3.4 电能的输送 教学设计 -高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

3.4电能的输送教学设计-高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容教材章节：人教版（2019）选择性必修第二册第三章第4节

内容：电能的输送，包括输电线路的电阻、电压损失、功率损失的计算；输电线路的优化设计；高压输电的原理和意义。核心素养目标1.培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，理解电能输送中的能量损失和效率问题。

2.培养学生科学思维，通过分析输电线路的电阻、电压损失等，形成系统化、模型化的思维方式。

3.强化学生创新意识，探讨高压输电的原理和优化设计，激发学生提出改进方案和创新点。教学难点与重点1.教学重点

-确定输电线路的电压损失：重点在于理解并应用欧姆定律和功率公式来计算输电线路的电压损失，强调电压损失与线路电阻、电流和输电距离的关系。

-分析输电线路的功率损失：强调功率损失的计算方法，包括线路电阻造成的功率损失和电压损失对功率的影响，使学生能够区分和计算这两种类型的功率损失。

2.教学难点

-高压输电的原理：难点在于理解高压输电为何能减少能量损失，需要学生理解电压和电流的关系，以及如何通过提高电压来降低输电电流，从而减少功率损失。

-输电线路的优化设计：难点在于如何从实际应用出发，考虑线路的电阻、电压损失和功率损失，设计合理的输电线路，这需要学生综合运用所学知识，进行工程问题的分析和解决。

-能量损失的计算与效率分析：难点在于如何将理论知识与实际应用相结合，通过计算和分析输电线路的能量损失，评估和提高输电效率。教学资源-软硬件资源：示波器、电流表、电压表、电阻箱、导线、电源、计算机

-课程平台：学校物理实验室管理系统、在线教学平台

-信息化资源：输电线路能量损失计算软件、高压输电动画演示视频

-教学手段：多媒体课件、实物模型、实验演示、小组讨论教学流程1.导入新课（用时5分钟）

-提问：同学们，日常生活中我们使用的电器都是如何获得电能的呢？

-展示图片：高压电线塔和变电站，引导学生思考电能是如何从发电厂传输到我们家的。

-提出问题：在电能传输过程中，会产生哪些能量损失？如何减少这些损失？

-引入课题：3.4电能的输送

2.新课讲授（用时20分钟）

-讲解输电线路的电压损失：

-介绍输电线路的电阻、电流和电压的关系，通过公式和实例讲解电压损失的计算方法。

-分析电压损失对电能传输效率的影响，举例说明如何根据电压损失调整输电线路的设计。

-讲解输电线路的功率损失：

-讲解功率损失的计算公式，强调功率损失与电流平方成正比的关系。

-通过实例分析功率损失对输电效率的影响，展示高压输电如何减少功率损失。

-讲解高压输电的原理：

-解释高压输电的原理，说明提高电压可以降低输电电流，从而减少功率损失。

-展示高压输电线路的图片和实际应用案例，帮助学生理解高压输电的重要性。

3.实践活动（用时15分钟）

-实验演示：通过实验演示输电线路的电压损失和功率损失，让学生观察并记录数据。

-小组讨论：分组讨论如何根据实验数据设计输电线路，降低能量损失。

-案例分析：分析实际输电线路案例，讨论如何优化设计以减少能量损失。

4.学生小组讨论（用时10分钟）

-问题1：如何根据实验数据计算输电线路的电压损失和功率损失？

-学生回答：通过欧姆定律和功率公式计算，举例说明计算过程。

-问题2：高压输电为什么能减少功率损失？

-学生回答：高压输电通过降低电流来减少功率损失，举例说明高压输电的优势。

-问题3：在实际输电线路设计中，如何优化线路以减少能量损失？

-学生回答：通过增加线路截面积、使用超导材料等方法，举例说明优化设计的思路。

5.总结回顾（用时5分钟）

-回顾本节课的重点内容：输电线路的电压损失、功率损失、高压输电的原理。

-强调本节课的难点：高压输电的原理和输电线路的优化设计。

-提问：同学们，通过本节课的学习，你们对电能的输送有了哪些新的认识？

-学生分享学习心得，教师总结并强调电能传输的重要性。教学资源拓展1.拓展资源

-输电线路的物理原理：介绍输电线路中电磁感应现象，讨论法拉第电磁感应定律在输电线路中的应用。

-输电塔的设计与材料：探讨输电塔的结构设计原理，分析不同材料对输电塔强度和耐久性的影响。

-超高压输电技术：介绍超高压输电技术的发展历程、技术特点和应用前景。

-输电线路的故障诊断与维护：讨论输电线路的常见故障类型、诊断方法和维护策略。

-能源互联网与智能电网：介绍能源互联网的概念、组成和智能电网的特点，探讨其对未来能源传输的影响。

2.拓展建议

-阅读相关书籍：推荐学生阅读《高压输电技术》、《电力系统分析》等书籍，加深对输电线路专业知识的理解。

-观看科普视频：推荐观看《电力系统中的电磁感应》、《高压输电塔的结构设计》等科普视频，直观了解输电线路的技术原理。

-参与实验研究：鼓励学生参与学校的物理实验课程，通过实际操作了解输电线路的能量损失和电压损失。

-参加学术讲座：组织学生参加关于输电技术的学术讲座，邀请专业人士分享最新研究成果和行业动态。

-参观电力设施：组织学生参观变电站、输电线路等电力设施，实地了解电能传输的过程和设备。

-进行小组项目：引导学生分组进行输电线路优化设计的小组项目，通过实际操作提升解决工程问题的能力。

-制作模型展示：鼓励学生利用废旧材料制作输电线路模型，展示输电塔、输电线路和变电站的结构和工作原理。

-探索新能源：引导学生探索新能源在电能传输中的应用，如太阳能、风能等，讨论其对未来能源传输的影响。内容逻辑关系①输电线路的电压损失

-知识点：电压损失的计算公式（U=IR）

-重点词句：电压损失与电流和电阻的关系，欧姆定律的应用

②输电线路的功率损失

-知识点：功率损失的计算公式（P=I²R）

-重点词句：功率损失与电流平方和电阻的关系，功率损失与电流的关系

③高压输电的原理

-知识点：高压输电降低电流减少功率损失

-重点词句：电压与电流的关系，高压输电的优势，减少功率损失的效果课后作业1.题型：计算题

-题目：某高压输电线路的电阻为10Ω，若输送功率为100MW，输电电压为100kV，求输电电流和输电线路上的功率损失。

-答案：输电电流I=P/(U*sqrt(3))=100*10^6/(100*10^3*sqrt(3))≈577A

功率损失P_loss=I²*R=(577A)²*10Ω≈33.1MW

2.题型：应用题

-题目：若要将100MW的功率从发电站输送到100km外的变电站，已知输电线路的电阻为0.5Ω，问应采用多少千伏的高压输电？

-答案：首先计算输电线路上的功率损失P_loss=2*P/(3*L*R)=2*100*10^6/(3*100*10^3*0.5)≈2.78MW

然后根据功率损失计算电流I=sqrt(3*P_loss/R)=sqrt(3*2.78*10^6/0.5)≈1.26kA

最后根据功率和电流计算输电电压U=P/(I*sqrt(3))=100*10^6/(1.26*10^3*sqrt(3))≈325kV

3.题型：分析题

-题目：高压输电与低压输电相比，有哪些优点？

-答案：高压输电的优点包括：降低输电线路的功率损失、减少输电线路的尺寸和重量、提高输电效率、降低输电成本。

4.题型：讨论题

-题目：在输电线路的设计中，有哪些因素需要考虑？

-答案：在设计输电线路时，需要考虑以下因素：线路的电阻、电压损失、功率损失、线路的强度和耐久性、输电线路的维护和故障诊断等。

5.题型：应用题

-题目：某城市的居民用电负荷为10MW，已知输电线路的电阻为5Ω，求该城市所需的输电电压。

-答案：首先计算输电线路上的功率损失P_loss=2*P/(3*L*R)=2*10*10^6/(3*100*1