體會(huì)建立理想模型的思維方法。科學(xué)探究：經(jīng)歷參觀發(fā)電廠、調(diào)查社區(qū)用電情況以及模擬遠(yuǎn)距離輸電過程，培養(yǎng)學(xué)生能基于實(shí)驗(yàn)和觀察提出問題的能力。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過分析論證減小輸電線電阻的方法的過程，讓學(xué)生理解工程技術(shù)要兼顧1科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多種因素；經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)輸電線有能耗，如何降低能耗的過程形成保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。6.課時(shí)教學(xué)過程：子任務(wù)：研究電能輸送的方案情境：圖片展示我國(guó)資源分布和電力負(fù)荷分布情況。問題：從圖片中看到了什么？有何啟示？圖片展示《二十大報(bào)告》中提到的“綠色發(fā)展”（設(shè)計(jì)意圖：由真實(shí)的情境出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題——鑒于我國(guó)資源分布和電力負(fù)荷的不均衡性以及國(guó)家的發(fā)展策略決定了遠(yuǎn)距離輸電的必要性。）環(huán)節(jié)一：輸送電能的基本要求問題：輸送電能有哪些基本要求？活動(dòng)：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下結(jié)合生活實(shí)際，得出輸送電能要滿足：“可靠”“保質(zhì)”“經(jīng)濟(jì)”等基本要求。（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，從生活中發(fā)現(xiàn)問題，最后再回歸生活。）環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)1：模擬遠(yuǎn)距離輸電首先是兩個(gè)完全相同的小燈泡并聯(lián)，閉合開關(guān)后，亮度相同，然后把其中一個(gè)小燈泡換用長(zhǎng)導(dǎo)線相連，發(fā)現(xiàn)該燈泡變暗了許多。問題1：兩個(gè)相同的小燈泡的亮度為什么不相同？問題2：遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸電線上的電阻能忽略嗎？問題3：輸電線上有能量損失嗎？（設(shè)計(jì)意圖：基于實(shí)驗(yàn)和觀察，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)導(dǎo)線電阻不可忽略，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到遠(yuǎn)距離輸電時(shí)線路電阻不可忽略，輸電過程有能耗。）環(huán)節(jié)三：降低輸電能耗的途徑情景：假定輸電線路中的電流是I,用戶端的電壓是U，兩條導(dǎo)線的總電阻是r。問題1:怎樣計(jì)算輸電線路損失的功率2結(jié)合學(xué)生回答情況，做出評(píng)價(jià)，并強(qiáng)調(diào)電學(xué)中也要確定研究對(duì)象，我們研究的是線路損失的功率，所以，電壓是線路兩端的電壓，而不是用戶端電壓，最后給出答案。根據(jù)焦耳定律可知：pI2r問題2:怎樣減少輸電線路損失的功率？1.減小輸電線的電阻2.減小輸電線的電流活動(dòng)一：如何減小輸電線的電阻？根據(jù)電阻定律：Rsl, 可知：減小輸電線的長(zhǎng)度，選用電阻率小的材料以及增大輸電線的橫截面積，可以減小輸電線電阻。過粗的導(dǎo)線會(huì)耗費(fèi)太多的金屬材料，而且輸電線太重、太粗也給鋪設(shè)工程帶來困難。鋼芯鋁絞線教師總結(jié)：工程技術(shù)要兼顧科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多種因素。鑒于目前情況，通過減小電阻來減低能耗已無(wú)太多空間，展望未來，倘若有一天高溫超導(dǎo)材料普遍使用，通過降低電阻來減少能耗一定是最佳方案。（設(shè)計(jì)意圖：通過分析論證減小電阻的三個(gè)途徑，以及帶來的后續(xù)影響，讓學(xué)生深刻理解工程技3術(shù)要兼顧科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多種因素。）活動(dòng)二：如何減小輸電線的電流？案例1：把功率為200kW的電能輸送到40km以外的地方，輸電線上的總電阻為0.1Ω，用200V的電壓輸電，輸送電流是多少？損失的功率是多少？損失的功率占總功率的百分之幾？案例2：把功率為200kW的電能輸送到40km以外的地方，輸電線上的總電阻為0.1Ω，用2000V的電壓輸電，輸送電流是多少？損失的功率是多少？損失的功率占總功率的百分之幾？結(jié)果表明提高輸電電壓能有效地減少電能輸送過程中的損耗。情境1：圖片展示，參觀大唐淮北發(fā)電廠，部分學(xué)生社會(huì)實(shí)踐報(bào)告圖片，強(qiáng)調(diào)看到升壓站。評(píng)價(jià)：參觀過程表現(xiàn)非常優(yōu)秀，認(rèn)真觀察、思考并記錄。情境2：圖片展示，校園更換變壓器，重點(diǎn)展示降壓變壓器銘牌。（設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生腦海中初步構(gòu)建發(fā)電廠——升壓站——遠(yuǎn)距離輸電——降壓變壓器——用戶的輸電模型。）環(huán)節(jié)四：高壓輸電模型4分析電壓關(guān)系：U2UU3實(shí)驗(yàn)2：低壓高壓輸電演示（設(shè)計(jì)意圖：用小燈泡代替輸電線，可以通過小燈泡的亮度直觀的看到輸電線損耗功率的多少，對(duì)比低壓模式和高壓模式，凸顯高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)。）問題：輸電電壓越高越好嗎？（設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生能辯證地看待問題。）展示高壓輸電簡(jiǎn)易圖5環(huán)節(jié)五：電網(wǎng)供電問題:為什么不采用“一對(duì)一”的供電方式，而是采用電網(wǎng)供電？1、可以在一次能源產(chǎn)地使用大容量的發(fā)電機(jī)組，降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。2、可以減小斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡。3、可以根據(jù)火電、水電、風(fēng)電等的特點(diǎn)，合理地調(diào)度電力。教師總結(jié)：采用電網(wǎng)供電可以使電力供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高。環(huán)節(jié)六：課堂小結(jié)67.課時(shí)教學(xué)板書設(shè)計(jì)：3.4電能的輸送一、輸送電能的基本要求可靠 保質(zhì) 經(jīng)濟(jì)二、發(fā)現(xiàn)問題模擬遠(yuǎn)距離輸電： 輸電線有能量損耗三、降低輸電線能耗的途徑減小電阻 減小電流四、高壓輸電模型五、電網(wǎng)供電8.課時(shí)作業(yè)設(shè)計(jì)：1.活動(dòng)作業(yè)：分組完成單元核心任務(wù)，并準(zhǔn)備好材料在下節(jié)課交流展示。2.習(xí)題作業(yè)：【習(xí)題1】發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V,輸出功率為44kW,每條輸電線的電阻為0.2Ω。(1)此時(shí)用戶得到的電壓和電功率各為多少?(2)如果發(fā)電站先用變壓比為1∶10的升壓變壓器將電壓升高,經(jīng)同樣的輸電線路后經(jīng)10∶1的降壓變壓器將電壓降低后供給用戶,則用戶得到的電壓和電功率各是多少?【習(xí)題2】某學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī),內(nèi)阻R=1Ω,升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1,輸電線的總電阻r=4Ω,全校22個(gè)教室,每個(gè)教室用“220V40W”的燈泡6盞,要求所有燈都正常發(fā)光。求:(1)輸電線上損耗的電功率;(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率;(3)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)。79.教學(xué)流程圖：10.課時(shí)教學(xué)反思：本教學(xué)設(shè)計(jì)從我國(guó)的資源分布與電力負(fù)荷的不均衡性以及我國(guó)的發(fā)展策略出發(fā)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到遠(yuǎn)距離輸電的必要性，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——模擬遠(yuǎn)距離輸電，讓學(xué)生切身感受到輸電線的電阻不可忽略，輸電線有損耗。通過兩個(gè)活動(dòng)探究降低輸電線損耗的途徑，結(jié)合參觀發(fā)電廠和社區(qū)調(diào)查，逐漸構(gòu)建高壓輸電模型——先升壓、在降壓，巧妙地用小燈泡代替輸電線，讓輸電線的損耗肉眼可見，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，讓學(xué)生深刻體會(huì)到高壓輸電能有效降低能耗。8從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，以學(xué)生視角進(jìn)行設(shè)計(jì)，教師通過引導(dǎo)，讓學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行理論探究和實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題的能力．該教學(xué)設(shè)計(jì)凸顯了學(xué)生的主體地位，開拓學(xué)生的思維，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生合作與交流的能力，