3.4電能的輸送—教學設計1.課時教材分析：《電能的輸送》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第二冊模塊中“電磁感應及其應用”主題下的內(nèi)容。本節(jié)課程標準的要求為：知道遠距離輸電時通常采用高壓輸電的原因。要求學生在前幾節(jié)學習的基礎上探究高壓輸電的理論基礎。可讓學生探究：輸電線的電能損耗主要有哪些？如何降低電能損耗？既經(jīng)濟又可行的輸電方式應該是怎樣的？電網(wǎng)建設是電力輸送的關(guān)鍵，高壓輸電技術(shù)研究非常重要。我國的高壓輸電技術(shù)發(fā)展非常迅速，已達到世界領先水平。要讓學生通過資料查閱、訪談等方式了解我國高壓輸電研究與應用的最新成果，了解本地區(qū)電力建設的基本情況，并寫出一份有關(guān)電網(wǎng)建設、電力輸送的調(diào)查報告。本節(jié)內(nèi)容是電磁感應和交變電流知識在生產(chǎn)生活中的實際應用。教材首先通過“問題”欄目，從能量角度提出“遠距離輸電中，如何減少電能的損耗”的問題，引發(fā)學生思考。接著從能量損耗的表達式分析減少能量損耗的兩種方法，并分析得到降低電流能更有效的減少能耗。從降低電流方法提出提高輸電電壓的解決方法。2.課時學情分析：學生已經(jīng)學習了焦耳定律、變壓器等內(nèi)容，知道導線具有電阻，產(chǎn)生焦耳熱，知道電能損耗。在實際生活中學生已經(jīng)知道高壓輸電概念，但還不理解為什么采用高壓輸電可以降低能量損耗。要在學生已學知識的基礎上設置合適的問題引導學生自主分析推理，得到降低能量損耗的方法，設計遠距離輸電的物理模型。3.課時學習重點：高壓輸電原理4.課時學習難點：高壓輸電模型的建立以及各物理量之間的關(guān)系5.課時學習目標：物理觀念：了解提高輸電電壓是降低遠距離輸電損耗的有效途徑，會用相關(guān)知識解釋實際的輸電問題?？茖W思維：經(jīng)歷建立遠距離輸電模型的過程，體會建立理想模型的思維方法。科學探究：經(jīng)歷參觀發(fā)電廠、調(diào)查社區(qū)用電情況以及模擬遠距離輸電過程，培養(yǎng)學生能基于實驗和觀察提出問題的能力?？茖W態(tài)度與責任：通過分析論證減小輸電線電阻的方法的過程，讓學生理解工程技術(shù)要兼顧1科學、技術(shù)、經(jīng)濟等多種因素；經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)輸電線有能耗，如何降低能耗的過程形成保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責任感。6.課時教學過程：子任務：研究電能輸送的方案情境：圖片展示我國資源分布和電力負荷分布情況。問題：從圖片中看到了什么？有何啟示？圖片展示《二十大報告》中提到的“綠色發(fā)展”（設計意圖：由真實的情境出發(fā)，引導學生發(fā)現(xiàn)問題——鑒于我國資源分布和電力負荷的不均衡性以及國家的發(fā)展策略決定了遠距離輸電的必要性。）環(huán)節(jié)一：輸送電能的基本要求問題：輸送電能有哪些基本要求？活動：學生在教師的引導下結(jié)合生活實際，得出輸送電能要滿足：“可靠”“保質(zhì)”“經(jīng)濟”等基本要求。（設計意圖：引導學生聯(lián)系生活實際，從生活中發(fā)現(xiàn)問題，最后再回歸生活。）環(huán)節(jié)二：實驗1：模擬遠距離輸電首先是兩個完全相同的小燈泡并聯(lián)，閉合開關(guān)后，亮度相同，然后把其中一個小燈泡換用長導線相連，發(fā)現(xiàn)該燈泡變暗了許多。問題1：兩個相同的小燈泡的亮度為什么不相同？問題2：遠距離輸電時，輸電線上的電阻能忽略嗎？問題3：輸電線上有能量損失嗎？（設計意圖：基于實驗和觀察，發(fā)現(xiàn)長導線電阻不可忽略，進一步認識到遠距離輸電時線路電阻不可忽略，輸電過程有能耗。）環(huán)節(jié)三：降低輸電能耗的途徑情景：假定輸電線路中的電流是I,用戶端的電壓是U，兩條導線的總電阻是r。問題1:怎樣計算輸電線路損失的功率2結(jié)合學生回答情況，做出評價，并強調(diào)電學中也要確定研究對象，我們研究的是線路損失的功率，所以，電壓是線路兩端的電壓，而不是用戶端電壓，最后給出答案。根據(jù)焦耳定律可知：pI2r問題2:怎樣減少輸電線路損失的功率？1.減小輸電線的電阻2.減小輸電線的電流活動一：如何減小輸電線的電阻？根據(jù)電阻定律：Rsl, 可知：減小輸電線的長度，選用電阻率小的材料以及增大輸電線的橫截面積，可以減小輸電線電阻。過粗的導線會耗費太多的金屬材料，而且輸電線太重、太粗也給鋪設工程帶來困難。鋼芯鋁絞線教師總結(jié)：工程技術(shù)要兼顧科學、技術(shù)、經(jīng)濟等多種因素。鑒于目前情況，通過減小電阻來減低能耗已無太多空間，展望未來，倘若有一天高溫超導材料普遍使用，通過降低電阻來減少能耗一定是最佳方案。（設計意圖：通過分析論證減小電阻的三個途徑，以及帶來的后續(xù)影響，讓學生深刻理解工程技3術(shù)要兼顧科學、技術(shù)、經(jīng)濟等多種因素。）活動二：如何減小輸電線的電流？案例1：把功率為200kW的電能輸送到40km以外的地方，輸電線上的總電阻為0.1Ω，用200V的電壓輸電，輸送電流是多少？損失的功率是多少？損失的功率占總功率的百分之幾？案例2：把功率為200kW的電能輸送到40km以外的地方，輸電線上的總電阻為0.1Ω，用2000V的電壓輸電，輸送電流是多少？損失的功率是多少？損失的功率占總功率的百分之幾？結(jié)果表明提高輸電電壓能有效地減少電能輸送過程中的損耗。情境1：圖片展示，參觀大唐淮北發(fā)電廠，部分學生社會實踐報告圖片，強調(diào)看到升壓站。評價：參觀過程表現(xiàn)非常優(yōu)秀，認真觀察、思考并記錄。情境2：圖片展示，校園更換變壓器，重點展示降壓變壓器銘牌。（設計意圖：讓學生腦海中初步構(gòu)建發(fā)電廠——升壓站——遠距離輸電——降壓變壓器——用戶的輸電模型。）環(huán)節(jié)四：高壓輸電模型4分析電壓關(guān)系：U2UU3實驗2：低壓高壓輸電演示（設計意圖：用小燈泡代替輸電線，可以通過小燈泡的亮度直觀的看到輸電線損耗功率的多少，對比低壓模式和高壓模式，凸顯高壓輸電的優(yōu)點。）問題：輸電電壓越高越好嗎？（設計意圖：讓學生能辯證地看待問題。）展示高壓輸電簡易圖5環(huán)節(jié)五：電網(wǎng)供電問題:為什么不采用“一對一”的供電方式，而是采用電網(wǎng)供電？1、可以在一次能源產(chǎn)地使用大容量的發(fā)電機組，降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經(jīng)濟效益。2、可以減小斷電的風險，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡。3、可以根據(jù)火電、水電、風電等的特點，合理地調(diào)度電力。教師總結(jié)：采用電網(wǎng)供電可以使電力供應更加可靠，質(zhì)量更高。環(huán)節(jié)六：課堂小結(jié)67.課時教學板書設計：3.4電能的輸送一、輸送電能的基本要求可靠 保質(zhì) 經(jīng)濟二、發(fā)現(xiàn)問題模擬遠距離輸電： 輸電線有能量損耗三、降低輸電線能耗的途徑減小電阻 減小電流四、高壓輸電模型五、電網(wǎng)供電8.課時作業(yè)設計：1.活動作業(yè)：分組完成單元核心任務，并準備好材料在下節(jié)課交流展示。2.習題作業(yè)：【習題1】發(fā)電機的輸出電壓為220V,輸出功率為44kW,每條輸電線的電阻為0.2Ω。(1)此時用戶得到的電壓和電功率各為多少?(2)如果發(fā)電站先用變壓比為1∶10的升壓變壓器將電壓升高,經(jīng)同樣的輸電線路后經(jīng)10∶1的降壓變壓器將電壓降低后供給用戶,則用戶得到的電壓和電功率各是多少?【習題2】某學校有一臺應急備用發(fā)電機,內(nèi)阻R=1Ω,升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1,輸電線的總電阻r=4Ω,全校22個教室,每個教室用“220V40W”的燈泡6盞,要求所有燈都正常發(fā)光。求:(1)輸電線上損耗的電功率;(2)發(fā)電機的輸出功率;(3)發(fā)電機的電動勢。79.教學流程圖：10.課時教學反思：本教學設計從我國的資源分布與電力負荷的不均衡性以及我國的發(fā)展策略出發(fā)，讓學生認識到遠距離輸電的必要性，然后設計實驗——模擬遠距離輸電，讓學生切身感受到輸電線的電阻不可忽略，輸電線有損耗。通過兩個活動探究降低輸電線損耗的途徑，結(jié)合參觀發(fā)電廠和社區(qū)調(diào)查，逐漸構(gòu)建高壓輸電模型——先升壓、在降壓，巧妙地用小燈泡代替輸電線，讓輸電線的損耗肉眼可見，實驗現(xiàn)象明顯，讓學生深刻體會到高壓輸電能有效降低能耗。8從學生的實際出發(fā)，以學生視角進行設計，教師通過引導，讓學生積極主動地進行理論探究和實驗探究，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題的能力．該教學設計凸顯了學生的主體地位，開拓學生的思維，鍛煉學生的動手能力，增強學生合作與交流的能力，