高中物理人教版 (新课标)选修35 电能的输送教学设计

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一．教学设计对于电路上的功率损失，可根据学生的实际情况，引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论．讲解电路上的电压损失，是本教材新增加的．目的是希望学生对输电问题有更全面、更深人和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面．但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深人讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析．教学中要注意掌握好分寸．二．教学目标 1．知识与技能：（1）知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。（2）知道降低输电损耗的两个途径。（3）了解电网供电的优点和意义。2．过程与方法：通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力3．情感、态度与价值观：（1）培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。（2）介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。三．教学重点、难点1．重点：找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。2．难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU。四．教学方法：自学讨论法、阅读法、讲解法。五．教学过程 1．引入新课人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化学能、核能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，回答老师提出的下列问题2．进行新课（1）降低输电损耗的两个途径①输送电能的基本要求是什么？输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。②远距离大功率输电面临的困难是什么？在输电线上有功率损失。③输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了。这是输电线上功率损失的主要原因。设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=I2r.根据功率损失的表达式ΔP=I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。④如何减小输电线的电阻呢？根据电阻定律可知r=ρ，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：Ⅰ．减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线．Ⅱ．减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.Ⅲ．增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。⑤如何减小输电线中的电流呢？阅读并回答教材49页“思考与讨论”中的问题。在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。⑥以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？举例说明。采用高压输电。在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的。在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的。⑦大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压.投影片展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。如下图所示。设发电机的输出功率为P，则功率损失为：ΔP=I22R用户得到的功率为P用=P-ΔP.输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU.⑧目前，我国常用的远距离输电采用的电压有哪几种？有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线采用500 kV的超高压，西北电网正在建设750kV的线路。⑨是不是输电电压越高越好？为什么？不是。电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。（2）电网供电①采用电网供电的优点是什么？可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。3．小结：通过本节学习，主要学习以下问题：（1）降低输电损耗的两个途径：减小线路电阻和减小输电电流。减小输电电流是最有效的途径。远距离输电线路上，P损=I2r=，其中（I=）。采用高压输电可以达到减小输电电流的目的。（2）电网供电的优点4．实例探究高压输电的优点（1）远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV线路。采用高压输电的优点是 （ ）A．可节省输电线的铜材料 B．可根据需要调节交流电的频率C．可减少输电线上的能量损耗 D．可加快输电的速度 远距离输电的过程（2）某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW，输出电压250 V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220 V电压.求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？（理想变压器） 六．知识总结与迁移 1．知识总结（1）进行远距离输电的原因是____________________.输送电能的基本要求是__________（2）输送电能的过程中减小电能损失的最有效的途径是___________________________.（3）请画出输电线路的示意图，并写出各个物理量之间的关系．（4）电源的输出功率_______________，输电损失的功率是______________，用户得到的功率_____________.以上三种功率的关系是__________________． 2．课堂练习（1）在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是 （ ）A．使输电线粗一些 B．减短输电线长度 C．减少通电时间 D．采用高压输电（2）远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是 A．输电线上的电流变为原来的n倍B．输电线上的电压损失变为原来的1/n2C．输电线上的电功率损失变为原来的1/nD．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍（3）下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是 （ ）A．因为热功率P=，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗C．因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D．以上说法均不正确（4）某发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损失的功率可表示为： （ ） A．U12/R B．(U1－U2) 2/R C．I2R D．I(U1－U2)（5）在远距离输电时，若采用升压变压器使输电电压升高为原来的n倍，对输出一定的功率而言， 则输电电流是原来的_____倍，输电线上的电能损耗减少为原来的_____倍．（6）在远距离高压输电中，输送功率为P，输电电压为U，输电线路电阻为R，则输电线上损失的功率为：( ) A．U2/R B．PR/U C．RU2/P D．RP2/U2（7）发电机路端电压为250V，输送功率是20kW，输电线电阻为0.5Ω，则用户得到的电压为 __________V，功率为____________kW．（8）某火力发电站输出的电功率是9900kW，输电导线的电阻为2Ω，分别用18kV和110kV的电压输电，则导线上损失的功率分别是_________ kW和_________kW．（9）某发电厂原来用11kV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220kV输电，输送的电功率都是P，若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是（ ）A．据公式，提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20B．据公式，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C．据公式，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400D．据公式，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍（10）一小水电站，输出的电功率为20kW，输电线总电阻为，如果先用400V电压输送，后又改用2000V电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率的变化情况是 A．减小50W B．减少1200W C．减少W D．增大W（11）有一台内阻为的发电机，供给一个学校用电，升压变压器的匝数比，降压变压器的匝数比，输电线总电阻是，全校共有22个教室，每个教室有“220V 40W”的电灯6盏，若要保证全部电灯正常发光，则（ ）①发电机的输出功率应是多大？②发电机的电动势是多大？③输电效率是多大？（12）在离用电单位的较远处建了一座小型的水电站，发电机输出功率为5kW，输出电压为220V，输电线的电阻，允许输电线路损耗功率为输送功率的6%，用电单位所需的电压为220V，根据上述条件：①画出供电的电路示意图；②计算所用的升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比各是多少？（设变压器为理想变压器）七．作业：1．输电线的电阻共计r，输送的电功率是P，用电压U送电，则用户能得到的电功率是（ ）A． B． C． D．2．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线电阻为R，通过导线的电流为I，学校输入电压为U2，下列4个计算输电线损耗的式子中，不正确的是（ ）A． B． C． D．3．远距离输电线路的示意图如图所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是A．升压变压器的原线圈中的电流与用户电设备消耗的功率无关B．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C．当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D．升压变压器的输出电压等于降压器输入电压4．一小水电站，输出的电功率为20kW，输电线总电阻为，如果先用400V电压输送，后又改用2000V电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率的变化情况是（ ）A．减小50W B．减少1200W C．减少W D．增大W5．“西电东送”是我国一项重大的能源发展战略，也是我国西部大开发的四大工程之一，将西部地区的电能输送到东部地区，需要远距离输电，为了减少输电中的损失，有两种可行办法：一种是减少输电线的 ，另一种方法是减少输送电路的 ；为了保证输出的电功率不变，就必须提高输电的 ，在550kV超高压输电方案和110kV高压输电方案中，应使用 输电方案，在这两种输电方案中电能损失之比是 .6．远距离输电时，原来的输出电压为U0，输电线上功率损失为P0，要使输电线上的功率损失降为原来的1%，则输出电压为 U0，此时输电线上的电压损失将变为原来的 倍。7．有一理想变压器原、副线圈的匝数比为100，原线圈上所加电压为23kV，副线圈通过总电阻为2Ω的供电导线向用户供电，用户用电器得到电压是220V，求供电导线上损耗的功率？8．关于电能输送的以下分析，正确的是 ( )A．由公式P=U2/R得出，输电电压越高，输电导线上的功率损失越大B．由公式P=U2/R得出，输电导线的电阻越大，功率损失越小C．由公式P=I2R得出，输出电流越大，输电导线上的功率损失越大D．由公式P=IU得出，输出导线上的功率损失与电流成正比9．远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究用比330 kV高得多的电压进行输电.采用高压输电的优点是( )A．可节省输电线的材料 B．可根据需要调节交流电的频率C．可减少输电线上的能量损失 D．可加快输电的速度10．由甲地向乙地输电，输送的电功率一定，输电线的材料一定。设输电电压为U，输电电线横截面积为S，输电线因发热损失的电功率为P，那么（ ） A．若U一定，则P与S成反比 B．．若U一定，则P与S2成反比 C．若S一定，则P与U2成反比 D．若S一定，则P与U成反比