1、第五節(jié) 電能的輸送本節(jié)教材分析這節(jié)教材是學(xué)生前面所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用解決實(shí)際問題的一個(gè)典型例子.通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，要注意培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力.教材寫得比較詳細(xì)、通俗，可讓學(xué)生閱讀課本，然后提出一些問題引導(dǎo)學(xué)生思考、討論.在內(nèi)容的處理上，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1.對(duì)于電路上的功率損失，可引導(dǎo)學(xué)生自己從已有的直流電路知識(shí)出發(fā)，進(jìn)行分析，得出結(jié)論.2.講解電路上的電壓損失，是本節(jié)教材新增加的.目的是希望學(xué)生對(duì)輸電問題有更全面、更深入和更接近實(shí)際的認(rèn)識(shí)，知道影響輸電損失的因素不只一個(gè)，分析問題應(yīng)綜合考慮，抓住主要方面.但真正的實(shí)際問題比較復(fù)雜，教學(xué)中并不要求深入討論輸電中的這些實(shí)

2、際問題，也不要求對(duì)輸電過程中感抗和容抗的影響進(jìn)行深入分析.3.學(xué)生常常容易將導(dǎo)線上的電壓損失U=U-U與輸電電壓混淆起來，甚至進(jìn)而得出錯(cuò)誤結(jié)論.要通過具體的例子，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，澄清認(rèn)識(shí).要注意，切不可單純由教師講解，而代替了學(xué)生的思考，否則會(huì)事倍功半，似快而實(shí)慢.4.課本中講了從減少損失考慮，要求提高輸電電壓；又講了并不是輸電電壓越高越好.希望幫助學(xué)生科學(xué)地、全面地認(rèn)識(shí)問題，逐步樹立正確地分析問題、認(rèn)識(shí)問題的觀點(diǎn)和方法.節(jié)后設(shè)的閱讀材料直流輸電既可以開闊學(xué)生眼界，也可以增加知識(shí). 教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.知道“便于遠(yuǎn)距離輸送”是電能的優(yōu)點(diǎn)，知道輸電過程.2.知道什么是輸電線上的功率損失和

3、如何減少功率損失.3.知道什么是輸電導(dǎo)線上的電壓損失和如何減少電壓損失.4.理解遠(yuǎn)距離輸電要用高壓.二、技能目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生閱讀、分析、綜合和應(yīng)用能力.三、情感態(tài)度目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生遇到問題要認(rèn)真、全面分析的科學(xué)態(tài)度.2.介紹我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電概況，激發(fā)學(xué)生投身祖國(guó)建設(shè)的熱情. 教學(xué)重點(diǎn)找出影響遠(yuǎn)距離輸電損失的因素，使學(xué)生理解高壓輸電可減少P與U損失. 教學(xué)難點(diǎn)理解高壓輸電原理，區(qū)別導(dǎo)線上的輸電電壓U和損失電壓U. 教學(xué)方法自學(xué)討論法. 教學(xué)用具可拆變壓器（2臺(tái)）、長(zhǎng)導(dǎo)線、學(xué)生電源、小燈泡、投影儀、CAI課件. 課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)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(xué)能、核能）先轉(zhuǎn)化

4、為電能再進(jìn)行傳輸，這是因?yàn)殡娔芸梢酝ㄟ^電網(wǎng)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(xué)習(xí)遠(yuǎn)距離輸電的知識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真仔細(xì)地閱讀教材，回答老師提出的下列問題（屏幕上打出）生閱讀并展開激烈的討論.二、新課教學(xué)1.輸電線上的功率損失師輸送電能的基本要求是什么？生輸送電能的基本要求是：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì).可靠，是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電.保質(zhì)，就是保證電能的質(zhì)量，即電壓和頻率穩(wěn)定.經(jīng)濟(jì)是指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗小，電價(jià)低.師遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？生在輸電線上有功率損失和電壓損失.師輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達(dá)式是什么

5、？如何減小輸電線上的電壓損失？生1由于輸電線有電阻，當(dāng)有電流流過輸電線時(shí)，有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了.這是輸電線上功率損失的主要原因.生2設(shè)輸電電流為I，輸電線的電阻為R，則功率損失為P=I2R.生3根據(jù)功率損失的表達(dá)式P=I2R可知，要減少輸電線上的功率損失，有兩種方法：其一是減小輸電線的電阻；其二是減小輸電電流.師如何減小輸電線的電阻呢？生根據(jù)電阻定律可知R線=，要減小輸電線的電阻R線，可采用下述方法：減小材料的電阻率.銀的電阻率最小，但價(jià)格昂貴，目前選用電阻率較小的銅或鋁作輸電線.減小輸電線的長(zhǎng)度l不可行，因?yàn)橐ＷC輸電距離.增加導(dǎo)線的橫截面積，可適當(dāng)增大橫截面積.太粗不可能，既不

6、經(jīng)濟(jì)又架設(shè)困難.師如何減小輸電線中的電流呢？生在輸電功率一定的條件下，根據(jù)P=UI可知，要減小輸電線中的電流I，必須提高輸電電壓U，這就是采用高壓輸電的道理.2.輸電線上的電壓損失師在直流輸電時(shí)，輸電線上電壓損失的原因是什么？交流輸電呢？生1由于輸電線有電阻，電流在輸電線上有電壓損失.生2對(duì)交流輸電線路來說，既有電阻造成的電壓損失，也有感抗和容抗造成的電壓損失.師在不計(jì)感抗和容抗的條件下，電壓損失的表達(dá)式是什么？生電壓損失U=U-U=IR線師如何減小電壓損失，保證輸電質(zhì)量呢？生根據(jù)電壓損失的表達(dá)式U=IR線可知，要減少輸電線上的電壓損失，有兩種方法：其一是減小輸電線的電阻R線；其二是減少輸電電

7、流.方法同減少功率損失.師為了減少功率損失和電壓損失，都需要采用高壓輸電，但并不是電壓越高越好.因?yàn)殡妷涸礁撸瑢?duì)輸電線絕緣的要求就越高，這樣不經(jīng)濟(jì).實(shí)際輸電時(shí)，要綜合考慮各種因素.3.幾種輸電模式師常用的輸電模式有幾種？各是什么？生1低壓輸電：輸電功率為100 kW以下，距離為幾百米以內(nèi)，一般采用220 V的電壓輸電.生2高壓輸電：輸電功率為幾千千瓦到幾萬千瓦，距離為幾十千米到幾百千米，一般采用35 kV或110 kV的電壓輸電.生3超高壓輸電：輸電功率為10萬千瓦以上，距離為幾百千米，必須采用220 kV或更高的電壓輸電.師我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有哪幾種？生有110 kV、220 kV、3

8、30 kV、500 kV.師大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓不符合遠(yuǎn)距離輸電的要求，怎么辦？而到達(dá)目的地的電壓也不符合用戶的要求，怎么辦？生在發(fā)電機(jī)處用升壓變壓器升高電壓，在用戶處用降壓變壓器降低電壓.師用CAI課件展示我國(guó)遠(yuǎn)距離高壓輸電情況及遠(yuǎn)距離高壓輸電的原理.如下圖所示.設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則功率損失為P=I22R用戶得到的功率為P用=P-P.電壓損失為U=I2R，則U3=U2-U.4.例題分析某交流發(fā)電機(jī)輸出功率為5×10.5 W，輸出電壓為U=1.0×10.3 V，假如輸電線的總電阻R=10 ，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

9、出輸電線路的示意圖（下圖）.（標(biāo)明各部分的符號(hào)）（2）所用升壓和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是多少？（使用的變壓器是理想變壓器）解析：引導(dǎo)學(xué)生畫出電路.引導(dǎo)學(xué)生寫出各部分關(guān)系式UU1=n1n2I2I1=n1n2U2U用=n1n2I3I2=n1n2U1=U損+U2P=P損+P用戶P損=I22·R解：I1=500 AP損=5%P=5%×5×105 W=2.5×104 WP損=I22RI2=50 AI3=所以三、小結(jié)通過本節(jié)學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)以下問題：1.遠(yuǎn)距離輸電線路上，P損=I2R=，其中（I=）.2.遠(yuǎn)距離高壓輸電中，P損和U損都能減少.3.交流和直流輸電

10、有其各自的優(yōu)點(diǎn)和不足.4.電站輸出功率由用戶消耗功率決定.四、布置作業(yè)（略0五、板書設(shè)計(jì)六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1.單相交流發(fā)電機(jī)的路端電壓為220 V，輸出的電功率為4400 W，發(fā)電機(jī)到用戶單根輸電線的電阻為2 ，求（1）用戶得到的電壓和電功率各是多少？（2）如果用變壓比為110的升壓變壓器升壓后向用戶輸電，用戶處再用變壓比為101的降壓變壓器降壓后使用，那么用戶得到的實(shí)際電壓和電功率又是多少？2.一條河的流量為Q=40 m3/s，落差為h=5 m.利用它發(fā)電，單相交流發(fā)電機(jī)效率1=50%，輸出電壓U=400 V，輸電線總電阻R線=5 ，電線上允許損失的最大電功率為發(fā)電機(jī)輸出的電功率2倍,2=

11、5%，用戶所需電壓為220 V，設(shè)計(jì)輸電線兩端變壓器的原、副線圈匝數(shù)比各是多少？參考答案：1.解析（1）不用變壓器，直接輸電時(shí)：干線中電流：I= A=20 A電線上損失的：U損=I·R線=20×2×2 V=80 VP損=I·U損=1600 W用戶得到的：U戶=220 V-80 V=140 VP戶=P-P損=4400 W-1600 W=2800 W （2）用變壓器時(shí)，電路如圖所示.U1=10U=2200 VI線= A=2 AU2=U1-I線R=2200 V-2×4 V=2192 V所以U戶=219.2 VP戶=P-I線2×R=4400

12、W-4×4 W=4384 W2.解析：發(fā)電機(jī)將水機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，其中：P輸=1Qgh=50%×103×40×10×5 W=106 W輸電線上損失：P損=2P輸=5×104 W輸電線上允許輸送的最大電流I線= A=100 A而不用變壓器直接輸送時(shí)，輸電線上電流大小：I=2500 A100 A為減少電能損失，必須是先升壓后降壓，輸電線路如圖所示.I1=2500 AI2=100 AI3= A= A所以備課資料求解輸電問題的思路由于發(fā)電機(jī)本身的輸出電壓不可能提高，所以采用高壓輸電時(shí)，在發(fā)電站內(nèi)需用升壓變壓器升壓后再由輸電線輸出，到用電區(qū)再用

13、降壓變壓器降到所需的電壓，在解答有關(guān)遠(yuǎn)距離輸電問題時(shí)，首先要將整個(gè)電路分成幾段進(jìn)行研究，找出跟各段電路相應(yīng)的物理量；然后利用變壓器工作原理和直流電路的基本定律分段列式，最后聯(lián)立求解，進(jìn)行計(jì)算.另外，還需注意以下幾點(diǎn)：（1）因?yàn)檩旊娋嚯x不變，所以輸電線長(zhǎng)度一定.（2）發(fā)電機(jī)的輸出功率通常認(rèn)為是恒定的.（3）輸電導(dǎo)線上的電能損失往往要求不能超過某一規(guī)定值.（4）記熟兩個(gè)基本公式：電壓關(guān)系：U升=U降+U=IR線 +U降能量關(guān)系：P出=P損+P降=I2R線+IU降=IU升備課資料汽油機(jī)點(diǎn)火裝置的工作原理汽車中汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置是利用感應(yīng)圈的原理制成的.感應(yīng)圈是互感現(xiàn)象的重要應(yīng)用之一.它實(shí)際上就是一

14、個(gè)小功率的升壓變壓器.它能將十幾伏的直流低電壓變成數(shù)萬伏的高電壓，是科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用來取得高壓的一種電源設(shè)備.感應(yīng)圈的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主體部分是在一個(gè)用許多薄硅鋼片疊合而成的直條形鐵芯上套有兩個(gè)線圈的變壓器，初級(jí)線圈繞在里層，次級(jí)線圈繞在外層，層間有良好絕緣，整個(gè)變壓器經(jīng)過絕緣處理后放進(jìn)膠木外套筒中，空隙處灌滿了很厚的一層石蠟.圖1我們知道，恒定直流電是不能變壓的.但不斷的接通與切斷直流電路卻可以產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)，這表明斷續(xù)的脈動(dòng)直流電可以進(jìn)行電壓變換.這里通斷電流的機(jī)構(gòu)是采用一個(gè)最簡(jiǎn)單的電磁式斷續(xù)器.當(dāng)螺旋調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)Z與帶有鐵頭的彈簧片P接觸時(shí)，合上電源開關(guān)S，初級(jí)線圈中有直流電通過，于

15、是鐵芯被磁化吸引彈簧片，但此時(shí)卻切斷了電路；鐵芯失去磁性便放開彈簧片，彈簧片又與觸點(diǎn)Z接觸，電路再度被接通.如此不斷的重復(fù)下去，低壓恒定直流電就變成了脈動(dòng)直流電.由于初級(jí)線圈自感作用的結(jié)果，電流不能突然增大，也不能突然減小，因而變成上升被阻攔，下降被拖延的脈動(dòng)直流.其波形如圖2（a）所示.圖中t1時(shí)間內(nèi)的曲線表示電路接通時(shí)，電流上升的情形，而t2時(shí)間內(nèi)的曲線則表示電路斷開時(shí)，電流下降的情形，我們知道，由于初級(jí)線圈電流的變化，在初級(jí)和次級(jí)線圈中都會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì).電流的變化率越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就越高.由圖可見，由于電路斷開時(shí)電流的變化率比電路接通時(shí)電流的變化率要大得多，所以電路斷開時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也比接通時(shí)高得多.圖2（b）中畫出了次級(jí)的電動(dòng)勢(shì)e2的變化波形.由圖可見，在電路接通時(shí)（t1時(shí)間內(nèi)），感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較小，而電路斷開時(shí)（t2時(shí)間內(nèi)），感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)上升至較大的數(shù)值.如果次級(jí)兩端點(diǎn)D、D相距較近，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正向與負(fù)向的值都可使DD間的空氣擊穿而發(fā)生強(qiáng)烈的火花放電.這時(shí)，次級(jí)線圈中就有交變電流通過，其電流變化的規(guī)律與電動(dòng)勢(shì)變化的規(guī)律相同，仍如圖2（b）所示.但是如果D、D相距較遠(yuǎn)，則當(dāng)電路接通時(shí)，次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較小.不足以使空氣擊穿放電，此時(shí)次級(jí)線圈沒有電流通過；只有當(dāng)電路斷開時(shí)，由于次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很大，DD間的空氣被擊穿放