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“远距离输电”的教学设计——利用物理教材培养学生科学探究的能力佛山市南海区黄岐高级中学 谢邦鑫（本文获省二等奖）一、背景新课程的一个显著特点就是比以前任何时候都更加重视对学生进行科学探究方法与能力的培养。
普通高中物理课程标准的课程总目标明确提出要通过教学使学生学习科学探究的方法，培养科学探索的兴趣，经历科学探究的过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法去解决物理问题，验证物理规律。
笔者认为粤教版物理《选修3—2》中“远距离输电”一节是培养学生科学探究能力的好教材。
老师可以让学生经历如何减少远距离输电过程中电能损失的探究，认识科学探究的意义，了解科学探究的一些方法，培养学生科学探究的能力。
二、教学过程利用多媒体展示：为了合理地利用天然资源，火力发电厂通常建在煤炭产地，水力发电站则建立在水力资源丰富的地方，这说明远距离输电是客观存在的。
在这个基础上，让同学们分组探究以下问题。
问题探究1：远距离输电电能损失的大小。
远距离输电有无电能的损失？电能的损失大不大？老师可以引导学生从Q=I 2Rt 出发去探究，在学生主动探究的基础上，老师还可以通过一道例题从理论上去证明探究的结果。
同时，老师还应鼓励同学们根据老师在讲台上提供的器材（学生电源、小灯泡、导线、约1米长的两根镍铬导线等）进行实验探究，验证自己的判断是否正确，让同学们眼见为实。
老师请一组做得比较好的学生到讲台前面陈述探究的结论，并给大家演示一个模拟实验：用一个低压小灯泡直接接到学生电源的低压交流输出端，发现小灯泡的亮度正常，然后通过用电阻率较大的实验室常备的镍铬（m •Ω⨯=-6100.1ρ）导线等效替代的铜(m •Ω⨯=-8107.1ρ)制长导线给同样的灯泡供电，发现灯泡亮度明显变暗，说明输电线上电能损失较大。
问题探究2：根据所学的知识，各小组探究为什么输电过程中有电能损失？减少输电过程中电能损失的方法有哪些？必要时，老师可以启发引导学生从输电线上电能的损失计算公式Q=I 2Rt 考虑。
高三物理教学案远距离输电基础知识归纳一、电能的输送思考题：⑴为什么要进行远距离输电？⑵输送电能的基本要求是什么？⑶为什么输送电能过程中有电能损失？⑷减小电能损失有哪些方法？1．根据P损＝_____ ，减小输电电能损失有两种方法．(1)减小输电线的电阻：根据电阻定律R＝ρlS，要减小输电线的电阻R，在保证输电距离情况下，可采用减小材料的_______增大导线的__________等方法，但是不实际，不容易实现．(2)减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高__________．2．远距离输电的功率损失输送功率一定时，线路电流I＝__，输电线上损失功率P损＝I2R线＝______，可知P损∝1U2.3．远距离高压输电的几个基本关系(如下图为例)：(1)功率关系：(2)电压、电流关系：(3)输电电流：(4)输电线上损耗的功率当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减少到原来的 .说明1．输电导线上的能量损失主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为P损＝I2R线。
2．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻。
由电阻定律R ＝ρl S可知，在输电距离一定的情况下，为减小电阻，应采用电阻率小的材料，也可增加导线的横截面积。
(2)减小输电导线中的输电电流。
由P ＝UI 可知，当输送功率一定时，提高输电的电压，可以减小输电电流。
这两种方法中，适用于远距离输电的是减小输电电流，即利用高压输电。
3．高压输电的原理由输送功率P ＝UI ，其中U 为输电电压，I 为输电电流，因而当输送功率一定时，可以提高输电电压，以减小输电电流，则线路上的功率损耗P 损＝I 2R 可大幅度减小，这是行之有效的方法。
(1)对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析。
(2)远距离高压输电的几个基本关系(如图所示)：①功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 线＋P 3。
第1节 三相交变电流一、三相交流发电机1．发电机组成、分类2三个绕组具有相同的匝数、绕向，互成120°角。
二、三相交变电流的产生1．产生：三个相同的线圈固定在一个铁芯上，线圈平面互成120°角，铁芯匀速转动时，就相当于三个线圈在磁场里切割磁感线，就产生三相交变电流。
2．特点：三个交变电动势的最大值和周期都相同，但是它们达到最大值(或零值)的时刻不同，依次落后13个周期。
三、电源与负载的连接方式1．常用的两种连接方式1.三相交流发电机内安装3组独立的互成120°角的线圈，能同时产生出三相独立的交变电流。
2．发电机的三相绕组通常采用三相四线制连接方式，若三相负载完全对称则中线电流为零，可取消中线采用三相三线制。
3．三相电源的星形接法中火线与中线之间的电压是相电压，火线与火线之间的电压是线电压，线电压与相电压之间的关系是U 线＝3U 相。
三相四线制星形接法、三相三线制星形接法。
2．线电压和相电压 (1)线电压：火线与火线之间的电压，一般为380 V 。
(2)相电压：火线与中线之间的电压，一般为220 V 。
(3)两者关系：在星形接法中U 线＝3U 相。
1．自主思考——判一判(1)三相交流发电机的三个线圈发出的三相交变电压，最大值、周期及达到最大值的时刻均相同。
(×)(2)三相交流发电机的三个线圈发出的三相交变电压，最大值、周期均相同，但达到最大值的时刻依次相隔13周期。
(√) (3)在三相交变电流中相电压和线电压一定相等。
(×)(4)若三个负载相同，则一般可用三相三线制星形接法。
(√)2．合作探究——议一议(1)三相的“相”是什么意思？三相交流发电机和单相发电机有何相同点和不同点？ 提示：①相，就是电源组；三相，就是3个电源组。
②单相发电机只有一组线圈，只产生一相交变电动势。
三相交流发电机有三组互成120°的线圈，产生三相独立的交变电流，但是每组线圈产生交变电动势的原理跟单相发电机的原理相同，都是靠线圈和磁场发生相对运动，利用电磁感应现象产生交变电流。
远距离输电-粤教版选修3-2教案一、学习目标1.了解远距离输电的概念和原理。
2.了解直流输电和交流输电的特点和应用场景。
3.掌握远距离输电的计算方法和保护装置的应用。
4.能够合理选择输电线路和变压器的参数。
二、学习重点1.远距离输电的原理和特点。
2.直流输电和交流输电的比较。
3.输电线路和变压器的参数选择。
4.远距离输电的计算方法和保护装置的应用。
三、学习内容3.1 远距离输电的概念和原理远距离输电是指将电能从发电厂经输电线路送到远处用户的过程。
远距离输电的原理是利用输电线路将电能从发电厂送到用户。
如果发电厂和用户之间的距离较远，需要采用高压输电线路，以减小电线损耗。
3.2 直流输电和交流输电的比较直流输电和交流输电都可以用来实现远距离输电，但它们各有特点。
直流输电的特点是线路损耗比较小，输电距离可以达到几千公里甚至上万公里，但是建设成本较高，需要大量的直流变压器等设备。
交流输电的特点是建设成本较低，设备复杂度低，但是输电距离较短，一般不超过几百公里。
3.3 输电线路和变压器的参数选择输电线路和变压器的参数选择是远距离输电的关键。
在选择输电线路和变压器的参数时，需要考虑以下因素：•线路长度和电阻。
•电源电压和负载电压。
•电缆截面积和材料。
•变压器的额定容量和变比。
3.4 远距离输电的计算方法和保护装置的应用远距离输电的计算方法包括电源和负载的电压和电流计算，线路电阻和电抗的计算等。
同时，在远距离输电中，还需要使用保护装置来保护输电线路和变压器，以确保输电的稳定性和安全性。
四、学习方法•理论学习：通过阅读教材、参考书籍等方式了解远距离输电的概念和原理，掌握直流输电和交流输电的特点。
•数学计算：掌握线路电压、电流、电阻和电抗的计算方法，同时了解变压器的参数选择方法。
•实例分析：通过参考一些典型的远距离输电实例，加深对远距离输电的了解和认识。
五、学习评价学生能够熟练掌握远距离输电的理论知识，能够进行电路计算和应用，了解保护装置和线路参数选择等相关知识。
《远距离输电》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）理解远距离输电中电能损失的主要原因。
（2）知道减少电能损失的两个途径，理解高压输电的原理。
（3）能够运用所学知识进行简单的远距离输电问题的计算。
2、过程与方法目标（1）通过对远距离输电模型的分析，培养学生的逻辑推理能力和分析解决实际问题的能力。
（2）通过小组讨论和交流，培养学生的合作学习能力和语言表达能力。
3、情感态度与价值观目标（1）通过了解远距离输电在社会生活中的重要作用，激发学生学习物理的兴趣和热情。
（2）通过对电能损失问题的探讨，培养学生节约能源的意识和社会责任感。
二、教学重难点1、教学重点（1）理解高压输电的原理。
（2）掌握远距离输电中电能损失的计算方法。
2、教学难点（1）对高压输电原理的理解。
（2）输电线路中电压、电流和功率的关系。
三、教学方法讲授法、讨论法、实验演示法、练习法四、教学过程1、课程导入（5 分钟）通过展示生活中常见的远距离输电场景，如高压输电塔、变电站等，引导学生思考电能是如何从发电厂远距离输送到用户的，提出问题：为什么要采用高压输电？激发学生的学习兴趣和好奇心。
2、知识讲解（20 分钟）（1）电能损失的原因结合电路图，讲解在输电线路中，由于电阻的存在，电流通过时会产生热量，导致电能损失。
损失的电能可以用公式\（P_{损}＝I^｛2}R\）计算，其中\（I\）是输电电流，＼（R\）是输电线路的电阻。
（2）减少电能损失的途径①减小输电线路的电阻讨论如何减小电阻，如选用电阻率小的材料、增大导线的横截面积等，但实际操作中受到成本、技术等因素的限制。
②减小输电电流根据功率公式\（P=UI\），在输送功率一定的情况下，提高输电电压可以减小输电电流，从而减小电能损失。
（3）高压输电原理详细讲解高压输电的过程，从发电厂发出的电能经过升压变压器升高电压，然后通过输电线路输送，到达用户端后再经过降压变压器降低电压供用户使用。
通过公式推导，说明在输送功率一定的情况下，输电电压越高，输电电流越小，电能损失越小。
山东省德州市乐陵一中高中物理 5.5 电能的输送学案 新人教版选修3-2学习目标：1. 知道输电过程2. 理解为什么远距离输电要用高压3. 会分析如何减少输电线上的电压和电功率的损失学习重点：1．理论分析如何减少输电过程的电能损失．2.远距离输电的原理．学习难点：远距离输电原理图的理解．学习过程：一．输送电能的基本要求： ， 和 。
二．输电线路上的损失1.损失原因：由于输电线有 ，当电流通过输电线时，产生 ，损失一部分电能，同时输电线上有电压降，故又损失一部分 .2.降低输电损耗的途径：由P 损= = 可见，降低输电线上电能损耗的方法有哪些？这些可以减少电能损耗的方法中，行之有效的方法是：三．远距离输电原理图：R 用以上图中各量之间的关系是：课堂练习：1.在电能输送的电功率一定时，输电线上损失的功率A.与输送电压的平方成正比B.与输送电压的平方成反比C.与输送电流成正比D.与输送电流的平方成正比2.某用电器距离供电电源L ，线路上的电流为I ，若要求线路上的电压降不超过U ，已知输电导线的电阻率为ρ，那么该输电导线的横截面积的最小值是（ ） A.U lI ρ B.I 2ρ C.U lI 2ρ D.ρI 2UL 3. 用10kV 高压输送电功率为100kW 的交流电，在输电线上损失2％的电功率，输电线的总电阻为________Ω；如改用5kV 电压输送100kW 的交流电，输电线上损失的电功率为________kW.4. 一台交流发电机的输出功率为50kW ，输出电压为240V ，输电线总电阻R=30Ω，允许损失功率为输出功率的6％，为满足用电需求，则该输电线路所用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?能使多少盏“220V100W"的电灯正常发光?巩固训练：1.某发电厂原来用11kV 的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220kV 输电，输送的电功率都是P ，若输电线路的电阻为R ，则下列说法中正确的是A.根据公式，I=P ／U ，提高电压后输电线上的电流降为原来的1／20B.根据公式I=U ／R ，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C.根据公式P=I 2R ，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1／400D.根据公式P=U 2／R ，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍2.输电线的电阻共计r ，输送的电功率是P ，用电压U 送电，则用户能得到的电功率为A.PB.r U P P 2⎪⎭⎫ ⎝⎛-C.r U P 2-D.r U P 2⎪⎭⎫ ⎝⎛ 3.某发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R ，通过导线的电流为I ，学校得到的电压为U 2，则输电导线上损耗的功率可表示为 A.R U 21 B.()R U U 221- C.I 2R D.I(U 1-U 2)4.分别用1100V 和22000V 的电压输电，若输送的电功率相同，导线的材料和送电距离也相同，则当两次输电损失的电功率相等时，两次所用导线的横截面积之比为A.1：20B.20：1C.1：400D.400：15.如图所示，理想变压器的原线圈接高电压，降压后通过一段电阻不可忽略的线路接用电器.S 原来闭合，且R 1=R 2.现将S 断开，那么交流电压表的示数U ，交流电流表的示数I 和用电器R1上的功率P 1将分别是（ ）A.U 增大，I 增大，P 1增大B.U 增大，I 减小，P 1增大C.U 减小，I 减小，P 1减小D.U 减小，I 增大，P 1减小6.一小水电站，输出的电功率为20kW ，输电线总电阻为0.5Ω，如果先用400V 电压输送，后又改用2000V 电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率的变化情况是（ ）A.减少50WB.减少1200WC.减少7.68×106WD.增大7.68×106W7.甲地通过某输电线向乙地输送1.0×105kW 电功率，如果用5.5×103V 电压送电，输电线上损失的电功率为4.0×l02kW;如果改用1.1×l05V 电压送电，输电线上损失的电功率为________kW，若要求两次损失的电功率相同，则两次所用导线的横截面积之比为S1：S2=________.8.有一台内阻为1Ω的太阳能发电机，供给一个学校照明用电，如图所示，升压变压器匝数比为1：4，降压变压器的匝数比为4：1，输电线的总电阻R=4Ω，全校共22个班，每班有"220V40W"灯6盏，若全部电灯正常发光，则①发电机输出功率多大?②发电机电动势多大?③输电效率多少?④若使灯数减半并正常发光，发电机输出功率是否减半?。
3.4 远距离输电【学习目标】1．知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。
2．知道远距离输电时输电线上电能的损耗与哪些因素有关。
3．理解减小电能损耗的两个途径以及高压输电的原理。
4．知道远距离输电的典型电路，能利用变压器和电路的规律解决远距离输电问题。
【知识梳理】知识点一远距离输电中的电功率和电压损耗1．输电线上的功率损耗与电压损耗ΔP＝I2rΔU＝Ir其中，I为输电电流，r为输电线的电阻。
2．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻：在输电导线长度L一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小、横截面积大的导线。
(2)减小输电导线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。
[初试小题]1．判断正误。
(1)一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银，原因是同种情况下，使用银材料输电线损失的功率大。
( )(2)现实中通常主要用增加导线的横截面积来减小输电损耗。
( )(3)远距离输电时，输电电压越高越好。
( )2．[多选]远距离输送交变电流都采用高压输电，我国正在研究用远高于330 kV的电压进行输电，采用高压输电的优点是()A．可节省输电线的材料B．可根据需要调节交变电流的频率C．可减少输电线上的电功率损失D．可加快输电的速度知识点二高压交流输电直流输电[情境导学]某发电站向远处送电的示意图如图所示。
发电站一端和用户一端的变压器作用各是什么？提示：发电站一端的变压器是升压变压器，把电压升高用于远距离输电；用户一端的变压器是降压变压器，把电压降低供用户使用。
1．远距离输电基本原理在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。
2．电网输电的优点(1)确保电能输送的经济可靠。
(2)调剂不同地区的电力供需，提高电力使用的经济效益。
3．直流输电的优点(1)导线对于稳定的电流只有电阻作用而没有电感作用。
(2)不需要发电机同步运行。
第五节电能的输送●本节教材分析这节教材是学生前面所学知识综合运用解决实际问题的一个典型例子.通过本节的学习，要注意培养和提高学生运用物理知识分析、解决实际问题的能力.教材写得比较详细、通俗，可让学生阅读课本，然后提出一些问题引导学生思考、讨论.在内容的处理上，应注意以下几个方面：1.对于电路上的功率损失，可引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论.2.讲解电路上的电压损失，是本节教材新增加的.目的是希望学生对输电问题有更全面、更深入和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面.但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深入讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析.3.学生常常容易将导线上的电压损失ΔU=U-U′与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论.要通过具体的例子，可引导学生进行讨论，澄清认识.要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，似快而实慢.4.课本中讲了从减少损失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好.希望帮助学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法.节后设的阅读材料《直流输电》既可以开阔学生眼界，也可以增加知识.●教学目标一、知识目标1.知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程.2.知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失.3.知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失.4.理解远距离输电要用高压.二、技能目标培养学生阅读、分析、综合和应用能力.三、情感态度目标1.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.●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P与U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ΔU.●教学方法自学讨论法.●教学用具可拆变压器（2台）、长导线、学生电源、小灯泡、投影仪、CAI课件.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］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，回答老师提出的下列问题（屏幕上打出）［生］阅读并展开激烈的讨论.二、新课教学1.输电线上的功率损失［师］输送电能的基本要求是什么？［生］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.经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小，电价低.［师］远距离大功率输电面临的困难是什么？［生］在输电线上有功率损失和电压损失.［师］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？如何减小输电线上的电压损失？［生1］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.［生2］设输电电流为I ，输电线的电阻为R ，则功率损失为ΔP =I 2R.［生3］根据功率损失的表达式ΔP =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.［师］如何减小输电线的电阻呢？［生］根据电阻定律可知R 线=ρS1，要减小输电线的电阻R 线，可采用下述方法： ①减小材料的电阻率ρ.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作输电线.②减小输电线的长度l 不可行，因为要保证输电距离.③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. ［师］如何减小输电线中的电流呢？［生］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.2.输电线上的电压损失［师］在直流输电时，输电线上电压损失的原因是什么？交流输电呢？［生1］由于输电线有电阻，电流在输电线上有电压损失.［生2］对交流输电线路来说，既有电阻造成的电压损失，也有感抗和容抗造成的电压损失. ［师］在不计感抗和容抗的条件下，电压损失的表达式是什么？［生］电压损失ΔU =U -U ′=I R 线［师］如何减小电压损失，保证输电质量呢？［生］根据电压损失的表达式ΔU =I R 线可知，要减少输电线上的电压损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻R 线；其二是减少输电电流.方法同减少功率损失.［师］为了减少功率损失和电压损失，都需要采用高压输电，但并不是电压越高越好.因为电压越高，对输电线绝缘的要求就越高，这样不经济.实际输电时，要综合考虑各种因素.3.几种输电模式［师］常用的输电模式有几种？各是什么？［生1］低压输电：输电功率为100 kW 以下，距离为几百米以内，一般采用220 V 的电压输电.［生2］高压输电：输电功率为几千千瓦到几万千瓦，距离为几十千米到几百千米，一般采用35 kV 或110 kV 的电压输电.［生3］超高压输电：输电功率为10万千瓦以上，距离为几百千米，必须采用220 kV 或更高的电压输电.［师］我国远距离输电采用的电压有哪几种？［生］有110 kV 、220 kV 、330 kV 、500 kV.［师］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？［生］在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压.［师］用CAI 课件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.设发电机的输出功率为P ，则功率损失为ΔP =I 22R用户得到的功率为P 用=P -ΔP .电压损失为ΔU =I 2R ，则U 3=U 2-ΔU .4.例题分析某交流发电机输出功率为5×10.5 W ，输出电压为U =1.0×10.3 V ，假如输电线的总电阻R=10 Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U =380 V.（1）画出输电线路的示意图（下图）.（标明各部分的符号）（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器） 解析：引导学生画出电路.引导学生写出各部分关系式U ∶U 1=n 1∶n 2I 2∶I 1=n 1∶n 2 U 2∶U 用=n 1′∶n 2′ I 3∶I 2=n 1′∶n 2′U 1=U 损+U 2P =P 损+P 用户P 损=I 22·R解：I 1=UP =500 AP 损=5%P =5%×5×105 W=2.5×104 WP 损=I 22RI 2=R P 损=50 A I 3=用户用户U P=用户损U P P -=3801075.45⨯ 所以101500501221===I I n n 125503801075.4523'2'1=⨯⨯==I I n n 三、小结通过本节学习，主要学习以下问题：1.远距离输电线路上，P 损=I 2R=R U 2损，其中（I =UP 总）. 2.远距离高压输电中，P 损和U 损都能减少.3.交流和直流输电有其各自的优点和不足.4.电站输出功率由用户消耗功率决定.四、布置作业（略0五、板书设计六、本节优化训练设计1.单相交流发电机的路端电压为220 V ，输出的电功率为4400 W ，发电机到用户单根输电线的电阻为2 Ω，求（1）用户得到的电压和电功率各是多少？（2）如果用变压比为1∶10的升压变压器升压后向用户输电，用户处再用变压比为10∶1的降压变压器降压后使用，那么用户得到的实际电压和电功率又是多少？2.一条河的流量为Q =40 m 3/s ，落差为h=5 m.利用它发电，单相交流发电机效率η1=50%，输出电压U =400 V ，输电线总电阻R 线=5 Ω，电线上允许损失的最大电功率为发电机输出的电功率η2倍,η2=5%，用户所需电压为220 V ，设计输电线两端变压器的原、副线圈匝数比各是多少？参考答案：1.解析（1）不用变压器，直接输电时：干线中电流：I =送送U P =220104.43⨯ A=20 A 电线上损失的：U 损=I ·R 线=20×2×2 V=80 VP 损=I ·U 损=1600 W用户得到的：U 户=220 V-80 V=140 VP 户=P -P 损=4400 W-1600 W=2800 W（2）用变压器时，电路如图所示.U 1=10U =2200 VI 线=1U P =22004400 A=2 A U 2=U 1-I 线R=2200 V-2×4 V=2192 V所以U 户′=102U =219.2 V P 户′=P -I 线2×R =4400 W-4×4 W=4384 W2.解析：发电机将水机械能转换为电能，其中：P 输=η1ρQgh =50%×103×40×10×5 W=106 W输电线上损失：P 损=η2P 输=5×104 W输电线上允许输送的最大电流I 线=51054⨯=线损R P A=100 A 而不用变压器直接输送时，输电线上电流大小：I =400106=送输U P =2500 A 100 A为减少电能损失，必须是先升压后降压，输电线路如图所示.I 1=送输U P =2500 A I 2=线损R P =100 AI 3=2201095.06⨯=-户损U P P A=2210953⨯ A 所以2511221==I I n n 2295023'2'1==I I n n 143 ●备课资料求解输电问题的思路由于发电机本身的输出电压不可能提高，所以采用高压输电时，在发电站内需用升压变压器升压后再由输电线输出，到用电区再用降压变压器降到所需的电压，在解答有关远距离输电问题时，首先要将整个电路分成几段进行研究，找出跟各段电路相应的物理量；然后利用变压器工作原理和直流电路的基本定律分段列式，最后联立求解，进行计算.另外，还需注意以下几点：（1）因为输电距离不变，所以输电线长度一定.（2）发电机的输出功率通常认为是恒定的.（3）输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值.（4）记熟两个基本公式：电压关系：U 升=U 降+ΔU =I R 线 +U 降能量关系：P 出=P 损+P 降=I 2R 线+IU 降=IU 升●备课资料汽油机点火装置的工作原理汽车中汽油发动机的点火装置是利用感应圈的原理制成的.感应圈是互感现象的重要应用之一.它实际上就是一个小功率的升压变压器.它能将十几伏的直流低电压变成数万伏的高电压，是科学实验中经常用来取得高压的一种电源设备.感应圈的结构示意图如图1所示，主体部分是在一个用许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有两个线圈的变压器，初级线圈绕在里层，次级线圈绕在外层，层间有良好绝缘，整个变压器经过绝缘处理后放进胶木外套筒中，空隙处灌满了很厚的一层石蜡.图1我们知道，恒定直流电是不能变压的.但不断的接通与切断直流电路却可以产生互感电动势，这表明断续的脉动直流电可以进行电压变换.这里通断电流的机构是采用一个最简单的电磁式断续器.当螺旋调节器触点Z与带有铁头的弹簧片P接触时，合上电源开关S，初级线圈中有直流电通过，于是铁芯被磁化吸引弹簧片，但此时却切断了电路；铁芯失去磁性便放开弹簧片，弹簧片又与触点Z接触，电路再度被接通.如此不断的重复下去，低压恒定直流电就变成了脉动直流电.由于初级线圈自感作用的结果，电流不能突然增大，也不能突然减小，因而变成上升被阻拦，下降被拖延的脉动直流.其波形如图2（a）所示.图中Δt1时间内的曲线表示电路接通时，电流上升的情形，而Δt2时间内的曲线则表示电路断开时，电流下降的情形，我们知道，由于初级线圈电流的变化，在初级和次级线圈中都会感应出电动势.电流的变化率越大，感应电动势也就越高.由图可见，由于电路断开时电流的变化率比电路接通时电流的变化率要大得多，所以电路断开时感应电动势也比接通时高得多.图2（b）中画出了次级的电动势e2的变化波形.由图可见，在电路接通时（Δt1时间内），感应电动势较小，而电路断开时（Δt2时间内），感应电动势上升至较大的数值.如果次级两端点D、D′相距较近，则感应电动势的正向与负向的值都可使DD′间的空气击穿而发生强烈的火花放电.这时，次级线圈中就有交变电流通过，其电流变化的规律与电动势变化的规律相同，仍如图2（b）所示.但是如果D、D′相距较远，则当电路接通时，次级的感应电动势较小.不足以使空气击穿放电，此时次级线圈没有电流通过；只有当电路断开时，由于次级感应电动势很大，DD′间的空气被击穿放电，次级线圈中才有电流通过.所以这时次级的电流是脉冲的直流电，如图2（c）所示.图2由于初级线圈的自感系数较大，当电路断开时，电流的变化率又很大，所以此时可产生约几百伏的自感电动势，比直流电源的电压要高得多.而且，因为次级线圈的匝数N2约为初级线圈匝数N1的300倍左右，次级线圈的电压将比初级线圈的电动势高约300倍，所以，次级线圈的电动势可以达到一万伏乃至几万伏的高压.因为学生已经知道自感电动势的大小与电流的变化率有关，所以上述内容可适当的进行补充，以利于学生理解自感及变压器.。
