鲁科版选修32 电能的远距离传输 第1课时 教案.docx

第三节 电能的远距离传输三维教学目标1、知识与技能（1）知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程；（2）知道降低输电损耗的两个途径；（3）了解电网供电的优点和意义。2、过程与方法:通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力。3、情感、态度与价值观（1）培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度；（2）介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。教学重点：找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。教学难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压u和损失电压u。教学方法：自学讨论法、阅读法、讲解法。教学手段：多媒体课件（一）引入新课人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化学能、核能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，思考问题。（二）进行新课1、降低输电损耗的两个途径（1）输送电能的基本要求是什么？ 输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。（2）远距离大功率输电面临的困难是什么？ 在输电线上有功率损失。（3）输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？ 由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了。这是输电线上功率损失的主要原因。 设输电电流为i，输电线的电阻为r，则功率损失为p=i2r。 根据功率损失的表达式p=i2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。（4）如何减小输电线的电阻呢？ 根据电阻定律可知r=，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法： 减小材料的电阻率。银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。 减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离。 增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。（5）如何减小输电线中的电流呢？阅读并回答教材49页“思考与讨论”中的问题。在输电功率一定的条件下，根据p=ui可知，要减小输电线中的电流i，必须提高输电电压u，这就是采用高压输电的道理。（6）以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？举例说明。采用高压输电。在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的。在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的。（7）大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压。投影片展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。如下图所示。 设发电机的输出功率为p，则功率损失为 p=i22r，用户得到的功率为p用=p-p，输电线路上的电压损失为：u=i2r，则u3=u2-u。（8）目前，我国常用的远距离输电采用的电压有哪几种？ 有110 kv、220 kv、330 kv，输电干线采用500 kv的超高压，西北电网正在建设750kv的线路。（9）是不是输电电压越高越好？为什么？ 不是。电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。2、电网供电（1）采用电网供电的优点是什么？可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。例 某交流发电机输出功率为510。5 w，输出电压为u=1。010。3 v，假如输电线的总电阻r=10 ，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压u=380 v。（1）画出输电线路的示意图（下图）。（标明各部分的符号）（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）3、课堂总结、点评通过本节学习，主要学习以下问题：1、降低输电损耗的两个途径：减小线路电阻和减小输电电流。减小输电电流是最有效的途径。远距离输电线路上，p损=i2r=，其中（i=）。采用高压输电可以达到减小输电电流的目的。2、电网供电的优点。4、实例探究高压输电的优点例1、远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kv线路。采用高压输电的优点是 （ ）a.可节省输电线的铜材料 b.可根据需要调节交流电的频率c.可减少输电线上的能量损耗 d.可加快输电的速度远距离输电的过程例2、某小型水电站发电机输出的电功率为100 kw，输出电压 250 v，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8 ，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220 v电压。求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？（理想变压器）5、巩固练习1、在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是 （ ）a.使输电线粗一些b.减短输电线长度c.减少通电时间 d.采用高压输电2、远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是 （ ）a.输电线上的电流变为原来的n倍b.输电线上的电压损失变为原来的1/n2c.输电线上的电功率损失变为原来的1/nd.若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍3、下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是 （ ）a.因为热功率p=，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗b.因为热功率p=iu，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗c.因为热功率p=i2r，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗d.以上说法均不正确4、发电厂发电机的输出电压为u1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为r，通过导线的电流为i，学校得到的电压为u2，则输电导线上损耗的功率可表示为 （ ）a.b. c.i2r d.i（u1-u2）第五章 传感器及其应用第一节 揭开传感器的“面纱”三维教学目标1知识与技能了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；2过程与方法通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。3情感、态度与价值观体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与sts的联系。通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。一、引入新课教师：今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。二、新课教学1什么是传感器演示实验1：如图1所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。教师提问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？学生猜测：盒子里有弹性铁质开关。师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图（图2），了解元件“干簧管”的结构。探明原因：当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，干簧管起到了开关的作用。教师点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。演示实验2：教师出示一只音乐茶杯，茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。教师提问： 音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？学生猜测：在茶杯底部，所受压力发生改变。实验探究：提起茶杯，用手压杯的底部，音乐并没有停止。学生猜测：是由于光照强度的改变。实验探究：用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐茶杯受光照强度的控制。师生总结：现代技术中，我们可以利用一些元件设计电路，它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。教师提问：实验1中的干簧管是怎样的传感器，实验2音乐茶杯中所用的元件又是怎样的传感器？学生回答：干簧管是一个能感受磁场的传感器，音乐茶杯中所用的元件是能感受光照强度的传感器。教师介绍：数字化信息系统实验室（digital information system laboratory，简称：dislab）就是由“传感器+数据采集器+实验软件包+计算机”构成的新型实验系统。该系统成功克服了传统物理实验仪器的诸多弊端，有力地支持了信息技术与物理教学的全面整合，在实验上收到了许多意想不到的成功。投影展示：图3 dislab系统构成演示实验3：通过朗威dislab数据采集器、位移传感器来观察简谐振动图象。图4 弹簧振子实验装置图 图5 弹簧振子振动图线第二节 常见传感器的工作原理三维教学目标1、知识与技能（1）知道什么是传感器；（2）了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理；（3）会使用霍尔电压公式。2、过程与方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理。3、情感态度与价值观：通过已有知识在传感器中的应用激发科学探究的兴趣。教学重点：认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。教学难点：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。教学方法：实验法、观察法、归纳法。教学手段：磁铁、干簧管、各种常见传感器、光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件、多用电表、热水、冷水、台灯、投影仪等。教学过程：（一）引入新课引导学生看教材中“勇气号”火星探测器的彩色照片；列举生活中的一些自动控制实例，如遥控器控制电视开关、日光控制路灯的开关、声音强弱控制走廊照明灯开关等，激发学生学习兴趣，引出课题。列举自己知道的自动控制的其他实例。如当走近自动门时，门会自动打开；电梯关门，当两门靠拢到接触人体时，门又会重新自动打开等等。（二）进行新课1、什么是传感器演示实验： 揭示实验“奥秘”：盒子里用到了一种称为“干簧管”的元件。介绍干簧管的构造和工作原理，干簧管是一种能够感知磁场的传感器。引导学生阅读教材2、3段，思考问题1：（1）什么是传感器？（2）传感器的作用是什么？答：传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。出示几种常见的传感器，增加学生的感性认识。 为了制作传感器，常常需要一些元器件，下面看几个实例：2、光敏电阻介绍光敏电阻的外形和构造。如图6.1-4现象：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。普通电阻则不会发生变化。阅读教材中的内容，思考问题：（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？答：（1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。（2）光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。3、热敏电阻和金属热电阻阅读教材有关内容，思考问题3：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？答：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系不相同。金属导体的导电性能随温度升高而降低；半导体材料的导电性能随温度升高而变好。（2）热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度交差。（3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个电学量。现象：热敏电阻随着温度的升高电阻发生明显变化。温度越高，电阻值越小。 看教材54页“说一说”栏目中的内容。 给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两板间电势差的变化，即可判断电容的变化。电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。4、霍尔元件引导学生阅读教材关于霍尔元件的内容。推导霍尔电压的公式。设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为 载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，载流子受到的电场力为 当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即由式得式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。令，则上式可写为 一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持i不变，则uh的变化就与b成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。5、课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1、制作传感器需要的敏感元件光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻、霍尔元件等。2、光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。3、热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小。有的热敏电阻阻值会随温度的升高而增大。热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。4、霍尔元件的霍尔电压公式为，霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。5、电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。6、实例探究光敏电阻及其应用例1、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中r1为光敏电阻，r2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（ ）a.当有光照射 r1时，信号处理系统获得高电压 b.当有光照射r1时，信号处理系统获得低电压c.信号处理系统每获得一次低电压就记数一次 d.信号处理系统每获得一次高电压就记数一次热敏电阻及其应用例2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的a、b两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（ ）a.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻b.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻c.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻d.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻霍尔元件及其应用例3、如图所示，有电流i流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为b的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）第三节 大显身手的传感器三维教学目标1、知识与技能（1）了解两个实验的基本原理；（2）通过实验，加深对传感器作用的体会，培养自己的动手能力。2、过程与方法:通过实验培养动手能力，体会传感器在实际中的应用。3、情感态度与价值观:在实验中通过动手组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学习兴趣，培养良好的科学态度。教学重点：了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。温度报警器的电路工作原理。教学难点：光控电路和温度报警器电路的工作原理。教学方法：实验法、观察法、讨论法。教学手段：实验过程中用到的有关器材、元器件等，由实验室统一准备。（一）引入新课随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关、温度报警器、孵小鸡用的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等，都用到了传感器传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量，对电学量的放大，处理均是通过电子元件组成的电路来完成的。 这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器。（二）进行新课实验1、光控开关1、实验原理及知识准备（投影）如图所示光控电路，用发光二极管led模仿路灯，rg为光敏电阻，r1的最大电阻为51 k，r2为 330 k，试分析其工作原理。白天，光强度较大，光敏电阻rg电阻值较小，加在斯密特触发器a端的电压较低，则输出端y输出高电平，发光二极管led不导通；当天色暗到一定程度时，rg的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 a的电压上升到某个值（1.6v），输出端y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管led导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。（1）要想在天更暗时路灯才会亮，应该把r1的阻值调大些还是调小些？为什么？应该把r1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端a电压达到某个值（如1。6v，就需要rg的阻值达到更大，即天色更暗。（2）用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路。（投影）如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，d为动触点，e为静触点试分析电磁继电器的工作原理。当线圈 a中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁b向下运动，从而带动动触点d向下与e接触，将工作电路接通，当线圈a中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁b在弹簧作用下拉起，带动触点d与e分离，自动切断工作电路。试说明控制电路的工作原理。 天较亮时，光敏电阻rg阻值较小，斯密特触发器输入端a电势较低，则输出端y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻rg电阻增大，斯密特触发器输入端a电势升高，当升高到一定值，输出端y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈a，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，rg阻值减小，斯密特触发器输入端a电势逐渐降低，降到一定值，输出端 y突然由低电平跳到高电平，则线圈a不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯