1、电能的远距离传输教学设计 沿河县民族中学物理组 冯健 三维教学目标 1、知识与技能 （1）了解变电站到用户的输电过程； （2）知道降低输电损耗的两个途径； （3）理解为什么远距离输电要用高压，弄清输电线上的电功率损失和电压损失中各因素的 制约关系，充分理解公式 ， ，P=UI 中的物理量的对应关系； 2UPR2I （4）了解高压交流和高压直流输电的优缺点及两种系统的区别和联系。 2、过程与方法 (1)、通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合应用能力。 （2） 、通过建立物理模型和确立研究对象，使学生学会分析解决实际问题的基本方法：理 论分析，计算与实验。 3、情感、态度与价值观 （1）
2、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； （3）结合生活实践，介绍个别违法犯罪分子偷盗电线造成的危害，教育学生爱护公共设施， 做一个合格公民。 教学重点：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。 教学难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压 U 和损失电压 U 。 教学方法：自学讨论法、阅读法、讲解法、强化训练等。 教学手段：多媒体课件 （一）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
3、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，思考问题。 （二）进行新课【由学生阅读课文 P75、P76 页的知识】 提出问题：（用课件将问题投影在屏幕上） （1）输送电能的基本要求是什么？ （2）远距离大功率输电面临的困难是什么？ （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？ （4）如何减小输电线的电阻呢？ （5）如何减小输电线中的电流呢？ 学生分组讨论，老师点拨： 问题（1）：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
4、济是指输 电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。 问题（2）：在输电线上有功率损失。 问题（3）：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。 引导学生拿出草稿纸推导功率损失的表达式：设输电电流为 I，输电线的电阻为 r，则功 率损失为 P=I 2r。根据功率损失的表达式 P=I 2r 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。 问题（4）：根据电阻定律可知 ，要减小输电线的电阻 r，可采用下述方法：LrS 减小材料的电阻率 。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
5、作输电线。 减小输电线的长度 L 不可行，因为要保证输电距离。 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。 问题（5）：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。 思考与讨论： 以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？【学生讨论，再抽学生回答】 老师归纳：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一半 ，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四分之一。 提出问题：【用课件投影在屏幕
6、上，让学生联系生活讨论交流】 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？ 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。 【老师引导，板书于黑板】：设发电机的输出功率为 P，则功率损失为：P=I 2R，用户得 到的功率为：P 用 =P 送 -P，输电线路上的电压损失为：U=IR，则 U 用 =U 送 -U。 【介绍目前我国常用的远距离输电采用的电压】 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。 【拓展一步】 1、是不是输电电压越高越好？为什么
7、？ 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、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。 高压直流输电:【老师讲述】 1、让学生阅读 P79 页知识，介绍高压直流输电系统原理图； 2、介绍高压直流输电的优点； 3、介绍我国高压直流输电取得的成就。 （三）实例探究【1、用课件展出，学生读题审题；2、学生独立做题；3、小组或同桌
8、交 流答案，先行释疑；4、展示结果剩疑，全班解决；5、师生归纳概括方法、思路。 】 1、输送 4800kW 的电功率，采用 110kV 高压输电，若不考虑电抗的影响，输电导线中的 电流是多少安？如果用 110V 电压输电，输电导线中的电流将是多少？ 2、指出下面的一段叙述错在那里，并说明原因. 将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率. 设输电电压为 U，则功率损失 为 P 损 = UI. （1） 而 U = I R（2） 将（2）式代入（1）式， 得到 P 损 = U2 / R （3） 由（3）式可知，要减小功率损失 P 损，就应当用低压送电和增大输电线的电阻 R。. 3、从发电站
9、输出的功率为 200kW，输电线的总电阻为 0.05，用 110V 和 11kV 两种电压 输电，输电线上电阻造成的电压损失各是多少伏？ 4、如果用 220V 和 11kV 两种电压来输电，设输送的电功率、输电线上的功率损失、导线 的长度和电阻率都相同，求导线的横截面积之比。 （四）课堂小结、点评 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=I 2r，其中 ；采用高压输电可以达到减小输电电流的目PIU 的。 2、电网供电的优点。 3、高压直流输电。 （五）板书设计 1、为什么要采用高压输电 (
10、1) 电功率损失：P 损 =I2r P 送 =P 用 +P 损 减小输电线电阻的方法： （2）电压损失：U=Ir U 送 =U 用 +U （3）高压输电：P 损 =I2r= ，输送功率 P 一定，提高输送电压 U，可降低损失功率()r 2、高压直流输电 （1）高压直流输电的优点 （2）困难与展望 （六）教学后记 本节是交变电流知识的综合运用，是解决实际问题的典型例子。教学中，本人充分引导 学生自己阅读课文，提出一系列问题引导学生思考和讨论，让学生从技术和经济这两个层 面去考虑为什么要高压输电。有的学生搞不清输送功率的含义，在求解流过导线的电流时， 往往将输送电压除以导线自身电阻，所以，本人在讲
11、解时，重点从建立物理模型和确定研 究对象的角度进行说明，抓住输送电压与输送功率是以导线、用户组成串联电路为研究对 象的，而导线损失功率，导线损失电压是以导线为研究对象的，各部分的物理量中只有输 送电流是相同的。这样尽可能让学生理解各物理量的意义，不乱套用公式，利用适当典型 的例题分析，规范学生解题，逐步巩固和掌握本节知识。 巩固练习【试题如下，发给学生课后练习】 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、远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设 750kV 线路。
12、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 3、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/n2 C.输电线上的电功率损失变为原来的 1/n D.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 4、输电线的电阻共计 r，输送的电功率为 p，输电电压为 U，则用户能得到的电功率是： （ ） A. P B.P( U P ) 2r C.I2R D. ( P ) 2
13、r 5、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=UI ，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 6、山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变 压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低电压后再 输送至各用户设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器总功率的
14、增加将导致 （ ）A升压变压器初级线圈中的电流变小 B升压变压器次级线圈两端的电压 变小 C高压输电线路的电压损失变大 D降压变压器次级线圈两端的电压变小 7、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，则输电导线上损耗的功率可表示为 （ ） A. B. C.I2R D.I（U 1-U2）RU 211)( 8、输送 10kw 的电功率，采用 400V 的电压输电，输电线的总电阻为 10，求（1）输电线 中的电流？输电线中损失的电压是多少？用户得到的电压是多少？（2）输电线损失的功率 是多少？用户得到的功率是多少？（3）如
15、果采用 4000V 电压输电，输电线损失的功率是多 少？ 9、有一条河流，河水流量为 4m3/s，落差为 5m，现 利用它来发电，使用的发电机总效率为 50，发电 机输出电压为 350V，输电线的电阻为 4，允许输 电线上损耗功率为发电机输出功率的 5，而用户所 需要电压为 220V，求所用的升压、降压变压器上原、 副线圈的匝数比变压器为理想变压器输电线路如图所示 9、有一台内阻为 1 的发电机用高压输电的方法给一学校供电，已知升压变压器的匝数比 为 14，降压变压器的匝数比为 41，输电线的总电阻为 4，全校共有 22 个班，每班 有“220V，40W”的电灯 6 盏。若保证全部电灯都正常发光，试求： （1）发电机的输出功率；（2）发电机的电动势；（3）高压输电的效率。
