2024-2025学年高中物理 第二章 交变电流 第07节 远距离输电1教案 粤教版选修3-2

2024-2025学年高中物理第二章交变电流第07节远距离输电1教案粤教版选修3-2主备人备课成员教学内容2024-2025学年高中物理第二章交变电流第07节远距离输电1教案粤教版选修3-2

1.理解远距离输电的基本概念，包括输电线路的电阻、电抗和输电功率。

2.掌握输电线路的电压降落和功率损耗的计算方法。

3.掌握提高远距离输电效率的措施，如升压变压器、高压输电和补偿装置。

4.学习电力系统的简化模型，了解输电线路的等效电路。

5.通过实例分析，探讨远距离输电在实际电力系统中的应用。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，通过远距离输电的案例分析，提升学生将理论知识与实际应用相结合的素养。

2.强化学生对交变电流及其在输电中作用的深入理解，发展学生的物理概念建构和运用能力。

3.培养学生的科学思维能力，特别是在电学领域的分析、推理和计算能力，通过解决输电线路的电压降落和功率损耗问题。

4.激发学生的科学探究精神，鼓励他们主动探索提高远距离输电效率的方法，培养创新意识和实践能力。

5.引导学生形成能源节约和环境保护的意识，理解高压输电对减少能源损耗和降低环境污染的重要性。重点难点及解决办法1.重点：远距离输电中电压降落和功率损耗的计算。

解决办法：通过引入实际输电线路参数，结合公式进行逐步解析，辅以图表和示例计算，加深学生理解。

2.难点：升压变压器和高压输电的工作原理及其对输电效率的影响。

突破策略：利用模型和动画演示升压变压器的工作过程，对比不同电压下的功率损耗，使学生直观感受高压输电的优势。

3.难点：电力系统简化模型的理解和应用。

解决办法：构建直观的电力系统模型图，引导学生逐步分析并简化电路，通过小组讨论和教师指导，帮助学生掌握模型应用。

4.难点：远距离输电中补偿装置的作用和类型。

突破策略：结合实际工程案例，介绍补偿装置的原理和分类，通过模拟实验和问题驱动的教学方法，增强学生对补偿装置功能的理解。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源准备1.教材：

-确保每位学生都准备了粤教版选修3-2的物理教材，特别是第二章交变电流的相关内容。

-提供学习指导书和练习册，以便学生预习和复习本节课的知识点。

2.辅助材料：

-准备远距离输电线路的图片和示意图，用于展示实际的输电网络和组成部分。

-收集和制作关于电压降落、功率损耗、升压变压器和补偿装置的动态图表和视频资料，以便在课堂上直观展示其工作原理和效果。

-设计和打印相关的计算题和案例分析题，供学生课堂练习和讨论。

3.实验器材：

-准备示波器、电压表、电流表等测量仪器，用于观察和分析交变电流的特性。

-准备升压变压器和降压变压器的模型，以便学生观察变压器的构造和工作原理。

-准备模拟远距离输电的实验装置，包括电阻、电感、电容等元件，用于演示输电线路的电压降落和功率损耗。

-确保所有实验器材的安全性，进行课前检查，并配备必要的安全防护设备。

4.教室布置：

-将教室分为几个区域：讲授区、实验操作区、小组讨论区。

-讲授区配备多媒体教学设备，包括投影仪、电脑等，方便展示辅助教学材料。

-实验操作区应靠近电源和水源，并设置实验桌和安全提示标识。

-小组讨论区布置成圆桌或半圆形式，便于学生进行互动交流和合作学习。

5.其他准备：

-制定详细的实验操作流程和安全指南，确保学生在实验过程中的安全。

-准备课堂讨论和互动的问题清单，鼓励学生积极参与。

-安排助教或学生助手，协助教师管理实验器材和指导学生操作。教学流程（一）课前准备（预计用时：5分钟）

学生预习：

发放预习材料，引导学生提前了解远距离输电的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。

设计预习问题，如“远距离输电中存在哪些主要问题？”和“如何提高远距离输电的效率？”，激发学生思考，为课堂学习远距离输电内容做好准备。

教师备课：

深入研究教材，明确本节课的教学目标和重难点。

准备教学用具和多媒体资源，确保教学过程的顺利进行。

设计课堂互动环节，提高学生学习远距离输电的积极性。

（二）课堂导入（预计用时：3分钟）

激发兴趣：

提出问题，如“为什么需要远距离输电？”和“远距离输电面临哪些技术挑战？”，引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入学习状态。

回顾旧知：

简要回顾上节课学习的交变电流的基础知识，帮助学生建立知识之间的联系。

提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为学习新课打下基础。

（三）新课呈现（预计用时：25分钟）

知识讲解：

清晰、准确地讲解远距离输电的基本概念和原理，结合实际输电线路的例子帮助学生理解。

突出电压降落、功率损耗计算和升压变压器等重点，强调难点，通过对比、归纳等方法帮助学生加深记忆。

互动探究：

设计小组讨论环节，让学生围绕远距离输电中的问题展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。

鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导学生深入思考，拓展思维。

技能训练：

设计实践活动或实验，让学生在实践中体验远距离输电知识的应用，提高实践能力。

在新课呈现结束后，对远距离输电的知识点进行梳理和总结。

强调重点和难点，帮助学生形成完整的知识体系。

（四）巩固练习（预计用时：5分钟）

随堂练习：

随堂练习题，让学生在课堂上完成，检查学生对远距离输电知识的掌握情况。

鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决问题。

错题订正：

针对学生在随堂练习中出现的错误，进行及时订正和讲解。

引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。

（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）

知识拓展：

介绍远距离输电领域的最新技术发展，拓宽学生的知识视野。

引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。

情感升华：

结合远距离输电内容，引导学生思考物理学科与生活的联系，培养学生的社会责任感。

鼓励学生分享学习心得和体会，增进师生之间的情感交流。

（六）课堂小结（预计用时：2分钟）

简要回顾本节课学习的远距离输电内容，强调重点和难点。

肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。

布置作业：

根据本节课学习的远距离输电内容，布置适量的课后作业，巩固学习效果。

提醒学生注意作业要求和时间安排，确保作业质量。知识点梳理1.远距离输电的基本概念

-输电线路的电阻、电抗和输电功率

-电压降落和功率损耗

-提高远距离输电效率的措施

2.电压降落和功率损耗的计算

-电压降落公式及其推导

-功率损耗公式及其推导

-输电线路的等效电路

3.升压变压器

-变压器的工作原理

-升压变压器的构造和功能

-升压变压器在远距离输电中的应用

4.高压输电

-高压输电的优缺点

-高压输电线路的电压和电流关系

-高压输电对减少功率损耗的作用

5.补偿装置

-补偿装置的作用和分类

-静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）

-补偿装置在远距离输电中的应用

6.电力系统简化模型

-输电线路的简化模型

-变压器的简化模型

-电力系统的等效电路

7.实际工程案例

-远距离输电线路的参数选择

-高压输电线路的设计和施工

-补偿装置在实际工程中的应用

8.安全与环保

-远距离输电过程中的安全问题

-高压输电线路的电磁场影响

-远距离输电对环境保护的重要性

9.相关实验和实践活动

-观察交变电流的特性

-变压器的工作原理演示

-远距离输电模拟实验

10.远距离输电在现代电力系统中的应用

-跨区域输电和电网互联

-远距离输电技术的发展趋势

-新能源并网对远距离输电的影响教学评价与反馈1.课堂表现：

-观察学生在课堂上的参与程度，包括提问、回答问题和互动交流的情况。

-关注学生在知识讲解和互动探究环节的专注度和兴趣程度。

-评估学生在实验和实践活动中的操作技能和合作能力。

2.小组讨论成果展示：

-评价小组讨论的成果，包括对远距离输电问题的分析和解决方案的提出。

-检查学生是否能够准确运用所学知识，以及他们的逻辑思维和创新能力的展现。

-反馈学生对小组讨论的参与度，以及他们在团队中的角色和贡献。

3.随堂测试：

-通过随堂练习题和测试，评估学生对远距离输电知识点的掌握程度。

-分析学生的答案，了解他们对重点和难点的理解和应用能力。

-及时给予学生反馈，指导他们在错误中学习和提高。

4.课后作业：

-检查课后作业的完成情况，评估学生对课堂所学知识的巩固程度。

-分析作业中的常见错误，总结学生学习的薄弱环节，为后续教学提供参考。

-提供个性化的反馈，鼓励学生自主学习，提高解决问题的能力。

5.教师评价与反馈：

-教师应在课后对学生的整体表现进行评价，包括知识掌握、技能应用和情感态度等方面。

-针对学生的个别问题，提供个性化的指导和建议，帮助学生克服学习中的困难。

-通过问卷调查、访谈或小组讨论的方式，收集学生对本节课的教学反馈，不断优化教学方法和策略。

-定期对教学效果进行反思和总结，调整教学计划，以更好地适应学生的学习需求。典型例题讲解例题1：计算输电线路的电压降落

假设一条远距离输电线路的电阻为R=10Ω，电抗为X=20Ω，输送的功率为P=1000MW，输电线路的额定电压为U=500kV。求输电线路的电压降落。

解答：

根据电压降落的公式ΔU=(PR+QX)/U，其中Q为无功功率，由于题目未提供无功功率，我们可以假设系统是功率因数为1的，即Q=P。

代入数据计算得到：

ΔU=(1000×10^6×10+1000×10^6×20)/500×10^3

ΔU=(30×10^9)/500×10^3

ΔU=60kV

例题2：计算输电线路的功率损耗

已知一条远距离输电线路的电阻为R=10Ω，输送的电流为I=2000A。求该输电线路的功率损耗。

解答：

功率损耗的公式为P_loss=I^2×R

代入数据计算得到：

P_loss=2000^2×10

P_loss=40000000×10

P_loss=400MW

例题3：升压变压器的作用

一条输电线路的电阻为R=20Ω，输送的功率为P=1000MW。若不使用升压变压器，输电线路的电压为U1=220kV。若使用升压变压器将电压提升到U2=500kV，求升压变压器后的电流I2。

解答：

根据功率公式P=U×I，我们可以得到：

I1=P/U1

I2=P/U2

代入数据计算得到：

I1=1000×10^6/220×10^3

I1≈4545.45A

I2=1000×10^6/500×10^3

I2=2000A

例题4：补偿装置的应用

一条远距离输电线路的额定电压为U=500kV，电阻R=10Ω，电抗X=20Ω。若在输电线路中加入静止无功补偿器（SVC），使得线路的无功功率Q减少50%，求SVC提供的无功功率。

解答：

原始无功功率Q1=U^2×X/(R^2+X^2)

减少50%后的无功功率Q2=Q1/2

SVC提供的无功功率即为Q1-Q2

代入数据计算得到：

Q1=(500×10^3)^2×20/(10^2+20^2)

Q1=125×10^6×20/500

Q1=2500Mvar

Q2=2500Mvar/2

Q2=1250Mvar

SVC提供的无功功率为2500Mvar-1250Mvar=1250Mvar

例题5：电力系统简化模型的计算

一个电力系统由一个发电机、一个升压变压器、一条输电线路和一个降压变压器组成。发电机输出的电压为U1=10kV，升压变压器将电压提升到U2=100kV，输电线路的电阻为R=5Ω，电抗为X=10Ω，降压变压器将电压降低到U3=35kV。求降压变压器输出的功率。

解答：

首先计算升压变压器后的电流I2：

I2=P/U2

由于题目未提供功率，我们可以假设发电机输出的功率为P=100MW。

I2=100×10^6/100×10^3

I2=1000A

接着计算输电线路的电压降落ΔU：

ΔU=(PR+QX)/U2

假设系统功率因数为1，Q=P。

ΔU=(100×10^6×5+100×10^6×10)/100×10^3

ΔU=150kV

输电线路末端电压U3'：

U3'=U2-ΔU

U3'=100kV-150kV

U3'=-50kV

由于电压不能为负，这意味着我们的假设有误，实际情况下，系统的无功功率Q应该小于有功功率P，以保持电压的正值。这里我们重新假设Q=50Mvar。

重新计算ΔU：

ΔU=(100×10^6×5+50×10^6×10)/100×10^3

ΔU=75kV

U3'=100kV-75kV

U3'=25kV

最后计算降压变压器输出的功率P3：

P3=U3'^2/R

P3=(2