小小發明家系列課講義電磁學模塊第三講：無線輸電一、課程目標知識學習目標：1.重點了解傳統電的傳輸：發電廠發出的電，經過變壓器升壓，然后通過高壓線傳輸，再經過變壓器降壓，最后送到千家萬戶；2.重點了解無線輸電的原理：通過電磁波傳輸電能；3.一般了解無線輸電的歷史故事；4.一般了解無線輸電的應用和優缺點。探究學習目標：1.通過對如何使手機更防水的項目式探討激發學生對問題的思考。2.通過對傳統電的傳輸的認識培養學生有安全用電的意識。3.通過傳統電和無線輸電對比式探究鼓勵學生思考未來電的傳輸的發展方向。火星盒子制作目標：1.觀察和認識無線輸電的組成部分2.在教師指導下動手組裝完成無線輸電制作3.通過收音機的制作，掌握無線輸電小燈的原理和使用方法二、課堂組織形式1.組織趣味互動游戲2.問答式課堂互動3.隨堂趣味測試題4.融入趣味故事講解5.設計互動探究實驗6.火星盒子制作演示和指導7.課后習題鞏固三、課堂準備名稱內容來源備注1PPT課件課程全流程演示文稿火星人課件2組裝制作說明視頻組裝制作的說明視頻火星人備課視頻組裝流程視頻說明3互動游戲“超級高壓電”：小型特斯拉、紙片、熒光燈“觸電的感覺”：千人震“水中的無線輸電”：無線輸電底座、接收線圈、水杯（非金屬）、水需教師自己準備（詳細方法參考火星人備課視頻）4學生組裝器材及工具火星盒子——無線輸電（每人一套）、螺絲刀火星盒子需按學生數量在商城訂購；注意事項：火星盒子提前收好，需要在理論講解之后，也就是上課流程第6步動手制作（見下文）時再發給學生，如果在課前即擺在學生面前，會極大分散學生的注意力，不利于理論知識講解和課堂互動。5課后習題考核本科學習知識點，客觀題+主觀題本講義附件部分四、詳細上課流程本節課括課熱和8步具體：（）通過星故介紹本課的背景，復習課的內，時長在5分鐘內。（第-5步論講解時長需在-0分鐘過探討水手入無線電歷史名特斯無線輸電貢獻比認識統輸方式，對二行對比思考輸電的展方向。（）第6步為動手操組裝無線輸，需指導、護秩保證安，時制在0分鐘。（）第7步為總結，長為0鐘。（）第8步為作業布，把內容延到生。上課步驟主要內容注意事項【課堂預熱】背景引入【對應PPT】火星來信【時長】2min【情景引入-火星來信】小火星我們火星這邊停電啦我特別喜歡的動畫片馬上就要開始了，晚上我還沒辦法寫作業啦，還要用手機提交作業，能不能從地球上借點電給我們啊。（1）不要在課程開始時發給學生盒子器材，會分散學生注意力。【知識回顧】鞏固上節知識【對應PPT】內容復習【提問】帶領學生回憶上節課的主要內容【時長】3min【第1步】防水機引入【對應PPT】“作死手機”部分【時長】5in【銜接話術】看來小火星要給地球打電話了，手機可不能壞啊。很多人都會把手機弄壞，同學們猜一下我們手機最大的敵人是誰呢？是把手機放到沙子里，還是把手機放到水里的會壞掉呢？【總結】手機最大的敵人其實是水，只要我們的手機進水了，那么手機就會壞掉，會短路的。在這部分有很多手機，會被奇怪的方式弄壞，可以讓同學們猜想總結一下，哪種使我們平時常見的容易把手機弄壞的。【銜接話術】那么手機哪些地方會進水呢？上邊有很多孔，我們能不能把它堵上呢？堵上之后手機的功能還能實現嗎？【討論我們看到了這個播放音樂的麥克風用什么呢？用藍牙音響；那耳機呢？用藍牙耳機；那么充電呢？探討如何做一個防水手機，引出無線輸電【銜接話術說到這里老師聽說蘋果有一款手機充電就不需要這個口，老師找到了一張諜照，我們來看一下。同學們看看這個手機里面是什么？【講解】因為手機的背面有一個大線圈，上節課的實驗中我們也看到了線圈放到盒子上的時候燈會亮起來，所以我們可以猜測，這個手機可能具備無線輸電的功能，也就是說我們把手機放到盒子上就可以給手機充電啦。【第2步】認識無線輸電【對應PPT“無線輸電的前世今生”部分【時長】10in【銜接話術】手機能夠無線充電也是最近幾年才有的，那無線傳輸電的技術也是這幾年才有的嗎？還是很久之前就有人研究它了呢？大家還記得上節課我們認識了一個人叫法拉第，那個時候他在做實驗的時候就已經發現了電可以隔空傳遞，但是只是一瞬間，真正通過無線技術把電持續的隔空傳輸的并不是他而是天才科學家尼古拉特斯拉。【講解】尼古拉·特斯拉是一位超級天才，我們現在使用的插排里的（交流電就是特斯拉發明出來的100年前特斯拉就已經開始研究無線輸電了，他開了一系列試驗，將電無線傳輸一個很短的距離。圖片中特斯拉成功通過兩個線圈使用無線電能，隔空電亮了一個小燈泡。【講解】當然，現在的技術要比100多年好很多了，其實我們在金屬探測測器里已經做過這個實驗啦。兩個線圈隔空就可傳輸電能。【提問】這個小燈的電是怎么傳輸過來的呢？通過電磁波。【銜接話術】上節課的金屬探測器靠電磁波去找金屬，這節課我們用電磁波來傳輸電。那我們身邊究竟有多少電磁波呢？（學生會說手機信號、ifi等上節課提到的內容）電磁波還能干嘛呢？【講解】從科學的角度來說，電磁波是能量的一種，不光是我們平時打電話用的無線電，這個世界上所有的東西，都會釋出電磁波（因為所有東西都會發出紅外線紅外線）。就連我們天天曬的太陽光，也是一種電磁波。【講解】根據PPT問那么電磁波傳播的有多快呢？我給美國的朋友打一個電話，他什么時候能接到呢？如果電磁波的速度等于汽車的速度，那美國的朋友恐怕要好幾天才能收到我電話；如果電磁波等于聲音的速度呢？美國友人也要等上一分鐘才行；如果是光速呢？立馬就能聽到。事實上我們早就講過啦，剛剛是不是說光也是一種電磁波所以選C所以我們用電磁波傳輸電能，速度也是非常快的。【第3步】認識傳統輸電的過程【對應PPT“傳統輸電部分【時長】15min【銜接提問】既然有了無線輸電，那么老師想問問大家，咱們教室的電也是通過電磁波這種無線方式傳遞的嗎？燈為什么固定在墻上不能拿下來？屋里為什么有插座？其實你如果把墻砸開，就發現里邊有很多很多電線。這些電線就是為了把電運輸過來的。那么電是怎么在電線里的跑的呢？【講解】我們也許經常會聽到一個詞叫做電流，其實電流就是我們的電荷沿著電線從一個地方跑到了另外的一個地方，經過我們小燈的時候，就會發現燈亮了起來。就是像水一樣，我們在山上看到的小溪，從上游流動到了下游，我們可以給它稱為水流；我們在車上，也許會聽到廣播“某某地區由南向北車流量較大，請繞行。”這就是車從一個方向跑到另外的第一個地方，我們可以稱之為車流。電流也是如此，我們正極的電從電線上流動到了負極，我們就可以稱他為電流啦。【提問】家里的插排可以把手放進去嗎？【講解】不可以，家里的電有220伏很高如果用手直接碰到會直接電死人。【提問】那這些電又是才能夠哪里過來的呢？【講解】有的同學知道，電是從發電廠過來的。那發電廠發出來的電也是220伏嗎？【講解】那么電就是從發電站沿著電線這樣一路跑過來的嗎？（學生回答能或不能，并說出自己的原因）。電從發電廠到我們家里可能要幾千公里，如果是20伏直接傳，那這些電都會消耗在路上了；所以科學家想了一個辦法把電升高升到10伏電雖然在路上消耗了很多，但總算能到家啦；那如果繼續把電升高呢？到110千伏，們【了解當使用10千伏電壓傳輸時：傳輸導線消耗的功率＝1000安培×1000安培×1歐姆＝1000千瓦當使用110千伏電壓傳輸時：傳輸導線消耗的功率＝91安培×91安培×1歐姆≈8.3千瓦猜猜看會怎么樣？科學家發現電在路上消耗的竟然比10千伏少了00多倍！原來把電升高再傳輸就可以省電啊。【講解】所以發電廠的電，先經過變電站把電升到非常高，然后再通過高壓線傳遞到城市里，再經過變壓器把電壓降低，最后再輸送到家里。【話術銜接】這個電到了我們家里還是220伏，依舊很危險，那么我們平時用電子產品時有危險嗎？比如手機的充電器，插在插排上邊，是不是就不能碰了嗎？【講解】實際上并不是這樣的，我們的所以用電器都是一個變壓器，家里的用電器很多都不能直接使用220V的壓比如手機充電器就是將22V轉化為5V的給我們手機充電我們的電腦充電器就是將20V轉化為24V使用。【話術銜接】電壓升高了雖然很危險，但是也有用處，就在特斯拉去世60周年的紀念日（特斯拉1943年去世該視頻拍攝于2003，有人把幾十伏的電壓升到了幾千伏，用它做了這樣一件事情，我們一起看一下視頻。【講解】我們看到，高壓讓我們平時用的燈泡實現了無線輸電，這也是特斯拉一直追求的夢想，那我們可以實現這樣的操作嗎？一起試試吧。【實驗】實驗一：超級高壓電實驗材料：小型特斯拉、紙片、熒光燈實驗步驟：1.將特斯線圈拉連接到電源上接通電路（注意不要碰到金屬線尤其是頭部那個單獨的電線）2.讓同學們觀察那個紫色的小小電弧。（這就是高壓電）3.將一張紙靠近電弧，會瞬間點燃。（告訴同學們高電壓的危險）4.我們將熒光燈靠近特斯拉線圈，熒光燈會被點亮。【實驗總結大家可以看到如果電壓特別高連空氣也擋不住它了，所以高壓電線是非常危險的，所以這些電線塔都會建的很高很高，我們平時要遠離這些高大的架子。【第4步】輸電方式大pk【對應PPT】“輸電大PK”部分【時長】20min【提問】同學們你們感覺傳統的輸電方式好還是無線輸電的方式好一點呢？我們來總結一下這兩種輸電方式把。（可以像辯論賽一樣分成兩組，無線輸電一組，傳統輸電一組。）把學生的想法分類寫在黑板上。【話術】我們先從需要的材料來說一下吧，我們使用傳統的輸電方式需要什么材料呢？（同學總結）傳統輸電組：變電站、很長很長的電線、電線塔、變壓器；無線輸電組：發射線圈、發射端電路、接受線圈；【老師總結傳統的高壓線一公里就要幾萬塊錢的成本而且相隔200米我們就要做一個高壓線電塔而且一個大的電線塔需要幾十萬一個；而無線輸電只需要有一個線圈發射端就可以了中間不需要其他電線。所以在這個環節我們的無線輸電完勝。【講解】再從安全性上來比一比。家里都很多電線，連接各種各樣的電器，插座裸露在外，一不小心碰到就可能觸電，更別說外邊幾十萬伏的高壓電了，觸電的一瞬間人就被電死了。加上線路時間長了，我們現在的生活都被電線包圍啦，到處都是電線，這其實是一件比較危險的事情。但是無線輸電比較安全，人在線圈中間隨便穿梭不會受到傷害，即使碰到線圈，線圈上有絕緣層，人也不會觸電。所以無線輸電更安全，但是電磁波過多對人的生活其實也有一定的影響。【話術銜接】那老師再問一個問題，剛洗完手能不能去碰家用電器的開關？不能，濕手碰電器更容易觸電。那么無線輸電呢？我們一起試試吧。【實驗/游戲】實驗二：水中的無線輸電實驗材料：無線輸電底座、接收線圈、水杯（非金屬）、水實驗過程：1、將水杯倒入水，并且將線圈放到水杯里。2、將水杯放置到無線輸電的底座上，看看燈是否會亮起因為無線輸電是通過電磁波來傳遞能量，而這種電磁波對人們是沒有多大傷害的，就算我們把手自己放到水里也不會對人體造成傷害的。【話術銜接】同學們觸過電嗎？我們做一個實驗來看看，來體驗一下被電的感覺:【實驗】實驗三：感受“觸電”的感覺實驗材料：千人震實驗過程：讓同學們手拉手圍成一個圈，兩邊的小朋友另一只手抓到千人震的兩邊，打開開關，讓同學們感受千人震。【話術銜接】再來說說傳輸的距離，大家覺得誰更遠呢？我們做實驗用的無線輸電都只有幾厘米，而實際上全世界能通過無線方式傳輸電最遠的也不過500米；但是傳統的家用電呢？通過高壓線可以傳遞幾千公里。所以顯然傳統的方式更有優勢。【話術銜接】但是有沒有同學們會好奇一件事，無線輸電的技術已經有100多年了，就沒有人想辦法讓它傳的更遠一些嗎？當然是有的。【故事】最早的人就是特斯拉，他在第一次隔空點亮小燈之后就一直想要建一個全球無線輸電的大電塔，后來終于找到了一家巨頭公司叫摩根給他投資建塔，就是圖上這個，這個大電塔建在紐約的長島，名字叫做沃登克里弗塔，又叫做特斯拉塔，當時他們用了4年的時間把這個電塔建造了57米高但是后來因為很多人說特斯拉這個大電塔是騙人的不可能實現，摩根公司就不給投資了大電塔就建不下去了，特斯拉給這個摩根公司寫了很多信請求繼續建造，都沒有得到回應。過了兩年就被人拆了。當時的人不懂特斯拉，但是后人卻發現了無線輸電潛在的價值，所以現在各個國家都在研究無線輸電技術，大家覺得怎么才能把電傳輸的更遠呢？（學生討論增大線圈、升高電壓等等）。大家說的特別對，無線輸電最大的困難在于能量損耗的特別快，所以傳遞不遠，如果我們想要實現全球無線供電，那除了做一個巨大的發電塔外，還需要想辦法減少能量的損耗。【小總結】再次總結無線輸電和傳統輸電的優缺點，并提問“為什么無線輸電不能傳很遠呢？你有什么想法？”【講解】無線輸電的電磁波是往四面八方傳遞的，不像電線里的電非常集中，而且電磁波在空氣里的損耗特別快，沒有足夠的能量把電傳輸很遠。想法學生自由發揮。開放性問題設置，比如增大線圈，提高電壓等等。【第5步】認識無線輸電應用【對應PPT“無線輸電的應用”部分【時長】5min【話術銜接】雖然目前還不能用無線輸電實現全球供電。但是無線輸電在我們的生活里卻也是有很多的應用了。【講解】手機充電：現在越來越多的手機具備了無線充電的功能啦，以后可能我們可以把手機放到桌子上，放到車里、放到哪里都可以給手機充電啦。電腦充電：戴爾曾經推出電磁感應方式的筆記本無線充電底座，像老師這種需要經常拿著電腦走動的職業來說，用這種充電方式的電腦那實在是太方便了。【講解還有汽車我們小區附近一般都有充電樁就是左圖這樣的，需要把線連接到車上給汽車充電；現在很多國家都有了右圖這樣的無線充電樁，不用連線就可以直接給汽車充電了。而且電動汽車也是一種新能源清潔交通工具，如果越來越多的人使用電動汽車，那比起我們現在的燒柴油，是不是清潔很多呢？【講解在醫療上無線輸電也有著非常大的作用有些人心臟不好，需要裝一個小的機械裝置幫助心臟跳動，叫做心臟起搏器，但是這個裝置需要電，那如果它在人的身體里沒有電了怎么辦呢？用手術刀把它取出來，充滿電再放進去？那人的身上得挨多少刀子啊，現在通過無線充電的方式，透過人體也可以給這個裝置充電，是不是方便安全了很多呢？【第6步】動手制作【對應PPT“開始動手制作吧”部分①指導學生打開包裝盒，將零件分類擺放整齊在自己前方桌面上。②認識主要元