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电能的远距离传输【教学目标】一、知识与技能1、知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，2、通过探究理解降低这两种损失的方法。
3、通过探究理解远距离高压输电电路的构造，4、理解并会计算输电系统的输电电压、输电电流、功率损耗、电压损耗。
5、了解电网供电的优点和输电的新技术。
二、过程与方法1、通过阅读、思考与讨论，提高学生分析解决实际问题的能力。
2、通过理论探究、学生实验验证、演示实验验证相结合，引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，培养学生的科学研究方法。
三、情感态度与价值观1、通过实验探究引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习知识的同时获得一定的成就感。
2、体会物理知识在生产、生活中的巨大作用，激发学生学好知识投身祖国建设的热情。
【教学重点难点】学习重点：通过探究理解远距离高压输电电路的构造，输电线上电能损失的计算。
学习难点：理解并会计算高压输电的输电电压、输电电流、功率损耗、电压损耗。
【教学流程】【教学过程】一、探究一：输电线的电阻对远距离输电的影响现实生活中，发电站往往距离电力用户很远，这样就导致了远距离输电的问题。
输电时，由于输电距离很远使得导线上存在不可忽略的电阻，电阻的电流热效应导致电能损耗，造成了能源的浪费。
请据下图填空：①输电电流: I= P/U；②电压损耗: △U = IR ； ③功率损耗: △P = I 2R ；分组实验一：体验输电线的电阻对远距离输电的影响 器材：学生低压交流电源（4V ），滑动电阻器（最大50Ω），小灯泡（额定电压4V ），导线若干要求：请使用以上器材模拟上图中的远距离输电电路，以滑动电阻器（最大50Ω）作为输电线的电阻，以小灯泡作为用电设备。
电路图：观察：1）改变滑动电阻器的阻值（相当于加大输电线长度，即增加输电线的电阻），观察小灯泡的亮度变化。
2）注意记住滑动变阻器的有效阻值大概为多少时小灯泡就不亮了，并和后面的实验二进行对比现象： 结论： 演示实验一和学生分组实验一实物图二、探究二：减少远距离输电损耗的方法1、远距离输电电路的两种损耗：⑴功率损耗：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。
第3节电能的远距离传输
1.了解从变电站到用户的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的原因．
2.理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点．
3.掌握远距离输电的典型电路，并能利用电路知识、变压器规律等解决问题．
[学生用书P53])
一、为什么要采用高压输电
1．电功率损失和电压损失
2．降低两种损失的途径——高压输电：输送电功率不变的前提下提高输电电压，会减小电流，从而减小导线上的电功率损失和电压损失．
1．高压输电是否电压越高越好？
提示：电压升高，会导致对空气放电，这就对导线的绝缘性能提出了更高的要求．另外高压送电对变压器也提出了更高的要求．因此输电电压也不是越高越好．在实际输电过程中输电电压要根据输送功率的大小、距离的远近、技术和经济各方面因素综合考虑．
二、高压输电
1．高压交流输电
(1)基本环节
(2)电路原理图(如图)
1。
4． 3《电能的远距离传输》学案【学习目标】<1）知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程；<2）知道降低输电损耗的两个途径；<3）了解电网供电的优点和意义。
【学习重点】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。
【知识要点】1．为什么要采用高压输电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。
IuXw3ZUixQ1）电功率损失由于输电线有电阻，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。
IuXw3ZUixQ 设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=I2r。
根据功率损失的表达式ΔP=I2r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。
IuXw3ZUixQ要减小输电线的电阻r，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。
2）电压损失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。
IuXw3ZUixQ3）高压输电采用高压输电。
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。
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。
IuXw3ZUixQ2．高压交流输电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=I22R，用户得到的功率为P用=P-ΔP，输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU。
4.3 电能的远距离传输教学目标一、知识目标1、知道“便于远距离输送”是电能的优点之一．知道输电的过程．了解远距离输电的原理．2、理解各个物理量的概念及相互关系．3、充分理解；；中的物理量的对应关系．4、知道什么是输电导线上的功率和电压损失和如何减少功率和电压损失.5、理解为什么远距离输电要用高压.二、能力目标1、培养学生的阅读和自学能力．2、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的思考．3、通过远距离输电原理分析，具体计算及实验验证的过程，使学生学会分析解决实际问题的两种基本方法：理论分析、计算和实验．三、情感目标1、通过对我国远距离输电挂图展示，结合我国行政村村村通电报导及个别违法分子偷盗电线造成严重后果的现象的介绍，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民．2、教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯．教学建议教材分析及相应的教法建议1、对于电路上的功率损失，可根据学生的实际情况，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，是本教材新增加的．目的是希望学生对输电问题有更全面、更深人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，教学中并不要求深人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．教学中要注意掌握好分寸．3、学生常常容易将导线上的电压损失面与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论．可引导学生进行讨论，澄清认识．这里要注意，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，形快而实慢．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．教学重点、难点、疑点及解决办法1、重点：（l）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．2、难点：远距离输电原理图的理解．3、疑点：；；的对应关系理解．4、解决办法通过自学、教师讲解例题分析、实验演示来逐步突破重点、难点、疑点．教学设计方案电能的输送教学目的：1、了解电能输送的过程．2、知道高压输电的道理．3、培养学生把物理规律应用于实际的能力和用公式分析实际问题的能力．教学重点：培养学生把物理规律应用于实际的能力和用公式分析实际问题的能力．教学难点：高压输电的道理．教学用具：电能输送过程的挂图一幅（带有透明胶），小黑板一块（写好题目）．教学过程：一、引入新课。
电能的远距离传输一、教学目标知识目标“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。
技能目标培养学生实验探究、分析、综合和应用能力。
情感态度目标1.培养学生遇到问题要认真分析的态度和用科学方法研究的精神。
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。
重点难点重点：理论和实验相结合分析如何减少输电过程的电能损失、远距离输电的原理难点：远距离输电原理图及各物理量关系的理解二、教材分析本节课是前面几节知识的实际应用，通过本节的学习加强学生运用所学知识解决实际问题的能力。
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，然后运用实验验证得出结论.2.讲解电路上的电能损失，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。
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.本节课介绍高压直流输电既可以开阔学生眼界，也可以增加知识。
三、学情分析学生常常容易将导线上的电压损失面与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论。
第3节 电能的远距离传输一、为什么要采用高压输电 1．两种损失比较两种损失 主要原因 大小表示减小办法 电功率损失 输电线有电阻电流产生焦耳热ΔP ＝I 2R 减小R 减小I电压损失输电线电阻的电压降ΔU ＝IR2．降低两种损失的途径——高压输电在保证输送电功率不变的前提下提高输电电压，会减小输电电流，从而减小导线上的电功率损失和电压损失。
二、高压交流输电 1．基本环节 发电厂站――→升压变压器高压输电线路――→降压变压器用户2．电路原理图图 4311.电能在远距离传输过程中有电功率和电压损失，减小电阻不经济，减小电流最合算。
2．在输送电功率P 一定，输电线电阻R 一定的条件下，输电电压提高到原来的n 倍，据ΔP ＝⎝⎛⎭⎫P U 2R 知，输电线上的电功率损失将降为原来的1n2。
3．在电能远距离传输中，可将回路划分为几个独立的回路，每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律和串、并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁。
三、高压直流输电 1．组成部分高压直流输电系统主要由整流站、直流线路和逆变站三部分构成。
实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线。
2．优越性(1)节省材料，输电结构简单，占地面积小。
(2)不存在感抗和容抗引起的损耗。
(3)不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题。
1．自主思考——判一判(1)为了减少能量损失，要高压输电，而且越高越好。
(×) (2)输送功率一定时，提高输送电压，可以减少功率损失。
(√) (3)电压损失ΔU ＝IR 线和电功率损失ΔP ＝I 2R 线中I 可以通过I ＝P 送U 送求得。
(√) (4)负载越多，即用电高峰期，ΔU 、ΔP 也越大。
(√) (5)高压直流输电与高压交流输电的区别在于输送环节。
(√) 2．合作探究——议一议(1)电能的输送要达到什么要求？输送电压是不是越高越好？ 提示：①输送电能要达到三个方面的要求： a ．可靠：保证供电线路正常工作，少有故障。
b ．保质：保证电能质量，即电压、频率稳定。
c ．经济：线路架设和运行费用低，能耗少，电价低。
②电压升高，导线会对空气放电，对导线的绝缘性能提出更高的要求，另外，高压输电对变压器也提出了更高的要求，因此，输电电压并不是越高越好。
(2)在电能的输送过程中，U 为输电电压，r 为输电线电阻，则输电线中电流为I ＝U r，对不对？为什么？提示：不对。
U 为输电电压，而不是加在输电导线上的电压，即U ≠Ir ，而输电电流可通过P ＝UI 求得。
(3)“提高输电电压，减小输电电流”是否与欧姆定律相矛盾？提示：不矛盾。
欧姆定律I ＝U R是对纯电阻元件成立的定律，而“提高输电电压，减小输电电流”是从输电角度，由P ＝UI ，且在P 一定的条件下得出的结论，两者没有必然联系。
输电线路上的电压损失和功率损失1．若输电线的电阻为R 线，输电电流为I ，输电线始端和末端的电压分别为U 和U ′，则：(1)电压损失ΔU ＝U －U ′＝IR 线； (2)功率损失ΔP ＝I 2R 线＝I ΔU ＝ΔU2R 线。
2．若输电功率P 不变，输电电压提高到nU ，可使输电电流减小到I n，则： (1)电压损失减小到ΔUn；(2)功率损失减小到ΔPn2。
[特别提醒](1)输电电压是指加在输电线起始端的电压，电压损失是指输电线上的电压降。
(2)输送功率是指加在输电线起始端的功率，功率损失是输电线上消耗的功率。
(3)减小输电线上的功率损失和电压损失的有效途径是：提高输电电压，以减小输电电流。
1．(多选)在远距离输电时，输送的电功率为P ，输送电压为U ，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S ，总长度为L ，输电线损失的电功率为P ′，用户得到的电功率为P 用，则P ′、P 和P 用的关系式正确的是( )A ．P ′＝U 2SρLB ．P ′＝P 2ρLU 2SC ．P 用＝P －U 2SρLD ．P 用＝P ⎝⎛⎭⎪⎫1－PρL U 2S 解析：选BD 输电线电阻R ＝ρL S，输电线中电流I ＝P U，故输电线上损失的电功率为P ′＝I 2R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2ρL S ＝P 2ρL U 2S ，用户得到的电功率为P 用＝P －P ′＝P ⎝⎛⎭⎪⎫1－PρL U 2S 。
2．在远距离输电时，如果升压变压器输出电压是2 000 V ，输出功率是10 kW ，输电线电阻是20 Ω，求：(1)输电线上损失的功率和损失的电压； (2)用户能得到的功率和电压。
解析：(1)由P 出＝I 线U 出，得I 线＝P 出U 出＝10×1032 000A ＝5 A 。
则输电线上损失的功率P 损＝I 线2r ＝52×20 W＝500 W 。
损失的电压U 损＝I 线r ＝5×20 V＝100 V 。
(2)降压变压器得到的电压和功率分别为：U 用＝U 出－U 损＝(2 000－100) V ＝1 900 V ， P 用＝P 出－P 损＝(10×103－500) W ＝9 500 W 。
答案：(1)P 损＝500 W U 损＝100 V (2)P 用＝9 500 W U 用＝1 900 V远距离输电的电路分析1．远距离输电问题的分析方法处理远距离输电问题的关键是抓住一图三线，一图即输电的电路图，三线即三个关系：功率关系、电压关系和电流关系，抓住一图三线，按照从前到后或从后向前的顺序，即可找到突破口。
2．远距离输电电路图图4323．基本关系式 (1)功率关系P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝ΔP ＋P 3。
(2)电压、电流关系U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线。
(3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝ΔUR 线。
(4)输电线上损耗的电功率： ΔP ＝I 线ΔU ＝I 线2R 线＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P 2U22R 线。
[典例] 发电机的输出电压为220 V ，输出功率为44 kW ，每条输电线的电阻为0.2 Ω，求： (1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？(2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？[思路点拨]画出输电线路简图⇒ 标注两个变压器的匝数、输入及输出电压、电流、功率等⇒寻找突破口[解析] (1)输电线上的电流I R ＝P U ＝44 000220A ＝200 A损失的电压U R ＝I R R ＝2×0.2×200 V＝80 V 损失的功率P R ＝U R I R ＝80×200 W＝16 kW 故用户得到的电压U 用户＝U －U R ＝140 V 用户得到的功率为P 用户＝P －P R ＝28 kW 。
(2)已知升压变压器的匝数比n 1∶n 2＝1∶10 输入电压U 1＝220 V因此，升压变压器的输出电压U 2＝n 2n 1U 1＝2 200 V 输电线上的电流I R ′＝P U 2＝44 0002 200A ＝20 A损失的电压U R ′＝I R ′R ＝2×0.2×20 V＝8 V 损失的功率P R ′＝U R ′I R ′＝8×20 W＝160 W 因此，降压变压器的输入电压U 3＝U 2－U R ′＝2 192 V 已知降压变压器的匝数比n 3∶n 4＝10∶1 所以用户得到的电压U 4＝n 4n 3U 3＝219.2 V 用户得到的功率P 用户′＝P －P R ′＝43.84 kW 。
[答案] (1)140 V 28 kW (2)219.2 V 43.84 kW(1)用户和线路总共消耗多少功率，发电站就输送多少功率，这是能量守恒定律和变压器原理的体现。
(2)抓住输电的两头——电源和用电器；分析一条线——输电线；研究两次变压——升压变压器和降压变压器。
(3)注意输送电压(功率)、电压(功率)损失、用户电压(功率)三者之间的区别和数量关系。
1．远距离输电线路的示意图如图433所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( )图433A ．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B ．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C ．当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大D ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压解析：选C 变压器的输入功率、输入电流的大小是由用户消耗的功率大小决定的，选项A 、B 错误。
用户用电器总电阻减小，根据P ＝U 2R，消耗功率增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，C 项正确。
升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上的损失电压加上降压变压器的输入电压，D 项错误。
2．如图434所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW ，输出电压为400 V ，为了减小向用户供电过程中产生的电能损失，使用2 kV 高压输电，最后用户得到220 V 电压，9.5 kW 的电功率。
求：图434(1)升压变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2。
(2)输电线路的总电阻R 。
(3)末端降压变压器原、副线圈的匝数比n 3n 4。
解析：(1)升压变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2＝U 1U 2＝4002 000＝15。
(2)由ΔP ＝I 22R ，I 2＝P U 2，得R ＝ΔP I 22＝ΔP P U 22＝U 22ΔP P2，式中U 2＝2 000 V ，P ＝10×103W ，ΔP ＝P －P 用＝10×103W －9.5×103W ＝0.5×103W 。
解得R ＝20 Ω。
(3)因为U 3＝U 2－ΔU ＝U 2－I 2R ，式中U 2＝2 000 V ，I 2＝P U 2＝10×1032 000A ＝5 A ，R ＝20 Ω，可得U 3＝1 900 V ，所以n 3n 4＝U 3U 4＝1 900220＝9511。
答案：(1)15 (2)20 Ω (3)95111．关于减小远距离输电线上的功率损失，下列说法正确的是( )A ．由P ＝U 2R知，应降低输电电压，增大导线电阻B ．由P ＝IU 知，应降低输电电压，减小输电电流C ．由P ＝I 2R 知，应减小导线电阻或减小输电电流 D ．上述说法均不对解析：选C 输电时导线上损失的电压ΔU ＝IR ，它不同于输电电压，用公式P ＝U 2R或P＝IU 计算功率损失时，U 应为导线上损失的电压，故A 、B 错误；导线上功率的损失为发热损失，即P ＝I 2R ，故C 正确。
