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2019-2020年高中物理 《高壓輸電的原理》教案 滬科版選修3-2 ［課時安排］1課時 ［教學目標］： （一）知識與技能 1．知道“便于遠距離輸送”是電能的優(yōu)點，知道輸電過程。 2．知道降低輸電損耗的兩個途徑。 3．了解電網供電的優(yōu)點和意義。 （二）過程與方法 通過思考、討論、閱讀，培養(yǎng)學生閱讀、分析、綜合和應用能力 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1．培養(yǎng)學生遇到問題要認真、全面分析的科學態(tài)度。 2．介紹我國遠距離輸電概況，激發(fā)學生投身祖國建設的熱情。 ［教學重點］ 找出影響遠距離輸電損失的因素，使學生理解高壓輸電可減少功率與電壓損失。 ［教學難點］：理解高壓輸電原理，區(qū)別導線上的輸電電壓U和損失電壓ΔU。 ［教學器材］：投影儀、投影片 ［教學方法］：自學討論法、閱讀法、講解法。 ［教學過程］ （一）引入新課 師：人們常把各種形式的能（如水流能、燃料化學能、核能）先轉化為電能再進行傳輸，這是因為電能可以通過電網來傳輸，那么電能在由電廠傳輸給用戶過程中要考慮什么問題？這節(jié)課我們就來學習遠距離輸電的知識，請同學們認真仔細地閱讀教材，回答老師提出的下列問題（屏幕上打出）。 （二）進行新課 1．降低輸電損耗的兩個途徑 問題1：輸送電能的基本要求是什么？ 問題2：遠距離大功率輸電面臨的困難是什么？ 問題3：輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達式是什么？降低輸電損耗的兩個途徑是什么？ 問題4：如何減小輸電線的電阻呢？ 問題5：如何減小輸電線中的電流呢？閱讀并回答教材49頁 “思考與討論”中的問題。 問題6：以上兩個途徑中，哪一個對于降低輸電線路的損耗更有效？舉例說明。 問題7：大型發(fā)電機發(fā)出的電壓不符合遠距離輸電的要求，怎么辦？而到達目的地的電壓也不符合用戶的要求，怎么辦？ 問題8：投影片展示我國遠距離高壓輸電情況及遠距離高壓輸電的原理。如下圖所示。 設發(fā)電機的輸出功率為P，則功率損失為 ΔP=I22R 用戶得到的功率為P用=P-ΔP. 輸電線路上的電壓損失為：ΔU=I2R，則U3=U2-ΔU. 問題9：目前，我國常用的遠距離輸電采用的電壓有哪幾種？ 問題10：是不是輸電電壓越高越好？為什么？ 問題11：采用電網供電的優(yōu)點是什么？ 2．高壓交流輸電 高壓輸電的優(yōu)點 【例1】遠距離輸送交變電流都采用高壓輸電。我國西北電網正在建設750kV線路。采用高壓輸電的優(yōu)點是 （ ） A．可節(jié)省輸電線的銅材料 B．可根據需要調節(jié)交流電的頻率 C．可減少輸電線上的能量損耗 D．可加快輸電的速度 解析：遠距離輸電過程中，由于電流的熱效應，輸電線上發(fā)生熱損耗，根據焦耳定律，損耗功率P損=I2R=（）2R，式中P為輸電功率，U為輸電電壓，R為輸電線電阻，在P、R不變時，P損∝（）2，所以采用高壓輸電可減少輸電線上的能量損耗，當P損、P不變時，R∝U2，又R=ρ，聯(lián)立得輸電線橫截面積S∝.采用高壓輸電，在損耗功率不變的情況下可使輸電線橫截面積大大減小而節(jié)省輸電線銅材料.選項A、C正確 點評：在遠距離輸送電能計算線路功率損耗時常用關系式P損= I線2R線計算.其原因是I線較易求出：I線=P送/U送，而P送=I送U送或P損=U線2/R線則不常用，其原因是在一般條件下，U線不易求出，且易把U線和U送相混淆而造成錯誤。 遠距離輸電的過程 【例2】某小型水電站發(fā)電機輸出的電功率為100 kW，輸出電壓 250 V，現(xiàn)準備向遠處輸電，所用輸電線的總電阻為8 Ω，要求輸電時在輸電線上損失的電功率不超過輸送電功率的5%，用戶獲得220 V電壓.求應選用匝數比為多大的升壓變壓器和降壓變壓器？（理想變壓器） 解析：畫出高壓輸電線路圖如圖所示 設升壓變壓器原線圈電流為I1，電壓為U1，有U1=250 V， I1= A=400 A. 升壓變壓器副線圈電流為I2，當輸電線上損失功率為輸送功率的5%時，有 ΔP=I22r線=5%P I2= A=25 A 因此升壓變壓器的匝數比 降壓變壓器副線圈中的電流為I4，用戶得到的功率P′=P-ΔP=95%P 又P′=U4I4 所以I4= A=431.8 A. 而降壓變壓器原線圈電流I3=I2=25 A 所以，降壓變壓器匝數比. 點評：解決傳輸電問題時，應注意:①根據輸電情況畫出傳輸電路圖.②注意傳輸功率P，線路損失功率ΔP和用戶得到功率P′及傳輸電壓、線路損失電壓和用戶得到電壓的區(qū)別和聯(lián)系，根據需要選用它們不同表示形式。 3．高壓直流輸電 （1）高壓直流輸電系統(tǒng)原理 （2）高壓直流輸電的優(yōu)越性 （三）課堂總結、點評 通過本節(jié)學習，主要學習以下問題： 1．降低輸電損耗的兩個途徑：減小線路電阻和減小輸電電流。減小輸電電流是最有效的途徑。 遠距離輸電線路上，P損=I2r=，其中（I=）。采用高壓輸電可以達到減小輸電電流的目的。 2．高壓交流直流輸電的原理 （四）實例探究 例 某交流發(fā)電機輸出功率為510.5 W，輸出電壓為U=1.010.3 V，假如輸電線的總電阻R=10 Ω，在輸電線上損失的電功率等于輸電功率的5%，用戶使用電壓U=380 V. （1）畫出輸電線路的示意圖（下圖）。（標明各部分的符號） （2）所用升壓和降壓變壓器的原、副線圈的匝數比是多少？（使用的變壓器是理想變壓器） [作業(yè)布置] 課本P78 1、2、3、4、5、6 ［教學反思］：