3.4 电能的传输 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“电能的传输”核心知识，从学生已掌握的焦耳定律、电阻定律及变压器规律切入，通过输电线路损耗等效电路图建立模型，推导损耗影响因素及高压输电优势，再结合交流供电系统流程图梳理完整输电链路，形成交变电流知识综合应用的学习支架。 特色在于以等效电路建模和流程图解系统梳理为核心，通过小组讨论对比减耗方案、多公式联立推导高压输电原理，落实物理观念、科学思维，结合我国特高压输电工程培养科学态度与责任。帮助学生建立完整知识框架，提升综合分析能力，为教师提供分层教学资源和清晰教学逻辑。

教学设计 课程名称 电能的传输 选用教材 高中物理教科版选修二 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的综合应用收尾课时，综合运用焦耳定律、电阻定律、理想变压器规律解决远距离输电实际工程问题，整体分为两大递进板块。第一板块依托输电线路损耗等效电路图，把远距离输电线等效为串联的两段电阻，结合焦耳热损耗公式分析线路电能损耗的两大影响因素：输电线电阻与输电电流，对比两种降低线路损耗的可行思路，一是依靠电阻定律增大导线横截面积减小线路电阻，二是利用变压器升高输电电压、减小输电电流，同时说明电流对损耗的影响程度远大于电阻，高压输电是降低损耗的最优方案，梳理输入功率、线路损耗功率、用户得到功率三者的数量关系；第二板块借助交流供电系统完整流程图，完整拆解从发电厂出发，经过升压变压器、高压输电线、两级降压变压器，最终输送到工业、居民用户的完整输电链路，标注每一级设备对应的电压数值，串联前一节变压器升降压知识，形成发电、变压、输电、配电完整知识闭环，同时联系风电、水电等清洁能源发电的远距离输送场景。整体搭建 “输电线路损耗等效电路图定量分析线路能量损耗与减耗方案→交流供电系统完整流程图梳理多级变压、完整输电产业链” 完整探究链条，实现电磁感应、交变电流、变压器知识的综合落地，建立物理理论与国家电网工程实践的紧密联系。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经熟练掌握焦耳定律、电阻定律、理想变压器电压匝数规律、功率相关计算，能够独立完成简单功率换算；清楚变压器可以实现升降压，但无法结合功率不变规律推导高压输电能够减小线路电流；不能完整区分输电总输入功率、线路损耗功率、用户实际获得功率三者的逻辑关系；对现实电网多级升压、两级降压的完整供电流程没有整体认知，容易混淆各级变压器的功能。 2. 能力基础 学生具备单一公式静态计算能力，但结合多个物理公式综合推导高压输电减耗原理的多步逻辑推理能力薄弱；从供电流程图中提取各级电压、变压器功能，梳理完整输电流程的系统归纳能力不足；定量对比 “加粗导线” 与 “升高输电电压” 两种减耗方案优劣的对比分析能力偏弱。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：升高输电电压会增大线路损耗；输送总功率不变时，电压升高输电电流同步变大；用户端电压损耗就是输电线路全部电压；只需要一级升压、一级降压就能完成远距离输电；加粗导线可以无限制消除线路电能损耗。 三、教学目标 1. 物理观念 建立分层完整电能传输观念：远距离输电线存在电阻，电流通过导线会产生焦耳热，造成电能损耗；线路损耗大小和输电电流的平方成正比，电流是影响损耗最关键的因素；降低输电损耗有两种途径，增大导线横截面积减小线路电阻、升高输电电压减小输电电流，高压输电效果更突出；输送总功率保持不变时，输电电压越高，线路电流越小；完整民用供电系统包含发电厂、升压变压器、高压输电线、两级降压变压器，逐级适配发电、输送、家用的不同电压需求；输入输电线路的总功率等于线路损耗功率与用户实际得到的功率之和。 2. 科学思维 依托输电线路损耗等效电路图建立等效电路建模、多公式联立推导的数理综合思维；借助交流供电系统完整流程图建立系统分层、产业链分步梳理的整体归纳思维，两层思维同步开展训练。 3. 科学探究 观察输电线路损耗等效电路图，识别输电线等效串联电阻，结合焦耳定律、电阻定律推导减小线路损耗的两种方案，对比两种方案的实际工程局限性；看懂交流供电系统完整流程图，依次梳理发电厂升压、长途高压输送、两次降压配电、终端用户用电全流程，明确每一级变压器的升降压功能与对应电压；完整经历 “输电损耗等效电路图推导高压输电减耗原理→交流供电系统流程图梳理完整电网输电产业链” 标准化远距离输电探究流程。 4. 科学态度与责任 我国建设覆盖全国的高压、特高压输电网络，将西部风电、水电清洁能源输送到东部用电城市，特高压输电技术大幅降低线路电能损耗，是我国能源调配、绿色低碳发展的核心技术，体会物理电磁理论支撑国家能源基础设施建设的重大价值；远距离输电方案需要兼顾损耗控制、工程成本、材料限制，需要综合权衡多种因素，培养全面客观、统筹兼顾的工程思维；电网输电、变压设备存在高压触电风险，树立安全用电、远离高压线路的自我保护意识；降低线路损耗能够节约电能，减少化石能源消耗，树立节约能源、可持续发展的环保观念。 四、教学重难点 重点 远距离输电线路损耗的影响因素；高压输电减小电能损耗的推导逻辑 完整交流供电系统多级变压输电流程；总功率、损耗功率、用户功率三者关系 难点 结合输送总功率不变，推导输电电压升高、电流减小，从而降低线路损耗的综合推理过程 区分升压变压器、两级降压变压器在输电链路中各自的功能与电压适配逻辑 五、教学方法 等效电路图解分析法：输电线路损耗等效电路图，直观建立线路电阻、电流、损耗功率的计算模型； 多公式联立推导法：结合功率公式、焦耳定律对比两种减耗方案的优劣； 流程图解系统梳理法：交流供电系统完整流程图，分步梳理从电厂到用户的多级输电流程； 易混概念辨析抢答法：出示高压输电、功率分配易错判断题，纠正认知偏差。 六、教学资源 教科版高中物理选择性必修第二册课本；输电线路损耗等效电路图、交流供电系统完整流程图；理想变压器、焦耳定律配套分层计算题；国内特高压输电线路、风电基地远距离送电科普图文素材。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 输电线路损耗等效电路图探究，推导高压输电降低损耗原理（22 分钟） · 投影输电线路损耗等效电路图 · 向学生说明远距离输送电能时，来回两根输电线都存在电阻，电路图中将总电阻拆分为上下两段串联电阻，标注输入总电压、输电电流、线路电压损耗、线路损耗功率、用户端输出电压、输入输出功率对应物理量，建立等效计算模型。 · 分层分步梳理线路损耗核心逻辑：首先讲解电能损耗本质是电流通过导线电阻产生焦耳热，损耗功率由输电线电阻和输电电流共同决定，电流对损耗的影响幅度更大；接着结合电阻定律分析第一种减耗思路，在导线材料、输送距离固定的前提下，只有增大导线横截面积才能减小电阻，但无限制加粗导线会大幅提升材料重量、架设成本，工程上存在明显局限；再结合输送总功率保持不变的前提，推导第二种减耗思路，提升输电电压能够同步减小输电电流，电流减小会显著降低线路焦耳损耗，这也是全国电网普遍采用高压、特高压输电的核心原因；最后梳理功率分配关系，电厂送入输电线路的总电能，一部分在线路上以热量形式损耗，剩余部分输送到用户端供设备使用。 · 布置四人小组简短讨论任务三分钟：对比单纯加粗输电线、升高输电电压两种减耗方式，分析哪一种方案更适合超远距离跨区域送电，结合损耗影响程度、工程成本两方面展开分析。 · 汇总小组发言，统一得出结论：升高输电电压减小输电电流的方案减耗效果更强，同时不会过度增加架设成本，是远距离输电最优方案，加粗导线仅作为辅助补充手段。 · 出示全班辨析思考题：输送功率不变，提升输电电压会增大线路损耗、加粗导线能完全消除线路电能损耗，判断对错，点名学生作答并完整说明推导理由。 · 抛出同桌交流任务两分钟：如果某地发电厂输送固定功率电能，分别采用低压、高压两套线路送电，哪一套线路发热损耗更少，结合本节课损耗公式分析。 · 认真观察输电线路损耗等效电路图，分清输入、输出两端，看懂上下两段输电线等效串联电阻的结构，识别图中标注的电压、电流、功率全部物理量。 · 完整记录线路损耗功率的影响因素，圈画 “电流平方” 核心关键词，写下两种降低损耗的方案，标注高压输电为最优方案，记录总功率、损耗功率、用户功率的大小关系。 · 四人小组围绕两种减耗方案思辨问题充分交流，分别从损耗幅度、材料成本、线路架设难度三个维度对比两种方案，小组代表举手完整分享讨论结论与推导依据。 · 独立判断辨析题对错，完整写出纠正对应的推导过程，规避两类基础认知误区，理清电压、电流、损耗三者联动变化逻辑。 · 和身旁同桌相互交流高低压送电对比思辨问题，分工说出高压线路输电电流更小，线路发热损耗数值更低。 · 跟随教师同步完成多公式联立推导，自主梳理出 “升压→电流减小→线路损耗降低” 完整逻辑链条。 环节二 交流供电系统完整流程图拓展，梳理全链路多级变压输电流程（18 分钟） · 投影交流供电系统完整流程图 · 从左至右依次展示发电厂、升压变压器、高压输电线、两级降压变压器、居民与工业用户，标注每一处节点对应的标准电压数值，完整展示现实电网真实供电架构。 · 分层分步拆解每一级设备功能：发电厂发电机组输出电压数值偏低，需要经过升压变压器大幅抬高电压，减少长途输送过程中的线路损耗；经过数百公里高压线路输送后，到达城市区域变电站，第一级降压变压器把超高电压降为中等工业电压，供给大型工厂直接使用；城市配电房内第二级降压变压器再次降低电压，输出 380 伏工业动力电与 220 伏居民照明用电，适配终端各类电器；同步串联回顾上一节变压器知识，区分升压、降压变压器线圈匝数配比规律。 · 完整梳理本节课逻辑链：输电线路损耗等效电路图推导线路损耗成因与高压输电减耗原理→交流供电系统完整流程图拆解发电厂到用户多级变压完整输电链路，综合运用变压器、焦耳定律知识解决实际输电工程问题。 · 出示四道分层辨析判断题：升压变压器放置在用户端、只需要一级降压变压器即可供给家用 220V 电、电压越高输送电流越大、加粗导线能完全消除线路损耗，全班集体举手判断对错，逐题纠正误区。 · 出示定量计算题：某发电厂向外输送固定电能，两套输电方案分别采用低压、高压送电，已知输电线总电阻，分别计算两套方案的线路损耗功率，对比损耗差值。 · 布置课后分层作业，同步拓展实践思考任务：观察小区配电房降压变压器，结合流程图梳理自家用电完整输电路径。 · 认真观察交流供电系统完整流程图，顺着电能输送方向梳理每一级设备顺序，记下各级设备对应的电压数值，分清升压、两级降压变压器的位置与功能差异。 · 完整抄写完整输电全流程顺序，标注升压变压器用于长途输送减耗，两级降压变压器分别适配工业、居民用电。 · 集体判断四道辨析题对错，针对每一道错题结合本节课推导逻辑完整说明纠正依据，规避四类顽固认知误区。 · 独立完成分层定量计算题，分步写出两套输电方案的电流、损耗功率计算过程，对比得出高压送电损耗更小的结论。 · 和身旁同桌对照流程图，互相口述从发电厂到家中插座的完整电能输送步骤，巩固多级变压流程记忆。 · 整合线路损耗推导、电网完整输电流程全部知识点，形成交变电流章节综合应用完整知识框架。 环节三 习题巩固 + 课堂总结（5 分钟） 出示四道分层思考题：线路损耗影响因素填空、高压输电原理推导简答、完整输电流程排序、功率分配数值计算。 带领学生复盘两张配图对应的核心内容：输电线路损耗等效电路图推导线路焦耳损耗成因、两种减耗方案与高压输电核心优势；交流供电系统完整流程图梳理从电厂升压、长途高压输送、两级降压配电到终端用户的全链条供电体系。 集中纠正四类典型认知误区：升压会增大线路损耗、输送功率不变电压升高电流变大、单级降压即可满足家用、加粗导线彻底消除损耗。 布置课后分层作业：基础题抄写线路损耗影响因素、完整输电流程；提升题完成高压输电对比定量计算题；实践作业梳理自家用电从电厂到插座的输电路径。 独立完成四道分层思考题，动笔书写完整推导、分析、计算依据，自行对照梳理错题，标记容易混淆的功率、电压变化逻辑。 跟随教师复盘本节课远距离输电完整探究主线，理清两张配图对应的两大核心知识板块。 记录四类典型认知误区，在课本对应位置标注提醒自己规避。 完整记录课后三层作业，区分概念识记、定量计算、生活梳理三类任务。 环节四 课堂收尾 · 回扣开篇输电线路损耗等效电路图进行收尾总结：本节课我们通过等效输电电路分析远距离送电的线路焦耳损耗，对比得出高压输电是降低电能损耗的最优方案，借助完整交流供电流程图理清发电厂升压、长途高压输送、两级降压配电、终端用户用电的全链路电网结构，综合运用变压器、焦耳定律、功率公式解决能源输送工程问题，本章交变电流全部内容学习完毕。 · 完整回顾本节课全部核心内容：线路损耗成因、两种减耗方案对比、高压输电推导逻辑、多级变压完整输电流程，清晰记住两张配图对应的完整探究主线，自主梳理第三章交变电流全章知识框架。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托输电线路损耗等效电路图、交流供电系统完整流程图两组教材素材，沿着线路损耗定量推导、全国电网输电系统梳理的完整脉络落实多维育人目标。第一，我国自主研发特高压远距离输电技术，依托高压输电降低线路损耗的物理原理，实现西部风电、水电清洁能源跨区域输送，优化全国能源分配结构，助力双碳绿色低碳发展战略，电磁物理理论是国家能源工程的核心根基，引导学生学好物理投身能源基建事业；第二，远距离输电方案需要兼顾材料成本、线路损耗、架设难度多重现实条件，不能只依靠单一手段解决损耗问题，培养统筹兼顾、全面权衡的工程辩证思维；第三，高压输电线路、城市配电变压器存在极高电压，随意攀爬、靠近会引发致命触电事故，强化远离高压设施、规范安全用电的生命保护意识；第四，降低线路电能损耗能够节约大量电能，减少化石能源开采与消耗，树立节约能源、爱护自然环境的可持续发展观念；第五，从简易等效输电线模型到覆盖全国的巨型电网，基础物理规律能够落地为惠及亿万群众的民生基础设施，体会物理知识改造生活、服务社会的实用价值；第六，本章交变电流、变压器、输电损耗知识层层递进、逻辑统一，整套电磁感应知识体系连贯自洽，感受物理学科内在严谨和谐的逻辑美感。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课两类电路图直观易懂，四人小组方案对比讨论、同桌流程口述梳理参与积极性较高，但课堂存在四类顽固认知误区，学生高压输电电流变化逻辑、多级变压器功能、损耗影响因素、减耗方案优劣对比的理解存在明显薄弱点：第一，大量学生认为升高输电电压会同步增大线路损耗，无法结合总功率不变推导电压升高电流减小的联动关系；第二，混淆升压、降压变压器的安装位置，误以为升压变压器布置在城市用户端；第三，忽略电流平方对损耗的放大作用，单纯认为加粗导线就能彻底解决损耗问题；第四，不清楚民用供电需要两级降压，误以为一级降压就能适配 220V 家用电压；同时部分学生自主联立功率、焦耳定律多公式综合推导高压减耗原理的数理推理能力偏弱，无法自主完成完整逻辑推导。 2. 修改措施 第一，课前印发预习填空单，标注四大核心易错点：输送功率不变，升压则电流减小、升压变压器设在电厂、电流对损耗影响更大、供电系统需要两级降压； 第二，课堂增加四轮抢答互动练习：线路损耗影响因素、高压输电电流变化、各级变压器功能、减耗方案优劣辨析，快速纠正基础认知误区； 第三，延长四人小组两种减耗方案对比、多公式联立推导讨论时长，帮扶数理推理薄弱学生分步梳理升压减耗完整逻辑； 第四，课后配套分层作业，基础层抄写线路损耗规律、完整输电流程；提升题完成高低压输电损耗对比定量计算题；拓展作业查阅我国特高压输电工程科普资料； 第五，本章习题课课前两分钟快速复盘高压输电原理、完整电网输电流程两大核心知识点，整合全章交变电流知识。 学科网（北京）股份有限公司 $