3.4 远距离输电 教学设计 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

教学设计 课题 远距离输电 课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□ 教学内容分析 本节课主要讨论了两方面的问题：输电过程的能量损耗和降低途径，电网输送的基本常识，课程标准要求为：知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。是本单元中前几课时知识技能的综合应用，同时可以提升学生的荣誉感和自豪感，通过本课时的学习能进一步提高学生构建物理模型，培养科学探究的能力,引导学生科学用电、节约用电的方面都有重要意义。 学情分析 学生已经学习了焦耳定律、变压器等内容，知道导线具有电阻，产生焦耳热，知道电能损耗。在实际生活中学生已经知道高压输电概念，但还不理解为什么采用高压输电可以降低能量损耗，学生容易将导线上损失的电压与输电电压混淆。要在学生已学知识的基础上设置合适的问题引导学生自主分析推理，得到降低能量损耗的方法，设计远距离输电的物理模型。 学习目标 1.通过实验探究提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径，会用相关知识解释实际的输电问题。（物理观念） 2.经历建立远距离输电模型的过程，体会建立理想模型的思维方法。（科学思维、科学探究） 3.理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，知道电网供电是远距离输电的重要发展。（科学态度与责任） 4.了解我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。（科学态度与责任） 学习重点难点 教学重点：高压输电原理 教学难点：高压输电模型的建立以及各物理量之间的关系 教学辅助支持 小视频（大国重器）、学生电源 、电阻箱、小灯泡、低压高压输电演示器 教学活动设计 过程 学习内容与教师活动 学生任务/活动设计 设计意图及对应目标达成 环节一 （情景导入） 任务1.（与上课时相衔接）知识回顾：理想变压器的规律 教师活动：创设情境，引入新课 （播放小视频引入本节课的课题） 任务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． 请学生欣赏一组发电站的图片和观看一段有关“西电东输”的新闻视频后思考下列问题． 情景1：发电站一般建在哪些地方？ 问题2：哪些地方最需要用电？ 问题3：如何输送电能？ (1)请学生欣赏一组发电站的图片后，教师通过积极引导，尽量让学生自己思考得出发电站的一般选址，教师不要替代学生回答问题． (2) 在播放新闻视频前，教师要积极引导，使学生充分体会到“便于远距离输送”是电能的优点之一，鼓励学生学以致用，多关注生产和生活实际． 学生任务/活动1. 理想变压器的基本关系 1. 功率关系： 2. 电压关系： 3. 电流关系 4. 频率关系 5. 焦耳定律 6. 电阻定律 采用小组合作的形式回答 （学生在真实问题情境中开展学习活动；围绕完成学习任务开展系列活动与教的环节对应，学生分析任务-设计方案-解决问题-分享交流中学习并有实际收获） 通过前测巩固所学的知识，为本节课的应用做准备。 旨在渗透“从生活走进物理，从物理走向社会”的新课程理念． 通过观看新闻视频让学生对输电的过程有一个大致的了解，为远距离高压输电的教学做好铺垫． 小结：从大单元的主题出发引入本节课，体现大单元和课时教学的层次关系 任务2输送电能的基本要求 学生阅读课本后回答 1.可靠 保证供电线路可靠地工作，故障少 2.保质 保证电能的质量——电压和频率稳定 3.经济 输电线路建造和运行费用低，电能损耗少 环节二 （正课）知识的生成和学科核心素养 培养 任务3.探究输电线上的电能损耗 情景2：用两个相同的小灯泡(6V 0.5A)接在同一交流电源上，一个小灯泡用导线与电源相连，另一个小灯泡通过电阻箱与电源相连，检查实验器材和电路连接，并打开电源开关。 通过引导，学生自己回忆：功率损失P损 ＝Ｉ２　Ｒ线 和电压损失ΔU ＝ＩR线 ，再和学生一起进行理论探究，使学生明白减少输电线上的功率损失和电压损失一般有两条途径： 1．减小输电线上的电流Ｉ； 2．减小输电线的电阻R线 ． 采用小组合作的形式进行实验通过增大电阻箱的阻值模拟导线越长电阻越大的实际 比较观察小灯泡的发光亮度和回答： 问题4：两个相同的小灯泡接在同一交流电源上为什么亮度不同？ 问题5：导线的电阻真的是零吗？ 问题6：远距离输电时，输电线上的电阻能忽略吗？ 问题7：如何计算输电线上的功率损失和电压损失？ 问题8：如何减少输电线上的功率损失和电压损失？ 通过创设真实的实验情境，让学生形成导线有电阻的认知冲突，不仅培养学生自主发现问题的能力，而且让学生深切地体会到远距离输电时，输电线上的电阻不能忽略的事实． （旨在培养学生的动手能力和质疑能力) 功率损失P损＝Ｉ２Ｒ线 和电压损失ΔＵ＝ＩＲ 任务3：理解远距离输电采用高压输电的原因，认识高压输电的局限性 案例体验１：把功率为200kW的电能输送到40km以外的地方，输电线上的总电阻为0.1Ω，用200V的电压输电，损失的功率占总功率的百分之几？ 案例体验2：把功率为200kW的电能用铝线输送到40km以外的地方，用200V的电压输电，要使功率损耗降为输电功率的25%，导线的横截面积需提高为0.1Ω时的几倍？ 案例体验3：把功率为200kw的电能输送到40km以外的地方，输电线上的总电阻为0.1Ω，用2kV的电压输电，损失的功率占总功率的百分之几？ 问题10：减少输电线上的功率损失和电压损失有几条途径？ 学生独自计算后小组自检并展示 得出减小输电电流对减小输电线上的损耗更为有效，以及怎样才能减小输电电流的方法．旨在让学生进一步形成正确的物理观念，培养和提高学生的科学思维能力和科学探究能力，从而有效提升学生的物理核心素养． 得出减小输电电流对减小输电线上的损耗更为有效，以及怎样才能减小输电电流的方法．旨在让学生进一步形成正确的物理观念，培养和提高学生的科学思维能力和科学探究能力，从而有效提升学生的物理核心素养． …… 任务4.远距离输电 模型构建 知道输电过程的几个环节，会设计电能输送的示意图． 问题11：如何获得较高的输电电压？ 问题12送到用户处时，如何使用电器正常工作？ 问题13电电压是不是越高越好？ 问题14根据提供的实验器材，设计远距离高压输电的实验来证明你的猜想吗？ 展示低压、高压输电演示器 设计电能输送的示意图． 小组合作展示 让学生独立画出电能输送的示意图（图5）．请1-2位学生进行板演，其他学生纸上画，旨在培养学生的建模能力和动手能力． 任务5：根据示意图能进行简单的计算，会求解输电导线上的功率损失等问题． 特别注意： 投影练习题 练习题：某个小水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V。通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制位5kW（即用户得到的功率为95kW）。请你设计两个变压器的匝数比。为此，请你计算： （1）降压变压器输出的电流是多少？输电线上的电流是多少？ （2）输电线上损失的电压是多少？升压变压器输出的电压是多少？ 功率关系：p1=p2 P2=Δp+p3 p3=p4 电压关系： 电流关系： 输电线损失功率 学生自主完成 引导学生仔细审题、画示意图（或草图）、总结解题规范的重要性，旨在培养学生分析问题、解决问题的能力及良好的解题习惯. （与下课时相衔接） 课堂小结 本节课主要学习了远距离输电的要求以及为什么要采用高压输电以及如何进行高压输电 板书设计 第三节 电能的输送 一．输电要求：1.可靠 2.保质 3.经济 二．降低输电损耗的途径 ①减小输电线电阻 ②减小输电线电流 远距离输电模型 U2=U3+I2R线 I2=I3 Pi=U1I1 =P2=U2I2 P线=I22R线 U损=I2R线 P3=U3I3=P4=U4I4 作业与拓展学习设计 1. 课后题 2. 社会实践：参观发电站、远距离输电 3. 资料查阅：在远距离输电中我国有多少个世界第一 特色学习资源分析、技术手段应用说明 让学生积极主动参与探究的过程，通过观看大国重器提升学生的民族自豪感，通过社会实践让学生明确物理从“生活中来到生活中去” 教学反思与改进 本教学设计从学生的实际出发，以学情视角进行设计，教师通过引导，让学生积极主动地进行理论探究和实验探究，培养学生发现问题、探究问题、解决问题的能力．该教学设计凸显了学生的主体地位，开拓学生的思维，锻炼学生的动手能力，增强学生合作与交流的能力，让学生主动参与其中而不是被动地接受教师的结论，从而达到培养和发展学生物理核心素养的目的．同时，该教学设计教学方法多样，情境与问题的设计符合学习目标，知识的展开也能较好地符合学生思维的发展规律，教学建议具有较强的针对性和指导性．这样的教学设计达到了预期效果，不仅能充分体现新课改理念和符合学生物理核心素养培养的要求，而且具有很强的操作性和实效性． 学科网（北京）股份有限公司 $$