2019-2020年高中物理3.5《高压输电》学案新人教版选修1-1

1、2019-2020 年高中物理 3.5高压输电学案 新人教版选修 1-1学习目标1了解为什么要用高压输电.2知道减少远距离输送电能损失的主要途径.3了解电网供电的优点，了解输电的新技术.自主学习【问题1】葛洲坝电站通过发电机把水的机械能转化为电能，发电功率可达271.5万千瓦，从葛洲坝电站发出的电输送到武汉、上海等地，在如此远距离输电过程中，主要需要考虑哪些 方面的问题？【问题2】认识远距离输电的必要性远距离输电中，通常是通过架设很高的、很粗的高压电线把电能输送到目的地的，远距 离输电为什么要用高电压？【问题3】认识电能（功率）损失的原因及减少电能损失的途径1电能（功率）损失的主要原因： _

2、;2减少电能损失的两种途径： _ 【问题4】远距离输电过程中，除电能（功率）损失以外，输电线上还可能有哪些损失（如电 压、电流等）？用问题3中的减少电能（功率）损失的有效方法能有效减少这些损失吗？【问题5】远距离输电的方式.远距离输电中的两种模式:现代直流输电示意图：高压输电输往用户F- -3远距离输电常用的几种高压有： _4在实际的远距离输电过程中，输电电压是不是越高越好？试说说你的理由.合作探究【问题1】远距离输电中电能的损失通过计算探讨：远距离输电过程中电能损失问题的严重性.河南平顶山至湖北武昌的高 压输电线电阻约400Q,如果通过输电线的电流是1A,每秒钟导线发热多少？【问题2】由焦耳

3、定律Q=|2Rt探讨减少导线发热方法？(1)由焦耳定律Q=I2Rt可知减少导线发热的三种方法：一是减小 _ ，二是减小_，三是减小_.(2)在远距离电能输送过程中，输电导线上损失的电能()A.与输送导线上的电流成正比B.与输送导线上电流的平方成正比C.与输电导线的电阻成正比D.与输电导线的电阻成反比【问题3】探究远距离输电中，减少电能损耗方法的可行性(1)通过计算体会减小电阻来减少电能损耗的可行性：把200kW的电能输送到100km以外，若其他条件均不变，仅将输电线的电阻减小为原来的1/10,则损耗的功率是原来的多少？(2)通过计算体会提高输电电压来减少电能损耗的可行性：把200kW的电能输送

4、到100 km以外，若其他条件均不变，仅将输电电压升高为原来的10倍，则损耗的功率是原来的多少？【问题4】高压输电中的电压损失与功率损失的探讨(1)发电机的输出电压为U,输出总功率为P,通过总电阻为R的输电线向用户供电，则输电线上电流强度为_,输电线上的电压降落为_ ，输电线上损失的电功率为 _.(2)一台发电机，输出的功率为1000kW所用输电导线的电阻是10Q，当发电机的输电电压为50kV时，求：导线上的电流、输电线上损失的电压与电功率？【问题5】高压输电中有效功率的探讨(1)发电机的输出电压为U,输出总功率为P,通过总电阻为R的输电线向用户供电，用户得到的电压为 _ ，用户得到的功率为

5、_ .(2) 发电厂的输出功率为200kW输电线的电阻为0.13Q.那么输电电压为250V或2500V,这两种情况下，用户得到的电压和功率各为多少？【问题6】电网供电及作用(1)电网输电的定义：将多个电厂发的电通过 _、_ 连接起来，形成全国性或地区性输电网络，这就是电网.(2)电网供电的作用1可以在一些能源产地使用 _，减少发电设施的重复建设，降低运输一次能源的成本，获得最大的经济利益；2可以保证 _ ，调整不同地区电力供需平衡，保障供电的质量；3使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理的调度电力，使电力供应更加可 靠、质量更高.课堂检测A1远距离输电要采用()A.低压输电B高压输电C

6、.强电流输电D.弱电流输电2我国的“西电东送”采用高压输电，正在研究用比330kV高得多的电压输电，采用高压输电的优点是()A.可以节省输电线的材料B可以根据需要调节交流电的频率C.可以减少输电线的能量损失D可加快输电的速度3关于减少远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是()A.由功率P=J/R,应降低输电电压，或增大导线电阻B.由P=IU，应降低输电电压，或减小电流输电C.由P=|2R,应减小导线电阻，或减小输电电流D.上述说法均不对4利用超导材料可实现无损耗输电，现有一直流电路，输电总电阻为0.4Q,它提供给用电器的电功率为40kW电压为800V,若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输

7、电线，保 持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为 _ .5中央电视台焦点访谈多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化，近来进行农村电网改造，为了减少远距离输电的损耗而降低电费 价格，可采取的措施有()A.提高输送功率B.增大输送电流C.提高输电电压D.减小输电导线电阻6.在xx年初，南方地区的输电线路受到极大的破坏.在国家电网的统一调配下，在有限的电能供应情况下，优先居民用电，在这些现象中()A.依据能量守恒定律，在远距离的电能无法输入的情况下，本地的电厂发电总量有限， 导致供电紧张B.电能相对其它能量形式，其运输更加快捷和节约C.在破坏的输电线路中

8、，绝大多数是高压架空线，采用高压架空线的原因是为了保证安 全D.输电线路本身不损耗能量7.一台发电机的功率是44kW用电阻为0.2Q的导线输送到用户，求：(1)若用220V的电压输电，输电线上损失的功率是多少？用户得到的电压与功率分别为 多少？(2)若用2.2kV的电压输电，输电线上损失的功率又是多少？用户得到的电压与功率又 分别为多少？学有所得【自主学习】问题1输电导线上损失的电能问题2输送功率一定时，提高输送电压，可以减小导线中的电流，减小损失的功率 问题3电流的热效应一是减小输电线的电阻二是减小输送的电流问题4输电线上还有电压损失，减少功率损失的方法同样可以减小电压的损失 问题5不是.常

9、用的远距离输电有110kV、220kV、330kV、550kV.【合作探究】问题1由Q=|2Rt可得每秒钟导线发热：C=12X400X仁400J.问题2(1)输电时间 输电线电阻输电电流(2)BC问题3(1)1/10(2)1/100问题4(1)P/UPRU PRU2(2)20A 200V 4000W问题5(1)U- PRUP-hRU2(2)146 V 116.8kW 2489.6V199.2 kW问题5直流输电交流输电发电厂 交流变直流直流变交流110kV 220kV330kV 550kV不是输电电压过高，会增加绝缘的困难，会增加电能的损失【课堂检测】1.BD 2.AC 3.C 4.1kW 5

10、.CD 6.AB 7. (1)8 kW 180V 36 kW(2)80W 2196V43.92 kW2019-2020 年高中物理 3.5 共点力的平衡条件 2 教案粤教版必修 1【本讲教育信息】一.教学内容：共点力平衡的几种解法二.知识要点：(一) 共点力的平衡：1.共点力：作用在物体的同一点，或作用线相交于一点的几个力。2.平衡状态：物体保持匀速直线运动或静止叫平衡状态。3.共点力作用下物体的平衡条件为：或(二) 共点力平衡的几种解法1.力的合成、分解法：对于三力平衡，一般根据任意两个力的合力与第三个力等大反向” 的关系，借助三角函数、相似三角形等手段求解；或将某一个力分解到另外两个力的反

11、方向上，得到的这两个分力势必与另外两个力等大、反向；对于多个力的平衡，利用先分解再合 成的正交分解法。2.矢量三角形法：物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时，这三个力的矢量箭头 首尾相接，构成一个矢量三角形；反之，若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，则这 三个力的合力必为零，利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可 求得未知力。矢量三角形作图分析法，优点是直观、简便，但它仅适于处理三力平衡问题。3.相似三角形法：相似三角形法，通常寻找的是一个矢量三角形与三个结构(几何)三角 形相似，这一方法也仅能处理三力平衡问题。4.正弦定理法：三力平衡时，三个力可构成一封闭三角

12、形，若由题设条件寻找到角度关系，则可用正弦定理列式求解。5.三力汇交原理：如果一个物体受到三个不平行外力的作用而平衡，这三个力的作用线必 在同一平面上，而且必为共点力。6.正交分解法：将各力分别分解到x轴上和y轴上，运用两坐标轴上的合力等于零的条 件，多用干三个以上共点力作用下的物体的平衡，值得注意的是，对“x、y方向选择时，尽可能使落在x、y轴上的力多；被分解的力尽可能是已知力。不宜分解待求力。7.动态作图： 如果一个物体受到三个不平行外力的作用而处于平衡， 其中一个力为恒力， 第二个力的方向一定，讨论第二个力的大小和第三个力的大小和方向。三.重难点分析：1.怎样根据物体平衡条件，确定共点力

13、问题中未知力的方向？ 在大量的三力体（杆）物体的平衡问题中，最常见的是已知两个力，求第三个未知力。 解决这类问题时， 首先作两个已知力的示意图， 让这两个力的作用线或它的反向延长线相交， 则该物体所受的第三个力（即未知力）的作用线必定通过上述两个已知力的作用线的交点， 然后根据几何关系确定该力的方向（夹角） ，最后可采用力的合成、力的分解、拉密定理、 正交分解等数学方法求解。2.一个物体受到n个共点力作用处于平衡， 其中任意一个力与其余 （n-1）个力的合力有 什么关系？根据二力平衡条件，一个物体受n个力平衡可看作是任意一个力和其余（n-1）个力的 合力应满足平衡条件，即任意一个力和其余（n-

14、1）个力的合力满足大小相等、方向相反、 作用在同一直线上。3.怎样分析物体的平衡问题 物体的平衡问题是力的基本概念及平行四边形定则的直接应用， 也是进一步学习力和运 动关系的基础。（1）明确分析思路和解题步骤 解决物理问题必须有明确的分析思路 而分析思路应从物理问题所遵循的物理规律本身 去探求。物体的平衡遵循的物理规律是共点力作用下物体的平衡条件： ，要用该规律去分析 平衡问题，首先应明确物体所受该力在何处“共点” ，即明确研究对象在分析出各个力的 大小和方向后， 还要正确选定研究方法， 即合成法或分解法， 利用平行四边形定则建立各力 之间的联系，借助平衡条件和数学方法， 确定结果由上述分析思

15、路知，解决平衡问题的基 本解题步骤为：1明确研究对象。在平衡问题中，研究对象常有三种情况：单个物体， 若物体能看成质点， 则物体受到的各个力的作用点全都画到物体的几何 中心上；若物体不能看成质点，则各个力的作用点不能随便移动，应画在实际作用位置上。物体的组合，遇到这种问题时， 应采用隔离法，将物体逐个隔离出去单独分析，其 关键是找物体之间的联系，相互作用力是它们相互联系的纽带。几个物体的的结点，几根绳、绳和棒之间的结点常常是平衡问题的研究对象。2分析研究对象的受力情况 分析研究对象的受力情况需要做好两件事：确定物体受到哪些力的作用， 不能添力，也不能漏力。 常用的办法是首先确定重力， 其次找接

16、触面，一个接触面通常对应一对弹力和摩擦力， 找到接触面后， 判定这两个力是否 在；第三是加上其它作用力，如拉力、推力等。准确画出受力示意图。 力的示意图关键是力的方向的确定， 要培养养成准确画图的 习惯。在分析平衡问题时，很多同学常出错误，其重要原因就是画图不重视、不规范，将力 的方向搞错，导致全题做错。3选取研究方法合成法或分解法合成法或分解法实际上都是平行四边形定则， 采用这两种方法的实质是等效替代， 即通 过两个力的等效合成或某个力的两个等效分力建立已知力与被求力之间的联系， 为利用平衡 条件解问题做好铺垫。在解题中采用合成法还是分解法应视问题而定， 当受力较少时， 两种方法求解都很方便

17、。 由于高中阶段在对力进行合成或分解时只要求会用直角三角形讨论计算， 因此， 对物体受力 进行正交分解， 利用正交分解法求解的平衡问题较为常见 在建立正交坐标系时， 其基本原 则是使尽可能多的力在坐标轴上，这样分解的力个数少，求解时方便。4利用平衡条件建立方程 利用合成法分析问题时，其平衡方程为： 利用分解法特别是正交分解法分析平衡问题时，其平衡方程为： ，5数学方法求解 建立平衡方程后，利用数学方法即可得到结果。 在平衡问题中，常用的数学方法有：代 数法、三角函数法、 相似三角形法、 极值问题等， 通过对学生选择数学方法解题过程的考查， 可以鉴别其运用数学工具处理物理问题的能力。2.掌握题型

18、抓关键 明确分析思路和解题步骤后， 各种各样的平衡问题均可按此步骤分析求解。 但在实际解 题过程中仍感到困难重重。 原因何在？原因在于为增加试题难度， 在上述解题步骤的某个环 节上设置障碍，造成学生分析思维受阻。若能找到这些障碍点，即关键之处，并加以突破， 问题便迎刃而解了。（1）三力平衡问题 物体在三个力的作用下处于平衡状态， 要求我们分析三力之间的相互关系的问题叫三力 平衡问题， 这是物体受力平衡中最重要、 最典型也最基础的平衡问题。 这种类型的问题有以 下几种常见题型。1三个力中，有两个力互相垂直，第三个力角度（方向）已知。2三个力互相不垂直，但夹角（方向）已知考试说明中规定力的合成与分

19、解的计 算只限于两力之间能构成直角的情形。三个力互相不垂直时，无论是用合成法还是分解法， 三力组成的三角形都不是直角三角形，造成求解困难。 因而这种类型问题的解题障碍就在于 怎样确定研究方法上。 解决的办法是采用正交分解法， 将三个不同方向的力分解到两个互相 垂直的方向上，再利用平衡条件求解。3三个力互相不垂直，且夹角（方向）未知 三力方向未知时， 无论是用合成法还是分解法， 都找不到合力与分力之间的定量联 系，因而单从受力分析图去求解这类问题是很难找到答案的。 要求解这类问题，必须变 换数学分析的角度， 从我们熟悉的三角函数法变换到空间几何关系上去考虑， 因而这种 问题的障碍点是如何正确选取

20、数学分析的方法。解决这种类型的问题的对策是：首先利用合成法或分解法作出三力之间的平行四边形 关系和三角形关系，再根据力的三角形寻找与之相似的空间三角形，利用三角形的相似比 求解。4三力的动态平衡问题 即三个力中，有一个力为恒力， 另一个力方向不变，大小可变，第三个力大小方向均可 变，分析第三个力的方向变化引起的物体受力的动态变化问题。这种类型的问题不需要通过具体的运算来得出结论，因而障碍常出现在受力分析和画 受力分析图上。在分析这类问题时，要注意物体“变中有不变”的平衡特点，在变中寻找 不变量。即将两个发生变化的力进行合成，利用它们的合力为恒力的特点进行分析。在解 决这类问题时，正确画出物体在

21、不同状态时的受力图和平行四边形关系尤为重要。（2）多力平衡问题物体在四个或四个以上的力作用下的平衡问题叫多力平衡问题处理多力平衡问题的 思路有以下两种：1化多力为三力，利用三力问题的处理方法进行分析。利用熟悉的物理规律和结论去分析、解决新问题是物理学中最常用的一种物理思路，力的等效替代就是这种思路的具体应用之一，在多力问题中，如果将某些力先合成， 考虑其合力与剩余力之间的关系，即可将多力问题转化为三力问题，用我们前面讨论的方法加以分析和研究。2利用正交分解法分析求解，当受力较多时，利用合成法需要几次合成才能得出结论， 分析起来较繁琐。最常见的多力平衡问题就是直接建立正交坐标系，在分析物体受力后

22、，利用正交分析法求解。【典型例题分析】（一）运用三角形三边关系解答物理题几何知识：二边之和大于第三边，二边之差小于第三边。例1一个物体受到三个共点力的作用，若这三个力的大小是如下各组，则可使物体平衡 的是哪几组（）A. F1=4N, F2=7N, F3=8NB. FI=8N, F2=8N,FB=1NC. F1=4N, F2=6N, F3=1ND. FI=3N,F2=5N, F3=2N分析与解：物体平衡条件为合力为零。该题中任意二力的合力大小应与第三个力相等。 满足这种要求有两种情况：（1）若三力在同一直线上，则二力大小之和等于第三力大小；二力之差等于第三力大 小，故D正确。（2）若三力不在同一

23、直线上，两力的合力与这两个力可构成封闭的三角形。即二力大小之和大于第三力大小，二力大小之差小于第三力大小，故A、B正确。（二）运用三角形角边关系解答物理题几何知识：三角形中大角对大边，小角对小边。例2如图1所示，OA OB 0（是抗拉程度相同的绳子，如果物体的重力超过某一值时,则绳子（）A. A段先断B. 0B段先断C. 0C段先断D.一起断分析与解：对0点进行受力分析，两条绳子拉力的合力大小等于物体C的重力大小，如 图2所示。显然，在三角形0C中,/ODC=90是这三个角中的最大角，所对应的边0C应是最大，所以TATB,0A段先断。故A正确。（三）运用相似三角形性质解答物理题。 几何知识：相

24、似三角形对应边成比例。例3两根长度相等的轻绳下端悬挂一质量为m物体，上端分别固定在天花板M N两点，MN之间距离为S,如图所示。已知两绳所能承受的最大拉力均为T,则每根绳长度不得短于分析与解：绳子越短，两条绳夹角越大，绳子张力越大。对图3作辅助线OE!MN对D点受力分析如图所示， DB3AONE有，其中，（四）运用点与直线关系解答物理题 几何知识：点到直线的各条线段中，垂距最短。例4如图所示，绳子OA与竖直墙构成的角度B不变，求物体静止时，拉力F的最小值?分析与解：绳子OA长力，拉力F与物体重力mg的合力为零。对O点受力分析如图所示。 由于OA的方向不变，重力mg拉力F的合力的大小与OA的张力

25、大小相等，方向相反。根据 力的合成知识，三力组成的三角形有无数个，如三角形EOD其中OE矢量表示重力，DO表示张力，ED表示拉力。但EC丄AB是E点到直线AB最短的一条，即拉力F最小为F=mgsinB。【模拟试题】1.如下图所示，物体m静止在粗糙斜面上，现用从零开始逐渐增大的水平推力F作用在物体上，且使物体仍保持静止状态，则（）A.物体对斜面的压力一定增大B.斜面所受物体的静摩擦力方向可能沿斜面向上则ON二DB NETSCBT2-(mg)2C.斜面对物体的静摩擦力有可能减少D.物体所受的合外力不可能为零2.如下图所示，人在岸上通过滑轮用绳牵引小船，若水的阻力恒定不变，则在船匀速靠3.将某种材料

26、的长方体锯成A、B两块，放在水平桌面上，并紧靠在一起，物体A的角度如图所示，现用水平方向的力F推物体，使A、B保持矩形整体沿力F方向匀速运动，贝（）A.物A在水平方向受两个力作用，合力为零B.作用于A的摩擦力不止一个C.物B对物A的压力小于桌面对A的摩擦力大小D.物B在水平方向受三个力的作用4如图所示的光滑斜面上，质量为m的物块在拉力F作用下处于静止状态，F的方向与 斜面夹角为a,则以下说法正确的是（）A. F的方向与斜面的夹角a的取值范围为-n/2an/2-0（取逆时针为正）B.a=0时，F值最小C. F方向水平时，F=mg tan0D. F的最小值为mg sin05.如图所示，光滑斜面上安装一光滑挡板AO挡板可绕0处铰链无摩擦转动，在挡板与岸的过程中下述说法正确的是A.绳的拉力不断增大C.船受到浮力保持不变）B.绳的拉力保持不变D.船受到浮力不断减小D.逐渐增大 先增大后减小斜面间放一匀质球，现使挡板从图示位置缓慢转至竖直位置，则此过程中球对挡板的压力N1的变化情况可能是（）A.逐渐减小B.C.先减小后增大6.一盏电灯用绳子0A和0B悬挂在天花板和墙壁之间，如图，现改变绳子0B的长度，使B点沿墙壁上移，并保