模拟高压输电原理.doc

由“模拟高压输电原理”实验的探究 让学生体验科学探究的过程高明学 陶燕 襄阳市襄州区三中 邮政编码：441123摘要：“电能的输送”一节，引导学生探究出一个“模拟高压输电原理”的实验，让学生体验科学探究的过程，了解科学探究的方法。一、 引导学生从理论上探究高压输电的原理，画出远距离高压输电示意图。二、 引导学生探究“模拟远距离高压输电原理”的实验，学会用仪器测量各实验数据。关键词：体验 探究 过程新版物理教材（选修3-2）第五章“电能的输送”一节，让学生从理论上弄懂高压输电原理并不难，但是，在理论上探究的基础上，教师引导学生结合上节学过的变压器的知识，利用实验室现有的仪器、器材，探究出一个“模拟高压输电原理”的实验，不仅使学生对高压输电原理的理解起到了事半功倍的效果，而且培养了学生理论联系实际的能力，更重要的是体验了科学探究的过程，了解了科学探究的方法。一、引导学生从理论上探究高压输电的原理。在“电能的输送“一节，笔者首先引导学生分析探究降低输电损耗的两个途径，使学生认识到远距输电时，为了降低输电线的功率损失，就要减小输电电流；同时又要保证向用户提供一定的电功率，根据P=UI,就要提高输电电压。接着引导学生分析探究远距离高压输电的图景。1、远距离高压输电时，在发电站电压发生了什么变化？怎样实验这个变化？（学生：电压升高，用变压器升压，用升压变压器）2、在用户处电压发生了什么变化？怎样实现这个变化？（学生：电压降低，用降压变压器降压）3、在输电线电阻引起损耗的情况下，画出远距离高压输电的示意图。（图一）学生画出如图一所示的高压输电原理示意图，笔者肯定了其从理论上阐明了远距离高压输电原理的正确性。二、 引导学生探究“模拟远距离高压输电原理”的实验。普通高中物理课程标准指出：“在高中阶段，教师有必要对一些探究的问题创设一些情景，让学生在观察和体验后有所发现，有所联想，萌发出科学问题；或者创设一些任务，让学生在完成任务中运用科学思维，自己提炼处探究的科学问题。（一）根据普通高中物理课程标准，笔者在这里有意识地通过高压输电原理示意图的呈现，给学生创设了一个分析探究“模拟远距离高压输电原理”实验的任务。1、根据高压输电的示意图，利用实验室现有的仪器、器材，能否搞出一个“模拟远距离高压输电原理”的实验？2、如果能，需要哪些仪器、器材？怎样选择仪器、器材？3、升压变压器的输入电压U1、降压变压器的输出电压U4以多大为宜？4、升、降压变压器如何连接？学生分析讨论，师生交流后得出：1、交流电源选学生电源，升、降压变压器选上一节用过的J2425型变压器原理说明器，用户电器选3.8V灯泡，但输电线路电阻的选择遇到了麻烦，因为学生不知道实验室里有5、10的电阻圈和定值电阻，最后选10定值电阻两个。2、用户用电器选3.8V灯泡，则降压变压器的输出电压取U4=4V 。由于线路的电压损失和功率损失，升压变压器的输入电压应略大于U4，取U4=6V。3、升压变压器的初级连接0-100匝两接线柱，次级连接0-1600匝两接线柱。降压变压器恰好相反。（二）有比较才有鉴别。如果再模拟一个输入电压相同的低压输电线路作以比较，实验的效果会更加明显。1、如果再模拟一个输入电压相同的低压输电线路，需要哪些仪器、器材？怎样选择仪器、器材？2、画出高、低压输电的整体实验电路图。学生分析讨论，师生交流后得出：1、学生电源的交流输出最大电流为3A，所以两个输电线路用同一个学生电源。输电线路电阻选10定值电阻两个，用户用电器选3.8V灯泡。2、高、低压输电实验电路图如图二所示：（图二）笔者从教室外面拿出准备好的仪器，指导学生按实验电路图连接好线路，闭合学生电源的开关，接在高压输电线路上的灯泡很亮，而接在低压输电线路上的灯泡仅仅发红，说明采用高压输电可以大大地减小输电电流，从而有效地减小输电线路因电阻引起的电压损失和功率损失。（三）高、低压输电线路的电压损失U=Ir，功率损失P=I2r，从现象上观察只是定性的，如果对实验数据定量地进行测量，高压输电的原理学生将会理解的更加深刻。1、用什么仪表测量出两种不同的输电线路的输电电流、输电线上的电压损失和功率损失？到达用户的电压与输入电压的差异？2、要测量哪些量？设计一个实验数据记录表格。学生讨论，教师指导后得出：1、用万用电表和交流毫安表。2、实验数据及记录。参数输出方式输送电压U1/V输电电流I/mA受电端电压U2/V线路电压损失U/V线路功率损失P/WU灯低压输电6.22301.84.41.061.8高压输电82.53082.00.50.024.0学生在教师的指导下，将交流毫安表串联在输电线路中测量输电电流I，用万用电表交流电压档分别测量U1、U2和U灯，计算出线路电压损失U和功率损失P，分别填入表内。至此学生已经掌握了高压输电原理，学习下面的“输电过程示意图”和电网供电就水到渠成了。笔者引导学生探究“模拟远距离高压输电原理”的实验，最重要的目的是让学生体验科学探究的过程，了解科学研究的方法，感受老一辈科学家科学探究的艰辛，获得一定的成就感。不妥之处