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《远距离输电》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）理解为什么要采用高压输电。
（2）掌握远距离输电过程中电能损失的主要原因及减少电能损失的方法。
（3）能够运用所学知识分析和解决远距离输电中的实际问题。
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表达能力。
3、情感态度与价值观目标（1）让学生体会物理知识与实际生活的紧密联系，激发学生学习物理的兴趣。
（2）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和电能损失的计算。
（2）掌握远距离输电的基本模型和相关计算。
2、教学难点（1）对输电线上电压损失和功率损失的分析。
（2）理解变压器在输电过程中的作用。
三、教学方法讲授法、讨论法、实验演示法、多媒体辅助教学法四、教学过程1、导入新课通过展示生活中远距离输电的实例，如西电东送工程、大型水电站向城市输电等，引导学生思考远距离输电过程中可能存在的问题，如电能在输送过程中的损失，从而引出本节课的主题——远距离输电。
2、知识讲解（1）电能的输送介绍电能输送的基本过程，包括发电站、升压变压器、输电线路、降压变压器和用户。
强调在输电过程中，电能需要经过多次变换电压，以减少能量损失和提高输电效率。
（2）输电线上的功率损失引导学生分析输电线上电能损失的原因，即电流通过电阻发热而损失电能。
给出功率损失的计算公式：＼（P_{损} ＝ I^2R\），其中\（I\）为输电电流，＼（R\）为输电线路的电阻。
通过实例计算，让学生感受电流对功率损失的影响。
（3）减少输电线上功率损失的方法①减小输电线路的电阻讨论如何减小输电线路的电阻，如选用电阻率小的材料、增大导线的横截面积等。
但指出在实际中，这些方法受到成本、技术等因素的限制。
②提高输电电压推导在输送功率一定的情况下，输电电压与输电电流的关系：＼（P ＝ UI\），得出提高输电电压可以减小输电电流，从而减小功率损失。
《电能的输送》教学设计一、基本信息：教材：人教版高中物理选修3-2第五章第5节课时：1课时二、教学内容分析：《电能的输送》是人教版高中物理选修3-2第五章第5节内容，本节课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。
三、教学目标与重难点（一）物理观念1. 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.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。
4.理解为什么远距离输电要用高压。
（二）科学思维通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的思考。
（三）科学探究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。
（四）科学态度与责任通过对我国远距离输电的展示，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民。
教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯。
建立应急意识。
教学重点理论分析如何减少输电过程的电能损失远距离输电的原理教学难点远距离输电原理图的理解四、学习者分析通过平时的观察和了解，发现高二学生已经具备了探究问题的能力和初步解决问题的能力，本节课通过问题设置，引导学生主动参与探究过程，逐步培养学生分析和解决问题的能力，合作与交流的能力等，注重培养学生创新精神和实践能力。
五、教学策略选择与设计本节课采用讨论法、探究法、归纳法等多种教学方法，体现新课标以“学生的发展”为宗旨的教学理念，体现对学生核心素养的培养，使学生在获得知识的同时，获取了研究物理问题、探究物理知识的方法。
本节课突显了学生在课堂教学中的主体地位，注重对学生探究能力、交流能力和问题意识的培养，提高学生对合作学习重要性的认识，并及时对学生进行了情感、态度和价值观的培养和教育。
六、教学资源多媒体播放室七、教学过程解决问题问题1：如何减小输电线上的功率损失呢？问题2：在输送功率一定的条件下：如何来减小输送电流从公式P=I2R和R=sl分析如何减小P，并理解通过减小R来减小P是有限的，那么就要减小输电电流用公式P=UI分析，提高U则降低I，体会提高电压，即降低I后减小的功率损失通过思考、分析、讨论、交流的方式，培养学生的综合分析能力和解决问题能力，以此来突出重点，突破难点。
电能的输送考纲要求和课标解读:1.考纲要求:2018 高考物理教学大纲对于远距离输电的要求为I级。
2.课程标准的要求:知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。
例5 探讨远距离输电中导致电能损耗的因素。
“电能的输送”是学生学习了电、磁规律之后，用已有的知识来解决生活实际问题的一节应用课，它是电磁学知识的一个非常重要的综合应用，具有很高的科学价值。
课标中要求学生“知道远距离输电时通常采用高压输电的原因”，是因为“电”是我们生活中不可缺少的重要组成部分，生活中到处可见高压输电线，但为什么要采用高压输电，很多学生并不知道。
物理源自生活，激发学生探究的兴趣，通本节课的探究学习，让同学们对高压输电能有初步的认识。
课标中还要求“探讨远距离输电中导致电能损耗的因素”，课标这样要求不仅是想让学生掌握电能损耗的因素，更想让学生能从更高的层次认识远距离输电的可行性、经济效益、材料科学、和对社会发展的战略意义。
电能的输送，电网的建设属于高端技术，高中生虽然知识层面还有局限，但是本节课标很能激发学生学习、进步投身社会建设的热情。
再从目前，高考物理科要考查的能力主要包括以下几个方面来看：1.理解能力《电能的输送》这节课需要学生理解变压器中，电压与匝数、电流与匝数、功率间的物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件以及它们在简单情况下的应用;能够清楚地认识概念和规律的表达形式(包括文字表述和数学表达);能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法;理解相关知识的区别和联系。
2.推理能力能够根据已有的变压器、欧姆定律和电阻定律的知识和物理事实、条件，对减少远距离输电能耗物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或做出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来。
3.分析综合能力通过学习《电能的输送》能够独立地对所遇到的简单的远距离输电问题进行准确的分析、研究，弄清其中物理过程和物理情境，找出物理量间的关系式，尤其要注意损失功率和损失电压这两个起重要作用的因素;能够把远距离输电这个较为复杂的问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系;能够提出解决问题的多种方法，运用物理知识综合解决所遇到的问题。
《2.6 电能的输送》教学设计一、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。
本节的知识目标是知道降低输电损耗的两个途径，理解掌握高压输电模型。
本节能力目标是通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力。
本节情感目标是培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度，激发学生投身祖国建设的热情。
本节的教学重点是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。
难点是理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU。
二、教学目标（一）知识与技能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。
（二）过程与方法通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力（三）情感、态度与价值观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。
三、教学重难点教学重点：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ΔU。
四、教学方法：自学讨论法、阅读法、讲解法。
五、教学流程六、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）进行新课1．降低输电损耗的两个途径师：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。
5电能的输送教学目标 知识与技能1、了解远距离输电的意义。
2、理解远距离输电中的输电损耗及解决方案。
．3、理解远距离输电的模型并能进行计算。
过程与方法培养学生的阅读和分析能力． 情感、态度与价值观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，激发学生建设祖国的热情。
教学重难点重点：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． 难点：高压输电的道理．教学用具：多媒体课件、小黑板一块． 引入新课讲述：前面我们学习了电磁感应现象和发电机，通过发电机我们可以大量地生产电能．比如，三峡电站通过发电机把水的机械能为电能，发电功率可达271.5万千瓦，这么多的电能当然要输到用电的地方去，发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢？今天，我们就来学习输送电能的有关知识． 教学探究一、让学生阅读课本，然后引导学生把导学案上“知识体系梳理”部分的空填上。
1.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济2.设输电电流为I ，输电线电阻为r ,则输电线上的功率损失为2P I r损.输电线上损失的电压为U Ir 损＝.据此，可以有两个途径来减少输电损失。
一个途径是减小输电线上的电阻R ，另一个途径是减小输电电流.3.远距离输电时，提高输电电压，是减少电能损失的行之有效的办法4.采用电网供电的优点：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。
二、让学生分组讨论导学案上“基础学习交流”部分的三个主题内容，然后每组请一学生回答，教师点评总结。
基础学习交流主题1：输送电能的基本要求 问题:(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？原因是什么？如何解决？课件展示结论：(1)可靠、保质、经济（2）由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量Q ，损失一部分电能，同时输电线上有电压降，故又损失一部分电压.主题2：降低输电损耗的两个途径问题：（1）输电线上的功率损失和电压损失跟哪些因素有关？怎样计算？（2）降低输电损耗的两个途径是什么？（3）远距离输电时减少电能损失的最行之有效的办法是什么？课件展示结论：（1）2P I r损U Ir 损＝（2）降低输电损耗的两个途径：①减少导线电阻R 。
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。
电能的输送【教材分析】本节内容放在《变压器》一节后，是对《变压器》内容的进一步深化，本节内容具体介绍了变压器在远距离输电中的应用，是本章中较为重要的一节内容。
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、更深入和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不止一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面。
【学生分析】学生已经学习了变压器的结构、变压器的变压原理，在《恒定电流》一章中，也已经学习了纯电阻电路与非纯电阻电路消耗功率的计算。
因此，在教师的合理引导之下，学生完全有能力自己设计出远距离输电的模型。
能够成功地用所学知识来解决一个实际问题，对学生学习物理是一大激励。
【教学目标】1、知识和技能⑴知道“便于远距离输送”是电能的优点之一，知道输电的过程；⑵知道什么是输电导线上的功率损失和如何减少功率损失；⑶知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失；⑷理解为什么远距离输电要用高压。
2、过程和方法通过实验模拟的方法直观展示出直接通过导线进行远距离输电的弊端，通过教师的引导，学生之间的相互讨论，提出合理的远距离输电的模型。
给学生提供一个运用物理原理和物理学的研究方法解决生产生活中实际问题的机会，通过这样一个过程，培养学生解决实际问题的能力和进一步学习物理知识的兴趣。
3、情感态度和价值观让学生相互讨论，不断改进设计方案，使学生具有团队合作的精神和勇于探究的科学态度。
通过对北仑电厂的介绍，培养学生热爱家乡的感情。
【重难点分析】1、分清输送功率与输电线上的消耗功率的区别；2、分清输电电压、输电线电压损失和用户输入电压的区别。
【设计思想】从教材的要求来看，本课对知识技能的要求不是很高，能够分清输送功率和输电线上消耗功率的区别，会选用功率计算的公式。
就能够比较准确地求解练习题目。
一般的教法，我们可以先通过实验，让学生了解直接用输电线进行电能的输送，在输电线上的电能损耗非常大。
然后告诉学生通过高压输电可以减小输电线的功率损耗，再通过几道例题的练习，相信大部分学生都能把这一块知识掌握起来。
基于“问题解决”的高中物理教学设计———以“电能的远距离传输”为例
郑荣炜（福建师范大学附属中学 福建福州 ３５０００７）（收稿日期：２０１８－１１－１１）
摘要：以“问题解决”教学为基础，提出了“创设情境，生成问题；设计方案，探讨问题；建构知识，解决问题”的一般教学模式，并以高中物理“电能的远距离传输”一节的课堂教学为例，阐明各环节的操作过程
．
关键词：问题解决 电能的远距离传输 教学设计
１
引言
教育心理学家加涅认为：教育课程的最终目标就是教学生解决问题．而发展学生分析问题和解决问题的能力又是高中物理学科核心素养的重要内涵和表现［１］．近年来越来越多学者们致力于“问题解决”的教学研究，意图将“问题解决”学习与高中物理学科核心素养的培养有效地结合在一起．“问题解决”教学指在教学过程中，教师通过有目的地提出一系列不同类型的问题或任务，引导学生主动发现、积极探索、实践体验、解决问题，深层次理解并掌握和运用基本知识，实现从能力到人格的整体发展，成为有效的问题解决者的活动［２］．物理学的发展本就是一个不断发现问题、解决问题的过程，教师若能在教学中有意识地引导学生经历问题解决的过程，将对学科核心素养的培养起到促进作用
．
２
“问题解决”教学的一般模式
鉴于“问题解决”学习的过程模式［３］，
本文提出
“问题解决”教学的一般模式，下面从模式环节、教
师教学策略以及环节对学生的作用这３个角度入
手，将教学流程分为３个环节，并阐明模式内容，如
表１所示．
表１
“问题解决”教学的一般模式
环节教师学生
创设情境，生成问题 可利用实验及生活现象来创设问题
观察现象、思考问题，引起对问题的兴趣以及解决问题的求知欲
设计方案，探讨问题 设置有效的子问题来引导学生一步一步得出解决问题的方法，问题的设计需要基于学生已有的认知水平 利用已知知识与现有经验分析、思考并讨论问题解决的方案，可对方案提出质疑并不断改进方案，提高分析问题的能力
建构知识，解决问题 引导学生利用理论知识或实验探究等角度去解决问题 在建构新知识的同时进一步思考解决问题的合理性，对问题解决过程提出评价，提高解决问题的能力
３
“电能的远距离传输”教学设计
下面以“电能的远距离传输”一节的课堂教学为例，就“问题解决”教学一般模式的具体实践做概
要介绍．
３．１
教学内容与学情分析
３．１．１
课标要求
（１）知道远距离输电时通常采用高压输电的原
因；
—８７—
２０１９年１０月 物理通报 教学案例设计与分析
作者简介：郑荣炜（１９９３－ ），男，中教二级，主要从事物理教学设计研究．（２）探讨远距离输电中导致电能损耗的因素；（３）利用基于实际情境的问题，了解高压输电的原理［１］．本节课选取鲁科版《物理·选修３－２》第四章第３节的内容“电能的远距离传输”［４］．课标要求学生在掌握了变压器的升压、降压功能以及相关知识后，进一步结合生活实际情境与实验探究，经历科学思维的过程，利用已学知识及现有经验去了解高压输电的原理，体会发电站的电能是如何输送到我们用户端的．本节课起到对变压器工作原理深化的作用，又能将知识应用于实际生产生活中，增强学生分析问题、解决问题的能力．教材中介绍我国远距离输电的类型，还能让学生认识到科学技术对物理学的发展起到推动作用，培养科学态度与责任．３．１．２ 学生已有的知识结构和能力水平知识上学生已经掌握了交流电、变压器等相关知识；在能力上学生具备一定的分析问题、解决问题的能力．然而远距离输电对于学生来说是较为陌生的，如何结合问题情境去引导学生了解高压输电中功率损失、电压损失以及各物理量的关系对于学生来说是难点，因此需要教师基于问题情境的创设以及模拟实验引导学生了解这部分内容．３．２ 教学目标与重难点３．２．１ 教学目标（１）通过实验探讨远距离输电中电能损耗的因素，并通过理论分析找到其解决方法，提高分析问题、解决问题的能力；（２）通过理论分析建构远距离输电的模型，并通过实验进行检验，提高模型建构的能力；（３）利用变压器与电流等知识，了解高压输电原理中各物理量之间的关系，深化所学知识；（４）通过对远距离输电的介绍，了解我国远距离输电的类型及存在问题，体会科学技术对社会的推动作用．３．２．２ 教学重、难点重点：高压输电的原理．难点：高压输电模型的建立以及各物理量之间的关系．３．３
教学流程图
教学流程图如图１所示．
图１ 教学流程图３．４
教学过程
（１）建立远距离输电的模型（２０ｍｉｎ）环节一：创设情境，生成问题情境创设：发电站离用户一般距离很远，输电线就要做得很长，而导线具有电阻，当电流通过电阻之
后就会产生热效应，即产生没有必要的能量损失，这
样就会导致无法给远处的用户提供足够的电能．
实验模拟：如图２所示，我们用６Ｖ左右的交流
学生电源来模拟发电站，用额定电压为６Ｖ的小灯
泡来模拟用户端的用电器，用架在支架上的两根长
导线来模拟较长的输电线，用实验室交流电压表来
测量输电线两端的电压．
图２ 实验电路图演示实验一：将连接灯泡的两导线分别接在两
根输电线上，先将灯泡接在离输电站较近的输电线
上，接通电路，发现灯泡较亮，如图３所示
．
图３ 灯泡离发电站较近（灯泡正常发光）—９７—
２０１９年１０月 物理通报 教学案例设计与分析再将灯泡接在离发电站较远的输电线上，接通电路后发现灯泡几乎不亮，如图４所示．这说明，在远距离输电的过程中，若用户端离发电站较远，由于输电线上存在电能、功率的损失，导致无法给远距离的用户提供足够的电能，输电失败．图４ 灯泡离发电站较远（灯泡几乎不亮）演示实验二：在输电线两端接上交流电压表，将电压表离发电站的距离由近移远，发现电压表的示数从大变小，可见输电线上确实存在严重的电压损失，如图５和图６所示．图５ 电压表离发电站较近（有较大示数）图６ 电压表离发电站较远（示数大幅度降低）生成问题：该如何解决输电线上功率的损失Ｐ损和电压的损失Ｕ损呢？设计意图：本环节通过实验模拟，创设远距离输电情境，生成“如何减小输电线上电阻的功率损失和电压损失”的问题，不仅激发学生强烈的求知欲，而
且还能为接下来的环节二做铺垫，提高学生实验观
察的能力．
环节二：设计方案，探讨问题学生讨论：Ｐ损＝Ｉ２ Ｒ线；Ｕ损＝ＩＲ
线
；要减小功率
和电压的损失，从理论角度看有两种方法：第一，减
小输电线上的电阻Ｒ
线
；第二，减小输电线上的电流
Ｉ．
教师提出子问题１：
这两种方法实际中是否都
可行呢？教师引导：减小Ｒ
线合理吗？根据电阻的定义
式，Ｒ＝
ρＬ
Ｓ，要减小电阻，可以通过减小
ρ和Ｌ及增
大Ｓ来实现，这是否可行呢
？
学生设计：要减小电阻率ρ，
就要将铜质导线换
成其他材料制成的导线，比如说将导线用电阻率很
小的银来制作，这是不可行的，价格昂贵，不切实际；要实现远距离输电，减小导线长度Ｌ也是不可行的；而增大导线的横截面积，可适当增大横截面积．但是太粗不可能，既不经济又架设困难
．
教师总结：因此，减小Ｒ
线的方法来降低功率损
失和电压损失是不合理的．
接着教师引导：减小输电线上的电流Ｉ合理吗？从串联电路特点以及发电机输送特性来看，换
个角度思考输电电流Ｉ的表达式，若我们设发电机
的输送功率Ｐ
；输送电压Ｕ；输电电流Ｉ＝ＰＵ；当输
送功率Ｐ一定时，只能通过提高输送电压Ｕ
，来减小
输电电流Ｉ．
教师提出子问题２：
那么如何提高输送电压
Ｕ
呢？显然，需要有能够提高电压的装置———升压变压器，因此我们在发电站与输电线之间，接一个升压
变压器．但是几百ｋＶ的高压无法直接给用户端负载
（市电２２０Ｖ）使用，又该怎么办呢？学生设计：还需要把高压降低至可以使用，所以要在用户端和输电线之间接一个降压变压器，从而
实现发电－输电－用电的模型，这样就形成了我们
的高压交流远距离输电的模型示意，如图７所示
．
—０８—
２０１９年１０月 物理通报 教学案例设计与分析
