19.3 电能的储存与输送教学设计 沪科版物理九年级

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《19.3 电能的储存与输送》教学设计
课题 3 电能的储存与输送 单元 19 学科 物理 年级 九
教材分析 本节课选自沪科版九年级物理第十九章《电能从哪里来》的第三节“电能的储存与输送”，是整章知识体系中承上启下的关键环节。前两节已学习了各种发电方式及其能量转化原理，本节在此基础上深入探讨电能如何被储存以及如何高效、安全地输送到千家万户。教材内容结构清晰，分为三个核心板块：电池及其发展、高压输电原理与优势、高压触电类型及防护措施。21世纪教育独家资源其中，“电池”部分介绍了化学电池和太阳能电池的基本构造与工作原理，强调环保意识；“高压输电”部分结合生活实际和工程案例，引导学生理解远距离输电为何采用高压，并通过能量损耗公式进行定量分析；“高压触电防护”则聚焦安全教育，介绍电弧触电与跨步电压两种常见危险情形，提升学生的生命安全意识。本节内容融合了物理知识、工程技术与社会责任，体现了新课标“科学态度与责任”的核心素养要求。
2022新课标要求 电能的储存与输送要求，归在“能量”主题下，内容简洁且贴合生活，具体如下： 1.电能的储存：知道电池是储存电能的常见装置，它能把化学能等其他形式的能转化为电能； 2.电能的输送：了解远距离输电会因电流通过输电线发热产生电能损耗；掌握采用高压输电可减少该损耗的核心原理；知道输电过程中需用变压器升压，到用户端再降压，同时了解高压电弧触电、跨步电压触电的风险，树立不靠近高压带电体的安全意识。
学习目标与核心素养 1.物理观念（1）能认识生产生活中一些主要的电池。（2）了解高压输电，知道高压输电中变压器的作用，知道高压电弧和跨步电压的危害及防护。2.科学思维能运用P=I R公式推理高压输电降低线路损耗的原因，进行定性与半定量分析，发展逻辑推理能力。3.科学探究（1）经历“制作柠檬电池”迷你实验，观察现象、提出问题、尝试解释，体验科学探究的基本流（2）通过分析高压触电案例，模拟判断安全距离与应对措施，发展基于证据的推理与决策能力。4.科学态度与责任21世纪教育独家资源具有安全生活的理念，能主动进行 相 关 的 科 学 普及，能为国民素养提升作出力所能及的贡献。
学情分析 九年级学生已经具备一定的电学基础知识，如电流、电压、电阻、欧姆定律、电功率等概念，并初步了解发电机、电动机的工作原理。他们在日常生活中对电池有直观体验，知道手机、电动车需要充电，也见过高压线塔和变电站，但对电池内部的能量转化机制、高压输电的技术原理以及触电防护的具体措施缺乏系统认知。此外，学生容易将“电压高=一定危险”简单化理解，难以区分不同情境下的触电风险，比如小鸟站在高压线上为何不会触电。同时，他们正处于抽象思维发展的关键期，能够接受简单的数学推导和模型构建，但在将理论知识应用于实际问题解决方面仍需引导。因此，教学中应充分利用实验演示、生活实例和图示讲解，帮助学生建立物理模型，突破认知误区，增强知识迁移能力。同时，结合我国特高压输电技术的成就，激发民族自豪感，培养科学精神与社会责任感。
重点 1.能认识生产生活中一些主要的电池。2.了解高压输电，知道高压输电中变压器的作用，知道高压电弧和跨步电压的危害及防护。
难点 理解“提高输电电压可减小电流从而降低线路热损耗”的因果关系，克服“电压越高越耗电”的错误前概念；21世纪教育独家资源
材料准备 一只柠檬、一块铜片、一块锌片、一副耳机和两小段导线
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入电网横跨千里，把发电厂的电能精准送到千家万户，让灯光亮、空调转，这些震撼场景的背后，都离不开电能的储存与输送。 学生观看图片 引起学生的好奇心，开展本节课题
讲授新课 一、电池及其发展1. 电池定义：电池是一种把其他形式的能转化成电能的装置 。电池提供的是直流电。2.电池种类：化学电池、太阳能电池和燃料电池21世纪教育独家资源 化学电池 太阳能电池燃料电池3.化学电池（1）把化学能转化为电能的装置，如图为生活中常用的电池的形状。（2）根据所用的材料不同，化学电池分为锌锰干电池、铅酸蓄电池、镍镉电池、锂电池、锌银电池等。 锌锰干电池 铅酸蓄电池 镍镉电池 锂电池（3）原电池和蓄电池①原电池：大多数电池的使用是一次性的，我们称之为原电池。1号 2号 5号 7号锌锰干电池我国常用的1号、2号、5号、7号干电池都是原电池，它们的电压都是1.5V。21世纪教育独家资源锌锰干电池的构造示意图如图是锌锰干电池的构造示意图，锌锰干电池由碳棒（正极）、锌筒（负极）及二氧化锰和电解质等组成，它属于一次性使用的原电池。蓄电池②蓄电池：可反复充电使用的电池，称为蓄电池或二次电池。蓄电池被广泛用作汽车或电动自行车等的电源。21世纪教育独家资源充电时，它把电能转化成化学能并进行储存；使用时再把化学能转化为电能。蓄电池可提供较大的电流，电压也比较稳定。电动汽车充电使用时常将若干个蓄电池串联使用。国家标准规定：电动自行车蓄电池标称电压不大于48V，最大输出电压不超过60V，常见电动自行车电瓶为 3块（36V）或4块（48V），少数大功率车型可能有5块（60V）。（4）化学电池的应用化学电池在生活、通信、生产及科学研究方面都有广泛的应用。①在生活中的应用 干电池用于遥控器、闹钟等；纽扣电池用于手表、电子体温计等；锂电池用于手机、笔记本电脑，铅酸蓄电池/锂电池用于电动自行车、电动滑板车等②通信中应用对讲机、户外卫星电话内置可充电锂电池，满足移动通讯供电需求；海底光缆中继器用长寿命化学电池，保障深海信号传输。③生产中应用叉车、矿山、油田的防爆设备搭载专用化学电池，工厂生产线备用蓄电池组应对突发断电；农业生产中电动农机，如电动喷雾器。电动喷雾器④科学研究方面21世纪教育独家资源航天器用高能锂电池/燃料电池，提供在轨供电；医用植入设备（心脏起搏器）用微型长寿命锂电池。 探测器 心脏起搏器（5）废旧电池的处理废旧干电池要集中分类处理，如果乱仍会造成环境污染。原因是干电池内含有酸和汞、镉等重金属元素，排放到地下水中污染环境。 一节一号电池烂在地里，能使一平方的土壤永远失去利用价值，一粒纽扣电池可使600T水受到污染，相当于一个人一生的饮水量。迷你实验室制作柠檬电池21世纪教育独家资源实验器材：一只柠檬、一块铜片、一块锌片、一副耳机和两小段导线。先将铜片和锌片插入柠檬中，再将两根导线分别与耳机的两个接线脚相连。想一想：将与耳机相连的一根导线连在铜片上，用另一根导线刮擦锌片，你听到了什么？为什么？答案：会听到轻微的“咔咔”声。柠檬富含柠檬酸（电解质），铜片（正极）和锌片（负极）插入后构成原电池——锌片失去电子（氧化反应），电子通过导线流向铜片，形成微弱电流；用导线刮擦铜片时，电流会快速通断，耳机的线圈在变化电流中产生磁场，带动振膜振动，从而听到“咔咔”声音。思考：柠檬电池电池能使小灯泡发光吗？能用苹果代替柠檬吗？答案：不能使小灯泡发光。21世纪教育独家资源这个原电池的电压仅约0.7-1V，电流极微弱（微安级），而小灯泡需要足够的电流才能发光。 能用苹果代替柠檬。因为苹果也含有果酸（电解质），能充当原电池的电解质环境，铜片和锌片插入后同样能产生微弱电流，只是果酸浓度比柠檬低，电流会更弱，耳机听到的声音也会更轻微。视频：制作水果电池4.太阳能电池（1）能量转化：将太阳能转化成电能装置。（2）制作材料：半导体硅和金属导体制成太阳能电池（又称光伏电池）。阳光照射到电池上，会在正、负两极之间形成 电压。（3）太阳能电池既可以用于计算器、玩具等，也可以联成阵列，建成太阳能发电站。巨大的太阳能帆板是人造卫星上的主要电源之一。（4）特点①优点：太阳能属于可再生能源，污染少，太阳能最大的特点是能量巨大以及长久性。故太阳能的利用越来越受到人们的重视。目前，我国的太阳能发电技术和装机容量在世界上处于领先地位。②缺点：受天气条件的限制，效率低和成本高等方面。知识拓展燃料电池21世纪教育独家资源燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。二、高压输电高压输电线把电能送到远方从发电站到用电地区，通常都有相当长的一段距离。21世纪教育独家资源三峡水电站发出的电要送到上海、江苏等东部地区使用，发电站与用电地区相距上千千米1.采用高压输电原因思考：家庭用电的电压是 220 V，而高压输电线上的电压通常都有几百千伏，为什么要用这么高的电压输送电能呢？参考答案：这是因为高压输电可减少输电线上的电能损失。导线本身有电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，电流在通过导线时会产生热效应，从而带来电能的损耗，即电能的损失。思考：由焦耳定律Q=I2Rt，减小能量损失有几种方法？其中哪种方法是最有效的？方法1：是减小输电时间t，没有实际价值。方法2：减小电阻导线的电阻与导线的材料、长度和横截面积有关。21世纪教育独家资源①用电阻较小的材料作为输电线，银的电阻率最小但价格昂贵，密度大，架设困难，现在远距离输电均选用电阻较小的铝作输电线，纯铜线在特殊场景中才使用。②减小输电线的长度不可行，因为要保证输电距离。③增加输电线的横截面积。由于该方法同时增加了导线的重力，架设困难，所以也是有一定限度的。从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难。适用的超导材料还没有研究出来。方法3：是减小输电电流I由P电=UI，P损=I2R，可得：P损=在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输电线上的功率损失降为原来的 倍。这样电路中就会减少损失的电能，所以在远距离输电时宜采用高压输电。提高输电电压， 是减少电能损失的最有效的办法。2.电能远距离输送的过程（1）变压器原理和作用变压器的工作原理是电磁感应，它能将输入变压器的交流电压升高（升压变压器）或降低（降压变压器）。变压器不能改变直流电的电压。发电厂发出的交流电先用升压变压器把电压升高到数百千伏后，电流通过高压线路送到用电地区的变电站进行一至两次降压，电压降至10 kV后送到工矿、科研和生活区等目的地，再用变压器降至220 V供家庭用户使用。思考：是不是输电电压越高越好 电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。所以不是输电电压越高越好。目前，我国远距离输电除了采用常见的110 kV、220 kV 和 330 kV 的电压 之外， 还采用 500 kV的超高压输电，以及 800 kV、1 000 kV 的特高压输电。三、高压触电及其防护思考1：用电器为什么不直接使用高电压呢？ 高电压的绝缘防护要求很高，直接供给家用电器是十分不安全的，所以不直接使用高电压。思考2：高压触电有哪些类型？应怎样才能避免高压触电 ？1.高压触电的类型电弧触电、跨步电压触电（1）电弧触电要防止高压电弧触电高压带电体与人、动物和建筑物等物体距离较近时产生的放电现象，使人和动物触电，称电弧触电，所以，高压输电线都架得很高。（2）跨步电压触电高压输电线一端落到地上，在地面上以落地点为中心的区域内会形成很高的电压，人若走到此区域，其两脚之间承受了较高电压，这个电压通常称为跨步电压，此时会发生触电事故。警惕跨步电压的伤害一个人当发觉跨步电压威胁时，应赶快把双脚并在一起，或尽快用一条腿跳着离开危险区视频：高压触电2.高压触电防护（1）必须远离高压带电体。（2）发现有高压输电线断落地面时，不可走近，应立即设立警示标志，并通知有关电力部门进行抢修。安全用电原则 ：不接触低压带电体不靠近高压带电体 学生阅读课文了解电池定义，电池种类了解原电池和蓄电池观看锌锰干电池的构造示意图在老师的引导下学生举例说明化学电池在生活、通信、生产及科学研究方面的应用。了解废旧电池的处理动手制作柠檬电池学生思考讨论回答阅读课文了解太阳能电池阅读知识拓展学生聆听并思考采用高压输电原因阅读课文加油站变压器原理和作用，叙述电能远距离输送的过程21世纪教育独家资源学生思考回答阅读课文并观看图片视频 锻炼学生的自主学习能力掌握电池定义，电池种类理解原电池与蓄电池的区别，掌握化学能向电能转化的基本路径。了解锰干电池由碳棒（正极）、锌筒（负极）及二氧化锰和电解质等组成，让物理与生活联系起来，拓展学生的知识面提高学生爱护环境的意识21世纪教育独家资源锻炼学生的动手能力锻炼学生的逻辑思维能力和语言表达能力了解太阳能的特点了解燃料电池能解释高压输电减少线路损耗的原理明确电压与电流在电能传输中的关系，理解升压与降压变压器的作用机制。锻炼学生的逻辑思维能力和语言表达能力能通过看图片视频资料探究高压触电的两种形式——电弧触电与跨步电压，提出合理防范策略
课堂练习 1. 高压输电线都架得很高，原因是（ ） A．防止高压电弧触电 B．防止跨步电压触电C．防止阻碍交通 D．减小电能损失答案：A【解析】高压电弧触电：人靠近高压带电体到一定距离时，高压带电体和人之间发生放电现象；高压跨步触电：高压输电线落在地面上，则地面上以电线落点为圆心的各个同心圆之间有电压存在，当人在地面上两个不同半径的同心圆间跨步时，将造成跨步电压触电。高压输电线都架得很高，原因是防止高压电弧触电，所以选A。2. 下列关于化学电池的说法中，正确的是（ ） A．有的化学电池提供直流电，有的提供交流电B．化学电池是把电能转化为化学能的装置C．常用的1号、2号、5号、7号干电池的电压依次增大D．多数化学电池中含有汞、镉等重金属元素，随意丢弃会污染环境21世纪教育独家资源答案：DA．干电池提供的都是直流电； 故A错误；B．化学电池是把化学能转化为电能的装置；故B错误；C．常用的1号、2号、5号、7号干电池的电压都是1.5V；故C错误。D．多数干电池中有少量汞、镉等重金属元素，如果处置不当，随便丢弃且数量较多的话，这些重金属将对环境产生有害的影响，所以废干电池应该集中分类处理。故D正确。 故选D。3. 要想降低远距离输电线路电能的消耗必须（　　）A. 升高输送电压B. 降低输送电压C. 用铜导线换掉铝导线以减小电阻D. 减小输出功率 答案：A解析：远距离输电时，输电功率一定，根据P=UI，知输电电压越高，输电电流越小．根据P=I2R可知损失的功率越小．所以可以通过提高输电电压，减小输电电流来减少输电线上的电能损失．故A正确，BCD错误．故选A． 学生练习 巩固本节的知识
课堂小结
板书 一、电池及其发展1.电池是一种把其他形式的能转化成电能的装置。2.化学电池、蓄电池、太阳能电池二、高压输电提高输电电压, 是减少电能损失的最有效的办法。三、高压触电及其防护1、高压触电的两种形式①电弧触电；②高压跨步触电2. 安全用电原则①不接触低压带电体②不靠近高压带电体 对照板书回顾 夯实本节基础
课外拓展/课外阅读内容 书籍：《趣味物理大百科》（初中版）——其中“电的旅行”章节，用漫画形式讲解电能储存与输送，搭配生活案例（如手机充电、家电用电），语言通俗易懂。
特色资源分析和技术手段说明 视频资源，动手制作水果电池
教学反思 　该节课内容与现实生活联系紧密,内容有着很强的现实意义,但是所涉及的内容都具有危险性,不可模仿与复制,不便于直接去从现实中观察发现,所以我在教学设计中注意了两点,一是尽量采用演示实验以及视频播放的形式,既让学生对电池的使用以及高压输电及其危害所在有所了解,同时又保证了学生的安全。二是渗透了环保意识、安全用电意识等思想方面的教育,让学生从心理上、在头脑中对环保、对安全用电常识形成共识,从而形成在生活中践行环保以及安全用电、高压危险的这个思想观念。
电池及其发展
电能的储存与输送
提高输电电压，是减少电能损失的最有效的办法。
电池：其他形式的能转化成电能
燃料电池
种类
化学电池：化学能转化为电能
高压触电的两种形式
太阳能电池：太阳能转化为电能
电弧触电
高压跨步触电
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