3.4 电能的输送 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“电能的输送”核心知识，通过西部风光电站实景导入西电东送损耗问题，串联变压器、焦耳定律等前序知识，以推导损耗公式、图解分析流程为支架，构建从理论到工程应用的知识脉络。 特色在于融合国情情境与工程实践，借助简化电路图建模、小组讨论推导损耗规律，培养科学思维与模型建构能力。结合西电东送特高压工程实例，渗透科学态度与责任，配套分层任务及纠错设计，助力学生建立完整物理观念，提升教师教学效率。

教学设计 课程名称 电能的输送 选用教材 高中物理人教版选修二 教学章节 第三章第四节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是交变电流整章收尾应用课，依托变压器知识解决远距离输电现实问题。开篇结合我国西部风光电站、东部用电负荷分布实景，提出远距离输电降低电能损耗的核心问题；第一部分根据焦耳热功率损失公式，推导出降低损耗两条途径：减小导线电阻、减小输电电流，对比两种方案实施局限，得出高压输电是最优方案；第二部分借助简化输电电路图定量分析功率损耗变化规律；第三部分展示完整交流输电全过程示意图，梳理升压、多级降压的完整流程；最后拓展现代高压直流输电技术，介绍整流、逆变设备工作逻辑与直流输电优势。整体遵循 “国情实景提问→输电损耗理论推导→高压输电核心方案→完整输电工程流程→直流输电前沿技术” 逻辑链条，综合变压器、焦耳定律、交变电流全部前序知识，完成电磁交变板块工程应用闭环。 二、学情分析 1. 知识基础 学生熟练掌握焦耳定律功率计算、电阻决定式、变压器匝数电压规律；理解电功率 P=UI 功率不变时电压电流成反比；但学生仅会单一纯电阻电热计算，无法结合输电功率不变条件联立推导高压降流减损耗；不熟悉真实电网多级变压流程，完全不了解高压直流输电整流、逆变原理。 2. 能力基础 学生具备简单电热计算能力，但结合输电总功率不变联立推导损耗的综合数理推导能力薄弱；从简化电路图抽象输电模型、分段梳理多级变压流程的建模能力不足；对比交流、直流远距离输电优劣的对照归纳能力零散。 3. 思维基础 学生思维局限于实验室低压电路，缺少大规模电网工程整体建模思维；容易误以为加粗导线是最优减损方案，忽略材料、施工成本限制；无法串联 “电厂升压→高压长距离输送→多级降压供用户” 完整能量输送链条，难以区分交流、直流输电适用场景。 三、教学目标 1. 物理观念 理解远距离输电功率损耗成因，掌握减小损耗两条途径，明确高压输电核心原理；理清交流输电完整多级变压流程；知晓高压直流输电整流、逆变转化逻辑，建立电网输电工程统一物理观念。 2. 科学思维 依托西部风光电站实景图形成国情输电问题探究具象思维；借助输电线截面实物图形成导线电阻影响因素分析思维；利用简化输电电路图形成损耗定量推导建模思维；结合完整输电流程示意图形成电网工程分段梳理思维，培养数理联立推导、工程模型抽象、流程分段梳理、技术优劣对比的综合科学思维。 3. 科学探究 结合功率公式推导输电损耗影响因素；定量对比低压、高压输电功率损失差异；梳理从发电厂到居民用户全部变压输电环节；对比交流、直流远距离输电优缺点，完整经历 “国情实景提问→损耗理论推导→高压输电方案验证→完整电网流程梳理→直流输电技术拓展” 探究流程。 4. 科学态度与责任 通过我国西部清洁能源基地、全国特高压输电网络实例，养成依托现实能源分配问题提出探究目标、结合焦耳定律与变压器综合推导最优输电方案、梳理完整工程输电流程、关注国产直流输电前沿技术的求真科研品格；特高压交直流输电是我国西电东送能源战略核心工程，全套设备实现自主研发，支撑东西部能源均衡调配，认识电能输送技术事关国家能源安全与区域协调发展，树立学好交变输电知识助力国产特高压电力装备自主研发的责任意识。 四、教学重难点 重点 1. 输电功率损耗公式，降低损耗两条途径，高压输电原理 2. 远距离交流输电完整流程：升压输送、多级降压 3. 输电功率不变时，电压、电流、损耗功率的数理关系 难点 4. 联立损、P=UI推导高压降流大幅减少损耗 5. 完整梳理发电厂到用户多级变压器变压过程 6. 理解高压直流输电整流、逆变转化逻辑与输电优势 五、教学方法 国情实景导入法：西部风光电站实景图抛出西电东送输电损耗问题； 数理推导法：结合焦耳定律、功率公式联立推导输电损耗规律； 图解分析法：简化输电电路图定量计算损耗、完整输电示意图梳理流程； 对比分析法：对比加粗导线、高压输电两种减损方案的局限性； 小组合作讨论法：合作推导损耗公式、梳理完整输电流程； 实例拓展法：西电东送特高压工程、直流输电技术拓展应用。 六、教学资源 人教版选择性必修第二册课本；西部风光电站实景图、输电线实物截面图、简化输电电路图、完整交流输电流程示意图；学生电源、变压器、导线、电压表、功率计算演算纸；多媒体课件、黑板、直尺、输电损耗定量计算题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 西部风光电站实景情境导入，抛出输电损耗核心问题 · 展示西部风光电站实景图 · 提出教材开篇问题：我国西部风、光资源丰富，东部城市用电负荷大，远距离输送电能过程中如何减少线路电能损耗？给学生两分钟同桌交流，结合焦耳定律自主猜想减损思路。 · 告知学生本节课先推导输电线路功率损耗的影响因素，对比两种减损方案得出高压输电最优解；再梳理完整交流输电多级变压流程；最后拓展现代高压直流输电技术。 · 递进抛出导学思考题 1：输送相同总功率，输电电压提升 10 倍，线路损耗会变为原来多少？预留损耗推导环节计算验证。 观看西部风光电站实景图，结合西电东送国情交流减损猜想；回顾焦耳热功率、电功率 P=UI 相关公式；抄写课题《电能的输送》，带着 “为什么提升电压就能大幅降低电能损耗” 的疑问进入新课学习。 输电损耗推导、高压输电原理探究 · 讲解线路功率损失公式P损=I2r，引出两条减损路径；展示输电线实物截面图 · 分析减小导线电阻的局限：加粗导线耗材多、架设难度大，提升空间有限。 · 展示简化输电电路图 · 开展思考与讨论推导：输电总功率固定P=UI，电流I=P/U​，代入损耗公式得到 ； · 引导学生得出：提升输电电压可以大幅减小输电电流，从而急剧降低功率损耗，高压输电是远距离输电最优方案。 · 出示配套定量计算题：输送固定功率，电压提升十倍，损耗变为原来百分之一，带领学生分步代入公式演算验证。 · 组织三分钟四人小组讨论：为什么发电厂不能直接输出高压，需要配套升压变压器？每组推选代表结合家用设备低压需求完整说明。 观看输电线实物截面图，记录导线粗细、材料对电阻的影响；观看简化输电电路图，在草稿纸上联立两个公式完整推导损耗与输电电压的关系；独立完成高压输电损耗定量计算；小组讨论升压变压器的必要性，听完讲评建立高压输电完整定量认知。 完整输电流程、直流输电拓展、课堂总结、分层课后任务 · 展示完整交流输电流程示意图 · 分段梳理全流程：发电厂升压变压器→长距离高压线路→一次高压变电站降压→二次变电站降压→工业用户、低压变电站→居民 220V 用电；标注每一级变压器升压、降压作用。 · 拓展高压直流输电内容，讲解流程：电厂交流经整流变为直流高压输送，用户端逆变还原交流；说明直流输电无电感、电容损耗，远距离输送损耗更低。 · 整合四张配图梳理课堂主线：西部风光电站实景图抛出西电东送损耗问题→输电线实物截面图分析减小电阻方案局限→简化输电电路图联立推导高压减损规律→完整交流输电流程示意图梳理多级变压工程流程，完整覆盖国情提问、损耗推导、高压原理、电网工程四层核心内容。 · 按照课本行文梳理全课脉络：西部风光电站实景导入提问→由焦耳热公式得到两种减损途径，对比得出高压输电最优解→借助简化电路图联立公式定量推导损耗与电压平方反比关系→完整输电示意图梳理从电厂到用户多级升压、降压全过程，拓展高压直流输电整流逆变技术，黑板同步思维导图，标记输电损耗公式、高压输电原理、完整输电流程三大核心知识点。 · 分层布置贴合课本的课后任务：基础任务整理输电损耗两条途径、高压输电原理，完成 2 道输电损耗定量计算题；拓展任务查阅我国特高压直流输电工程（如白鹤滩 — 浙江线路）相关参数，下节课课堂分享。 观看完整交流输电流程示意图，按顺序抄写每一段输电环节与变压器功能；完整记录高压直流输电整流、逆变转化流程；两人一组复述输电总功率不变前提下，电压、电流、损耗三者变化关系；小组合作对比两种减损方案的优劣；整合本节课四张图文知识点，容易混淆损耗公式变量、升压降压顺序、交直流输电优势三类高频易错点；记录分层作业要求，规划习题演算、特高压工程调研拓展任务。 课堂收尾 · 回扣开篇西部风光电站实景完整总结：远距离输电线路损耗由电流、导线电阻共同决定；减小导线电阻实施限制大，提升输电电压可大幅降低损耗，因此远距离输电必须采用高压；完整交流输电依靠多级升压、降压变压器完成从电厂高压到民用低压的转换；高压直流输电依靠整流、逆变设备消除线路感抗容抗损耗，是现代长距离输电先进方案，完成交变电流、变压器、电网输电完整知识闭环。 回顾输电损耗公式、高压输电原理、完整多级变压流程、直流输电技术全部知识点，整理联立推导、输电流程分段梳理笔记，规划课后任务完成顺序。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托西部风光电站实景图、输电线实物截面图、简化输电电路图、完整交流输电流程示意图四组素材开展西电东送国情情境导入、导线减损方案对比、输电损耗数理联立推导、全国电网工程流程梳理、直流输电前沿技术拓展教学，培养学生依托国家能源分配现实问题提出物理探究目标、结合焦耳定律与变压器综合数理推导最优输电技术、分段梳理大型电网完整输送流程、对比交直流输电技术优劣的求真科研品格；西电东送特高压交直流输电工程是我国平衡东西部能源供需的重大战略工程，全套升压、降压、整流逆变核心电力装备实现全国产自主研发，支撑清洁能源大范围调配与全国稳定供电，让学生认识电能输送理论事关国家能源安全与区域协调发展，引导学生扎实掌握输电损耗、高压变压、交直流转化相关知识，树立依托交变输电理论助力国产特高压电力装备、直流输电芯片自主研发的责任意识。 十、教学反思和修改  教学反思：本节课使用四张教材配图完成西部风光实景导入、导线减损方案分析、高压损耗联立推导、完整电网流程梳理全流程教学，但学生普遍存在三类典型认知误区：一是直接认为 “导线越粗损耗一定最小”，忽略施工与材料成本限制；二是联立公式推导时分不清总功率P、损耗功率p损两个物理量，计算时代入数值混淆；三是记反输电流程，误以为用户端先升压、发电厂降压。小组讨论时部分学生不能完整联立两个公式推导损耗与电压平方反比关系。  修改措施：课前印制输电损耗公式变量区分、输电流程填空预习学案；播放西电东送特高压线路、升压变电站动态短视频；延长两人一组联立公式演算、四人小组输电流程排序讨论时长，强化两种减损方案对比、损耗公式变量区分、输电升压降压顺序三类专项训练；增加输电损耗定量计算、流程排序随堂小题，课堂即时纠错。 学科网（北京）股份有限公司 $