資源簡介

第四節 電能的輸送 教學目標 1、 了解提高輸電電壓是降低遠距離輸電損耗的有效途徑，并能利用相關知識解釋實際現象。 2、經歷遠距離輸電的模型的過程,體會建立理想模型的思維方法 3、理解工程技術要兼顧科學、技術、經濟等因素，體會物理對社會發展的貢獻,培養學生的社會責任感。 教學重點： 1.高壓輸電原理，區別輸電線上損失的功率和輸電功率； 2.輸電線上損失的電壓和輸電電壓。 教學難點： 1. 對遠距離輸電模型模型及理解各物理量的關系
教學過程
一、新課引入 我國很多發電廠建在能源聚集的西部地區，而用電量大的城市多在東部沿海地區。從發電廠到用電量大的區域的遠距離輸電中，如何減少電能的損耗 分析：生活中為了節約成本，發電廠總是建在有能源的地區，比如水庫大壩，煤炭產地等。這些地方往往離城市比較遠，這就需要通過導線把發電機產生的電輸送給遠在城市的用戶。 引入課題：這就涉及到了遠距離輸電的問題。 新課教學 學習任務一：降低輸電損耗的兩種途徑 1、閱讀教材61頁，思考并回答 （1）輸送電能的基本要求是什么？ 可靠 ；保質 ；．經濟 （2）降低輸電損耗有哪兩個途徑？ 減小電流；減小電阻。 據P損＝I2R可知，減小輸電線路上功率損失的方法主要有兩種： ①減小輸電線的電阻R，據R＝ρ· a．減小輸電線長度L：由于輸電距離一定，所以在實際中不可能用減小L來減小R b．減小電阻率ρ：目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導線材料 c．增大導線的橫截面積S：這要多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設帶來很大的困難 ②減小輸電電流I，據I＝ 2.思考與討論（教材62頁） 假定輸電線路中的電流是I，發電廠的電壓是U，兩條導線的總電阻是r。在圖中導線的電阻集中畫為一個電阻R。 (1).怎樣計算輸電線路損失的功率 (2).在輸電電流一定的情況下，如果線路的電阻減為原來的一半，線路上損失的功率減為原來的幾分之一 在線路電阻一定的情況下，如果輸電電流減為原來的一半線路上損失的功率減為原來的幾分之一 (3).通過第2步的兩項計算，你認為哪個途徑對于降低輸電線路的損耗更為有效 (4).怎樣計算用戶消耗的功率P (5).在保證用戶的電功率的前提下，怎樣才能減小輸電電流？ 分析：前面已經講過，這里是兩根導線的總電阻，所以P損=I2R。 電阻減半時 電流減半時， 看來通過減小電流的方法來降低損耗，效果非常明顯。 用戶消耗的功率：P=P損+P用，→P用=P-P損， 發電廠發出的功率P=UI，所以有 P用=UI-I2R 減少輸電線的電流I的困難：根據P=UI，如果輸入到導線的電壓U不變，單純的減小電流I，這會造成導線傳輸的功率P也減小，也就是電網輸送電能的能力下降了。 減少輸電線的電流I的方法：將電壓提高為原來的n倍，電流為降為原來的1/n，這樣傳輸功率p不變，而損耗功率變為原來的1/n2 。也就是高壓輸電。 a．減小輸送功率P：在實際中不能以用戶少用或不用電來達到減少損耗的目的 b．提高輸電電壓U：在輸送功率P一定，輸電線電阻R一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，據P損＝2·R知，輸電線上的功率損耗將降為原來的1/n2倍 3.結論：根據以上分析知，采用高壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經濟的措施。 學習任務二：交流高壓輸電的基本模型 1.通過分析鼓勵學生畫出交流高壓輸電電路圖，并通過演示實驗驗證。 在實際生活中，遠距離傳輸電能時一般都采用超高壓輸電，輸電電壓高達幾十萬伏，根本目的就是在保證傳輸功率的前提下降低導線損耗。 2.引導學生觀察電路原理圖，得出各物理量之間的相互關系。 功率關系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P線＋P3 電流關系：，，I2=I線=I3 電壓關系： ，， U2＝ΔU＋U3， 輸電電流：I線＝＝＝ 輸電導線上損耗的電功率：P線＝I線ΔU＝IR線＝2R線 3.例、一小型發電站通過升壓，降壓變壓器把電能輸給用戶。已知發電機的輸出功率是500kW，端電壓為500V，升壓變壓器原、副線圈的匝數比為1:5，兩變壓器間輸電線的總電阻為1.5Ω，降壓變壓器的輸出電壓為220V，不計變壓器的損耗。求： （1）升壓變壓器的副線圈兩端電壓； （2）輸電導線上的功率損失； （3）降壓變壓器原、副線圈的匝數比； （4）用戶得到的功率。 解：畫出輸電線路原理圖 （1）升壓變壓器的副線圈兩端電壓為 U2=n2U1/n1=2500V （2）輸電導線上的電流I2= P2/ U2 輸電導線上的功率損失為P損=I2r線=60kW （3）輸電導線上的電壓 U損=I2r線 降壓變壓器原線圈的電壓U3=U2-U損=2200V 降壓變壓器原、副線圈的匝數比為n3/n4= U3/ U4= 10:1 （4）用戶得到的功率 P用= P1- P損=440kW 科普：由于高壓電線上的電壓太高，已經可以擊穿幾厘米厚的塑料或者橡膠，因此高壓線都沒有絕緣表皮都是裸線。 安全教育：導線和電勢為零的大地之間有很大的電勢差，如果人站在地面上觸摸高壓線，瞬間就會有巨大的電流通過人體結果就是這樣燒焦了。所以你在生活中看到高壓線時，如果不想變成焦炭，一定要多遠點啊。 注意：輸電電壓也不是越高越好。 學習任務三：電網供電 在一個較大的區域，通過輸電網絡，把所有的發電站，變壓器和用戶都連接起來，這就是電網。顯然采用電網供電，不僅可以合理的調度電力，由于有多個發電站在同時供電，因此還能減少斷電的風險。 閱讀：63頁輸電技術的發展 思考：為什么要研究直流輸電 目前我國研究進展如何？ 板書設計 3.4電能的輸送 1.功率和電壓損失∶U損=IR，P損=I2R 2.降低輸電損耗的兩個途徑 ①減少輸電線的電阻R， ②減少輸電線的電流I—升高輸電電壓U 3.電網供電 小結： 作業布置： 1、完成隨堂練習 2、對周邊的小型發電廠進行調查，了解發電廠的發電容量，調查發電機容量、居民用電和工業用電情況，撰寫調查報告。

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