1、第五節 電能的輸送本節教材分析這節教材是學生前面所學知識綜合運用解決實際問題的一個典型例子.通過本節的學習，要注意培養和提高學生運用物理知識分析、解決實際問題的能力.教材寫得比較詳細、通俗，可讓學生閱讀課本，然后提出一些問題引導學生思考、討論.在內容的處理上，應注意以下幾個方面：1.對于電路上的功率損失，可引導學生自己從已有的直流電路知識出發，進行分析，得出結論.2.講解電路上的電壓損失，是本節教材新增加的.目的是希望學生對輸電問題有更全面、更深入和更接近實際的認識，知道影響輸電損失的因素不只一個，分析問題應綜合考慮，抓住主要方面.但真正的實際問題比較復雜，教學中并不要求深入討論輸電中的這些實

2、際問題，也不要求對輸電過程中感抗和容抗的影響進行深入分析.3.學生常常容易將導線上的電壓損失U=U-U與輸電電壓混淆起來，甚至進而得出錯誤結論.要通過具體的例子，可引導學生進行討論，澄清認識.要注意，切不可單純由教師講解，而代替了學生的思考，否則會事倍功半，似快而實慢.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.希望幫助學生科學地、全面地認識問題，逐步樹立正確地分析問題、認識問題的觀點和方法.節后設的閱讀材料直流輸電既可以開闊學生眼界，也可以增加知識. 教學目標一、知識目標1.知道“便于遠距離輸送”是電能的優點，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.知道什么是輸電導線上的電壓損失和如何減少電壓損失.4.理解遠距離輸電要用高壓.二、技能目標培養學生閱讀、分析、綜合和應用能力.三、情感態度目標1.培養學生遇到問題要認真、全面分析的科學態度.2.介紹我國遠距離輸電概況，激發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P與U損失. 教學難點理解高壓輸電原理，區別導線上的輸電電壓U和損失電壓U. 教學方法自學討論法. 教學用具可拆變壓器（2臺）、長導線、學生電源、小燈泡、投影儀、CAI課件. 課時安排1課時教學過程一、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

4、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）生閱讀并展開激烈的討論.二、新課教學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、經濟.可靠，是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電.保質，就是保證電能的質量，即電壓和頻率穩定.經濟是指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗小，電價低.師遠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，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉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根據功率損失的表達式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.減小輸電線的長度l不可行，因為要保證輸電距離.增加導線的橫截面積，可適當增大橫截面積.太粗不可能，既不

6、經濟又架設困難.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，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.師在不計感抗和容抗的條件下，電壓損失的表達式是什么？生電壓損失U=U-U=IR線師如何減小電壓損失，保證輸電質量呢？生根據電壓損失的表達式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.因為電壓越高，對輸電線絕緣的要求就越高，這樣不經濟.實際輸電時，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，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.師我國遠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.師大型發電機發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？生在發電機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.設發電機的輸出功率為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.例題分析某交流發電機輸出功率為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）解析：引導學生畫出電路.引導學生寫出各部分關系式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、小結通過本節學習，主要學習以下問題：1.遠距離輸電線路上，P損=I2R=，其中（I=）.2.遠距離高壓輸電中，P損和U損都能減少.3.交流和直流輸電

10、有其各自的優點和不足.4.電站輸出功率由用戶消耗功率決定.四、布置作業（略0五、板書設計六、本節優化訓練設計1.單相交流發電機的路端電壓為220 V，輸出的電功率為4400 W，發電機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.利用它發電，單相交流發電機效率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電機輸出的電功率2倍,2=

11、5%，用戶所需電壓為220 V，設計輸電線兩端變壓器的原、副線圈匝數比各是多少？參考答案：1.解析（1）不用變壓器，直接輸電時：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，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：發電機將水機械能轉換為電能，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，輸電線上電流大?。篒=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電機本身的輸出電壓不可能提高，所以采用高壓輸電時，在發電站內需用升壓變壓器升壓后再由輸電線輸出，到用電區再用

13、降壓變壓器降到所需的電壓，在解答有關遠距離輸電問題時，首先要將整個電路分成幾段進行研究，找出跟各段電路相應的物理量；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，最后聯立求解，進行計算.另外，還需注意以下幾點：（1）因為輸電距離不變，所以輸電線長度一定.（2）發電機的輸出功率通常認為是恒定的.（3）輸電導線上的電能損失往往要求不能超過某一規定值.（4）記熟兩個基本公式：電壓關系：U升=U降+U=IR線 +U降能量關系：P出=P損+P降=I2R線+IU降=IU升備課資料汽油機點火裝置的工作原理汽車中汽油發動機的點火裝置是利用感應圈的原理制成的.感應圈是互感現象的重要應用之一.它實際上就是一

14、個小功率的升壓變壓器.它能將十幾伏的直流低電壓變成數萬伏的高電壓，是科學實驗中經常用來取得高壓的一種電源設備.感應圈的結構示意圖如圖1所示，主體部分是在一個用許多薄硅鋼片疊合而成的直條形鐵芯上套有兩個線圈的變壓器，初級線圈繞在里層，次級線圈繞在外層，層間有良好絕緣，整個變壓器經過絕緣處理后放進膠木外套筒中，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生互感電動勢，這表明斷續的脈動直流電可以進行電壓變換.這里通斷電流的機構是采用一個最簡單的電磁式斷續器.當螺旋調節器觸點Z與帶有鐵頭的彈簧片P接觸時，合上電源開關S，初級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Z接觸，電路再度被接通.如此不斷的重復下去，低壓恒定直流電就變成了脈動直流電.由于初級線圈自感作用的結果，電流不能突然增大，也不能突然減小，因而變成上升被阻攔，下降被拖延的脈動直流.其波形如圖2（a）所示.圖中t1時間內的曲線表示電路接通時，電流上升的情形，而t2時間內的曲線則表示電路斷開時，電流下降的情形，我們知道，由于初級線圈電流的變化，在初級和次級線圈中都會感應出電動勢.電流的變化率越大，感應電動勢也就越高.由圖可見，由于電路斷開時電流的變化率比電路接通時電流的變化率要大得多，所以電路斷開時感應電動勢也比接通時高得多.圖2（b）中畫出了次級的電動勢e2的變化波形.由圖可見，在電路接通時（t1時間內），感應電動勢較小，而電路斷開時（t2時間內），感應電動勢上升至較大的數值.如果次級兩端點D、D相距較近，則感應電動勢的正向與負向的值都可使DD間的空氣擊穿而發生強烈的火花放電.這時，次級線圈中就有交變電流通過，其電流變化的規律與電動勢變化的規律相同，仍如圖2（b）所示.但是如果D、D相距較遠，則當電路接通時，次級的感應電動勢較小.不足以使空氣擊穿放電，此時次級線圈沒有電流通過；只有當電路斷開時，由于次級感應電動勢很大，DD間的空氣被擊穿放