高中物理 5电能的输送教案 新人教版选修3.docx
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高中物理 5电能的输送教案 新人教版选修3.docx
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高中物理5电能的输送教案新人教版选修3
2019-2020年高中物理5电能的输送教案新人教版选修3
教学分析
应使学生明确,电能的输送是一个理论性和技术性都很复杂的系统工程,属于电力工程学科的一个分支。
我们在高中仅仅对它做一个初步的了解,教学中要围绕输送电能的基本要求:
“可靠”“保质”“经济”展开。
第一,怎样减少电能的损失?
这是理解如何确保“经济”这一基本要求的关键问题。
教材是通过“思考与讨论”栏目,将输电过程简化,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。
第二,怎样既“经济”又“保质”地将电能送到用户?
也就是如何才能做到既没有太大的电能损失又保证各种用电设备正常工作。
一方面要使学生知道交流远距离输电的基本方式:
低压发电→高压输电→低压用电。
另一方面要使学生了解变压器在输电过程中的重要作用,再次体会交流电的优点所在。
第三,还应该指出输电电压不是越高越好,要综合考虑各种因素,防止看问题片面化和绝对化。
教学目标
1.知道“便于远距离输送”是电能的优点。
2.知道电能输送过程中有功率损失和电压损失,理解降低这两种损失的途径。
3.知道输电过程的几个环节,并能够画出示意图,根据示意图会进行简单的计算。
4.了解电网供电的优点。
5.了解输电的新技术。
教学重点难点
1.理解高压输电是减少功率损失和电压损失的切实可行的措施。
2.输电过程示意图中各物理量之间的关系。
3.区别输电线上损失的功率和输电功率;输电线上损失的电压和输电电压。
4.利用输电过程示意图进行简单的计算。
教学方法与手段
自学、讨论、交流、演示实验。
教学媒体
可变变压器、3.8V小灯泡一只、开关一个、学生电源一个、定值电阻一个、导线若干。
知识准备
复习电功率、闭合电路欧姆定律、欧姆定律等知识。
(本文课件见http:
//zhyh.org/?
action=copyright!
show&id=1826)
主要教学环节与事件:
分任务、师生活动、设计说明。
导入新课
[事件1]
教学任务:
创设情境,导入新课。
师生活动:
为了合理地利用自然资源,水电站要建在水库大坝上,以煤为燃料的电站最好建在煤矿附近。
但是可能距离用电的地方很远,因此常常要把电能输送到远方。
用导线把电源和用电设备连接起来就可以输送电能了,这是电能的一个突出优点。
输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。
可靠是保证线路可靠地工作,少有故障。
保质就是保证电能的质量——电压和频率稳定。
各种用电设备都是按照一定的电压设计的,电压过高或过低,用电器都不能正常工作,甚至损坏。
使用交流的用电器还要求频率稳定。
经济则是指输电线路运行和建造费用低,电能损耗少。
本节课主要讨论怎样在输电过程中减少电能的损失。
推进新课
[事件2]
教学任务:
学习降低输电损耗的两个途径。
师生活动:
思考与讨论
输电电路图
假定输电线路中的电流是I,两条导线的总电阻是r。
在下图中,导线的电阻集中画为一个电阻r。
由于导线具有电阻,用户一方的电压略低于电厂输送的电压。
但是,实际输电线路损失的电压不会太大,所以在粗略的估算中,无论是电厂一方计算输出的功率还是用户一方计算输入的功率,如果要用到电压,可以取同一个值U。
讨论:
1.怎样计算输电线路损失的功率?
(P线=I
·R线)
2.在输电电流一定的情况下,如果线路的电阻减为原来的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一?
(1/2)在线路电阻一定的情况下,如果电流减为原来的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一?
(1/4)
3.通过第二步的两项计算,你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效?
(减小电流)
4.怎样才能减小线路电阻?
有什么困难?
(增加导线横截面积,采用电阻率小的导线导电)(困难是:
面积增大,导线重力大,增加架线的困难;同时耗材增加;减小电阻率,导线造价高,太浪费)
5.怎样计算用户得到的功率?
(P=UI=P输-P损=P输-I2r)
6.在保证用户功率的前提下,怎样才能减小输电电流?
(提高输电电压)
【演示实验】在输电线路电阻一定的条件下,提高电压,用户得到的电功率变大。
(通过灯泡的亮度观察得到的功率情况)
线路如图所示:
实验过程:
1.电源用学生电源提供,小灯泡为3.8V普通灯泡。
线路接入定值电阻相当于远距离输电线路的电阻。
2.采用可调变压器,当输出电压为4V时,观察灯泡的亮度;当输出电压提高时,比较前后两种输送电压下灯泡的亮度。
结论:
远距离输电时,为了降低输电线路中的损耗,就要减小输电电流;为了减小输电电流,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。
现代远距离输电的电压都很高。
目前我国远距离送电采用的电压有110kV、220kV、330kV,输电干线已经采用500kV的超高压,西北电网的电压甚至达到750kV。
[事件3]介绍电网供电
师生活动:
利用文字资料与图片,介绍如下图所示电网供电的有关知识:
输电过程示意图
一般发电机输出的电压在十千伏上下,不符合远距离输电的要求。
因此,要在发电站内用升压变压器,升压到几百千伏后再向远距离送电。
达到数百千米甚至数千千米之外的用电地区之后,先在“一次高压变电站”降到一百千伏左右,在更接近用户的地点再由“二次变电站”降到十千伏左右。
然后,一部分电能送往大量用电的工业用户,另一部分经过低压变电站降到220V/380V,送给其他用户。
[事件4]
教学任务:
利用远距离输电图解决有关问题。
1.下图为远距离输电的示意图,输电过程包括哪几个部分?
完成各物理量之间关系的填空。
(1)对于理想变压器
=
,
=________;
=
,
=________。
(
=
=
)
(2)对于理想变压器P1=U1I1;P2=________;P3=________,P4=________;P1=P2;P3____P4。
(P2=U2I2 P3=U3I3 P4=U4I4 P3=P4)
(3)输电线上损失的电压——(U线=I线·R线)。
输电线上损失的功率P线=I
·R线=________=________。
(P线=I
·R线=U线·I线=U
/R线)
(4)由电路关系可得:
I2=I线=I3;U2-________=U3;P2-________=P3。
(U2-U线=U3;P2-P线=P3)
(5)注意区别:
输电电压U2与输电线上损失的电压U线,二者关系为______________。
(U2=U线+U3)
输电功率P2与输电线上损失的功率P线,二者关系为______________。
(P2=P线+P4)
(学生讨论,交流,总结)
2.把200kW的电能用铝导线输送到10km以外,使用200V电压输电,导线上的功率损失达到10%,已知铝的电阻率为2.9×10-8Ω·m,则输电线的直径约为多大?
(约为19cm)
解析:
由输送功率公式P输=UI得I=103A,
10%P输=I2R得R=2×10-2Ω。
由电阻公式R=ρ
及S=π(
)2(l=2×104m)得
d=0.19m,可见此时导线太粗,不可行。
通过该题体会“增大横截面积来减小电阻的不可行性”。
[事件5]
教学任务:
阅读科学漫步,了解输电新技术。
提高学生科学素养。
师生活动:
学生自主阅读课本知识,回答如下几个问题:
1.交流输电的优缺点是什么?
2.过去的直流输电与现在的直流输电有何不同?
3.什么是超导电缆输电?
有何好处?
答案:
1.优点:
容易制造高压、大功率的发电机,并通过变压实现高压甚至超高压输电。
缺点:
①输电线路的导线不但有电阻,还有电感、电容产生的感抗和容抗,有时其作用会超过电阻,影响输电。
②联网供电的同步技术难实现。
2.过去制造高电压、大功率的直流发电机很困难,且电压不能直接升高,实现高压输电困难。
现在解决了制造大功率的整流和逆变设备难题,仅在输电环节使用直流,有一定的发展。
3.许多导体在温度特别低时电阻可降为零,这个现象叫超导现象。
利用超导体材料做成的电缆进行输电叫超导电缆输电。
在很多场合下,都可在原有的电缆管道内把旧电缆更换为超导电缆,能使供电容量提高三至五倍。
[事件6]
教学任务:
阅读STS“大面积停电引发的思考”,开阔学生视野。
师生活动:
学生自主阅读课本知识,交流讨论,回答如下几个问题:
1.当遇到一些突发事件时,你认为应该如何应付?
2.通过以上事例,以及你对待科学技术与社会关系的体会,你认为人类有必要在这样大的程度上依赖技术吗?
课堂巩固与反馈
[事件7]
教学任务:
形成性测试:
学生独立完成。
时间:
4分钟。
1.对于电能的输送,以下说法正确的是( )
A.输送电能的基本要求是:
可靠、保质、经济
B.减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电
C.减小输电导线上功率损失的唯一方法是增大导线的横截面积
D.实际输送电能时,要综合考虑各种因素,如输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等
2.当远距离高压输送一定电功率时,输电线上损耗的功率与电路中的( )
A.输送电压的平方成正比
B.输送电压的平方成反比
C.输电线中电流的平方成正比
D.导线中电流的平方成反比
3.关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是( )
A.由功率P=U2/R,应降低输电电压,增大导线电阻
B.由P=IU,应低电压小电流输电
C.由P=I2R,应减小导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
4.用电器电阻值为R,与交变电源距离为L,输电线电流为I,电阻率为ρ,要求输电线上电压损失不超过U。
则输电线截面积最小值为( )
A.ρL/RB.2ρLI/U
C.U/ρLID.2UL/ρI
5.远距离输送一定功率的交变电流,若送电电压提高到n倍,则输电导线上( )
A.电能损失为原来的
倍
B.电压损失为原来的
倍
C.电能损失减少
倍
D.电压损失减少
倍
答案:
1.AD 2.BC 3.C 4.B 5.ABCD
课堂小结
[事件8]
教学任务:
引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。
这部分内容,单独作为一课题,使学生意识到,高压输电的意义,以及输电方法的科学性与多样性。
布置作业
1.复习本节教材。
2.完成课本课后问题与练习。
思考与练习
1.发电厂输出功率为9900kW,输电线电阻为2Ω,分别用18kV和110kV的高压输电,则导线上损失的功率分别为、。
(605kW 16.2kW)
2.变压器接入某输电电路中,现以相同的输入电压U,不同的输出电压输送相同的电功率P,输电线电阻为R。
当副线圈与原线圈匝数比为k时,输电线线路上损耗的功率为;当匝数比为nk时,线路上损耗的功率为原来的倍。
〔(P/kU)2R 1/n2〕
3.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4Ω,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。
(升压1∶8,降压12∶1)
本节课是本章的最后一节,和实际生活的结合非常密切。
综合运用了前面变压器的知识,具有很强的实用性。
在教学中结合实验,充分利用了课本丰富的阅读材料,扩充知识,提高科学素养,贯彻了快乐学习的理念。
2019-2020年高中物理6.1《行星的运动》教案新人教版必修2
知识与技能
1.知道地心说和日心说的基本内容。
2.知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。
3.知道所有行星的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,且这个比值与行星的质量无关,但与太阳的质量有关。
4.理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的,真理是来之不易的。
过程与方法
1.通过托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识,了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。
情感态度与价值观
1.澄清对天体运动神秘、模糊的认识,掌握人类认识自然规律的科学方法。
2.感悟科学是人类进步不竭的动力。
教学重点
1.理解和掌握开普勒行星运动定律,认识行星的运动。
学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识,掌握人类认识自然规律的科学方法,并有利于对人造卫星的学习。
教学难点
1.对开普勒行星运动定律的理解和应用,通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识。
教学过程
新课教学
引入:
6.2太阳与行星间的引力
6.3万有引力定律
知识与技能
1.理解太阳与行星间存在引力
2.能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式
3.理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律
4.理解地面上物体所受的重力与天体间的引力是同一性质的力,即服从平方反比定律的万有引力
过程与方法
1.通过推导太阳与行星间的引力公式,体会逻辑推理在物理学中的重要性
2.体会推导过程中的数量关系
情感态度与价值观
1.感受太阳与行星间的引力关系,从而体会大自然的奥秘
2.通过学习认识和借鉴科学的实验方法,充实自己的头脑,更好地去认识世界,建立科学的价值观
教学重点
1.根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式,记住推导出的引力公式
2.在研究具体问题时,如何选取参考系
3.质点概念的理解
教学难点
1.太阳与行星间的引力公式推导过程
2.什么情况下可以把物体看作质点
教具
多媒体视频
课时安排
1课时
教学过程
开普勒定律发现之后,人们便开始更深入的思考:
行星为什么这样运动?
这节课我们“追寻着牛顿的足迹”,用自己的手和脑,重新“发现”万有引力定律。
一.太阳对行星的引力
为了简化问题,行星的轨道按圆来处理,请猜想太阳与行星的引力与什么因素有关
研究的问题中,只有太阳、行星,那么他们之间的引力可能与太阳的质量、行星的质量、他们之间的距离以及行星与太阳之间的媒介物有关,还可能与太阳与行星的形状、大小有关。
太阳与行星的是否可以看作质点?
太阳与行星之间是真空,对太阳与行星的引力有无影响?
讨论小结:
太阳与行星之间的引力应该与行星到太阳的距离、太阳的质量、行星的质量有关。
我们先研究太阳对行星的引力,这样只研究引力与行星的质量以及太阳与行星之间的距离的关系。
那么,F与r的定量关系是什么?
阅读教材:
太阳对行星的引力部分。
让学生回答如何来进行理论分析:
根据开普勒行星运动定律,行星以太阳为圆心做匀速圆周运动,由太阳对行星的引力提供向心力。
(1)向心力等于F=
(2)天文观测到行星周期T,则v=代入上式得F=
(3)根据开普勒第三定律代入上式得
(4)上式中对太阳系中任何行星都相同,因而F与成正比,既F
结论:
太阳对不同行星的引力与行星的质量成正比,与太阳与行星间的距离的二次方成反比。
二.行星对太阳的引力
就太阳对行星的引力而言,行星是受力物体,引力与受力物体的质量成正比,行星对太阳的引力也应该与太阳的质量成正比。
阅读教材行星对太阳的引力部分,学生回答行星对太阳的引力与太阳的质量、行星到太阳的距离是什么关系?
结论:
行星对太阳的引力大小与太阳的质量M成正比,与行星到太阳的距离r的二次方成反比。
三.太阳与行星间的引力
综上推导过程,推导出太阳与行星间的引力与太阳质量、行星质量以及两者距离的关系式,看看能得出什么结论。
结论:
太阳与行星间的引力与太阳的质量、行星的质量成正比,与两者距离的二次方成反比:
说明:
(1)G是比例系数,与行星和太阳均无关
(2)太阳与行星间的引力规律,也适用于地球与卫星间的引力
(3)该引力规律普遍适用于任何有质量的物体
四.万有引力定律
知道了太阳与行星之间作用力的规律,可以完全解释行星的运动了,那么,是什么力使得地面的物体不能离开地球,总要落回地面呢?
如苹果被抛出后总要落回地面,那么是什么力使得苹果不能离开地球呢?
是否也是由于地球对苹果的引力造成的?
地球对苹果的引力和太阳对行星的引力是同一种力吗,若真是这样,物体离地面越远,其受地球的引力就应该越小,可是地面上的物体在距离地面很远时似乎重力没有明显的减弱,是不是不够远,我们想这样的高度比起天体之间的距离来说,真的不算远!
再往远处设想如果物体远到地球那边,物体是否也会象月球那样绕地球运动?
也许真的是同一种力,我们就来探究这个问题。
1.月——地检测
猜想:
“天上”的力与“人间”的力可能出于同一根源。
阅读教材月地检测,回答学生假定成立
在牛顿时代,重力加速度已能比较精确测定,当时也能比较精确地测定月球与地球之间的距离、月球的公转周期,从而能够算出月球运动的向心加速度,证明了猜想的正确性
例题:
已知:
=3.8m,=27.3天,g=9.8,求
结论:
太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间的力是同一种性质的力。
2.万有引力定律
任意两个物体之间都有这样的力存在吗?
阅读教材万有引力部分。
学生回答:
牛顿作了大胆的猜想,任意两个物体间都存在着这样的力。
于是这个结论被推广到宇宙中的一切物体之间。
即:
万有引力定律:
自然界中的任何两物体都互相吸引,引力的大小与物体的质量m1和m2成正比,与他们之间的距离r的二次方成反比即
式中质量的单位为kg,距离的单位为m,力的单位N,G叫引力常量。
注:
公式的适用条件
(1)适用于质点间引力大小的计算
(2)对于可视为质点的物体间的引力求解也可以利用万有引力公式
(3)当研究的物体不能看成质点时,可以把物体假想分割成无数质点,求分力,再求合力
说明:
(1)万有引力的普遍性,一切物体间
(2)万有引力的相互性,两物体间相互作用
(3)万有引力的宏观性,只有在质量大星球间,它的存在才有实际物理意义
(4)万有引力的特殊性,两物体间只与本身有关,与周围其他物体无关
3.引力常量
卡文迪许通过实验测出G=
意义:
证明了万有引力的存在;使万有引力定律有了真正的实用价值;标志着力学实验精密程度的提高,开创了测量弱引力的新时代
五.小结,布置作业
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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