19.3 电能的储存与输送学案--沪科版新版九年级

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【学习目标】
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。
3.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。
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。
【自主学习】
1. 电池是一种把___________转化成电能的装置，电池提供的是_______电。
2. 化学电池是把_________转化为________的装置，是生活中最常用的电池。
（1）锌锰干电池由 （正极）、 （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。一节干电池的电压都是 V。
（2）蓄电池充电时，它把电能转化成 能并进行储存，使用时再把 能转化为电能。蓄电池属于二次电池，可反复充电，每节铅酸蓄电池 V。
（3）分析水果电池使LED灯珠发光过程能的转化：水果电池将 能转化为 能，LED灯珠将 能转化为 能。
3. 太阳能电池将 能转化成电能的装置。
4. 家庭用电的电压是________ V，然而高 压输电线上的电压通常都有几百千伏。 这是因为采用高压输电，可以______电能在输送线路上的______
5. 当高压带电体与人、动物和建筑物等物体距离较近时会产生________现象，使人和动物触电，称为___________。因此，高压输电线都架得_____。
6. 若高压输电线不慎发生断裂，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______，这个电压通常称为_______跨步电压，此时会发生_______事故。
【合作探究】
1. 电池定义：电池是一种把其他形式的能转化成_________的装置，电池提供的是直流电。
2.电池种类：_________、_________太阳能电池和燃料电池
3.化学电池
（1）把_________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_________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_________的，我们称之为原电池。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。
1号 2号 5号 7号
锌锰干电池
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__________。
②蓄电池：可__________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。充电时，它把__________转化成__________并进行储存；使用时再把__________转化为__________。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
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_________，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________。
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
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。
思考1：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？
思考2：柠檬电池电池能使小灯泡发光吗？能用苹果代替柠檬吗？
4.太阳能电池
（1）能量转化：将________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__________。
（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_________。
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_________能源，污染_________，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_________的限制，效率低和成本高等方面。
知识拓展
燃料电池
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”。
1.采用高压输电原因
思考1：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？
思考2：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？
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_________，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________电的电压。
（2）发电厂发出的交流电先用__________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________，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3：是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。
思考1：用电器为什么不直接使用高电压呢？
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：______________、_____________
（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________，使人和动物触电，称电弧触电，所以，高压输电线都架得_________。
（2）跨步电压触电
①_________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_________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
②一个人当发觉跨步电压威胁时，应赶快把双脚______一起，或尽快用一条腿跳着离开危险区
2.高压触电防护
（1）必须______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___________，并通知有关电力部门进行抢修。
（3）安全用电原则 ：不接触___________,不靠近__________高压带电体
【归纳整理】
【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
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
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
【课后巩固】
1. 在输送电能的过程中，为了减少电能在线路中的损耗，通常采取的方法是什么，为什么？
2. 小鸟停在高压输电线上不会触电，为什么？
3. 举世瞩目的三峡工程于 2003 年开始发电。在庞大而复杂的水利枢纽中， 将水的机械能转化为电能的主要设备是（　　）。
A. 电动机 B. 发电机 C. 船闸 D. 升压变压器
4. 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
5. 高压触电常见的两种类型是 ________________ 和 ________________， 对于高压带电体，我们应当采取的防护措施是 ____________________________。
6.* 特高压输电工程是国家电网建设的重点项目，设输电功率恒定为 P，输电电压为 U，则输电电流 I = ________，如果传输线路的电阻为R，输 电线路上损失的功率为 ________，若电压为 U/ 2，输电线路上损失的功率将 ________（选填“增加”“减少”或“不变”）。
1．取一个橙子，把铜片、铁片插入其中，就制成了一个水果电池。正确使用电压表测量电压如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．铁片是水果电池的正极
B．该水果电池的电压是3V
C．两个相同水果电池并联后可提供更高的电压
D．水果电池提供电能与干电池的原理类似
2. “珍爱生命、安全用电”是同学们日常生活中必须具有的意识，下列说法中错误的是（ ）
A．不能在电线上晾衣服
B．严禁攀爬输电铁塔
C．打雷下雨时，不能站在大树下避雨
D．发生触电事故时，立即拉开触电人员
3．合实践课上，同学们将金属铜片（正极）和金属锌片（负极）插入水果中制作了如图所示的水果电池。小明发现不同小组使用的水果种类或金属片插入水果的深度或金属片之间的距离不同时，制作的水果电池电压的大小也不同。请你结合上述现象提出一个可探究的科学问题并设计实验方案。
4.对于远距离输电，下列说法正确的是（　　）
A.远距离输电输送的是直流电
B.高压输电可以减少电能损失
C.高压线路上的电压可以随意升高
D.输电线上的电阻越大，则电能损失越小
5. 阅读《远距离输电》回答问题。
远距离输电
为了合理地利用自然资源，水电站要建在水库大坝上，以煤为燃料的火电站最好建在煤矿附近。但是用电的地方可能距离发电站很远，因此为了使千家万户都能用电，就要借助如图所示的那些跨山越水的巍峨铁塔上的电缆来输送电能。
家庭用电的电压是220V，然而高压输电线上的电压通常有几百千伏。为什么要用这么高的电压输送电能呢？这是因为采用高压输电，可以减少由于电流热效应导致的电能在输送线路上的损耗。我们知道，输电线上损耗的功率，而输电导线的电阻很难大幅度减小，所以只能减小输电电流I。发电站的输出功率等于输出电压和输出电流的乘积，即。如果发电站输出功率不变，若要减小输出电流，就必须升高输出电压。
远距离高压输电的电压至少需要几十万伏，而大型发电机的电压一般为10~20kV，不符合远距离输电的要求。怎样将发电机产生的电压升高呢？根据电磁感应原理制造的变压器解决了这一难题。
图为某远距离输电的示意图，升先用升压变压器将发电厂发出的交流电压升高到220kV后再送到交流电网上，远距离传输后经一次高压变电站将电压降至110kV，再输送到二次高压变电站将电压降至10kV，然后送到工厂、科研和生活区等目的地，再用低压变压器降至220V供家庭用户使用。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）在输送电能的过程中，为了减少电能在输送线路上的损耗，通常采取的方法是（ ）
A．加大输电电流 B．提高输电电压 C．降低输电电压 D．减小输电功率
（2）如果在居民区里有一个变电站，你认为是图中的（ ）
A．发电站 B．一次高压变电站 C．二次高压变电站 D．低压变电站
（3）我国部分地区电网建设已采用500kV取代220kV电网，在输送功率一定的情况下，500kV输电线与220kV输电线上损耗的功率之比为（ ）
A．11∶25 B．25∶11 C．121∶625 D．625：121
故选C。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1. 其它形式的能 直流 2. 化学能 电能（1）碳棒 锌筒 1.5（2）化学 化学 2V（3）化学 电能 电 光3. 太阳4. 220 减少 损失5. 放电 电弧触电 很高 6. 电压 跨步电压 触电
【合作探究】
探究点一：
答案：1. 电能 2. 化学电池 太阳能电池3. （1）化学能 （2）材料（3）①一次性 原电池②反复充电 电能 化学能 化学能 电能（4）生活 通信 （5）分类处理 污染环境
思考1：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2答案：不能使小灯泡发光。
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。
4. （1）太阳能（2）电压 （3）发电站（4）①可再生 少 ②天气条件
探究点二：
答案： 1.思考1参考答案：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2参考答案：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。
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.（1）电磁感应 直流 （2）升压变压器 降压，
思考3参考答案：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。
探究点三：
答案：思考1参考答案：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。
1.电弧触电、跨步电压触电（1）放电现象 很高 （2）①高压 很高②并在2.（1）远离高压（2）警示标志（3）低压带电体 高压带电体
【课堂练习】
1.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.答案：D
A．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。
3.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．
【课后巩固】
基础练习
1.答案根据电热的计算公式Q=I2Rt和电功率公式P=UI,输电功率不变，输电线的电阻不变,要减小输电线路上的电能损失,可以通过增大电压的办法来减小电流,从而减少电能的耗损。
2.答案：小鸟的两只脚站在同一根导线上，两端的电压很低，几乎没有电流通过小鸟的身体。
3.答案： B 发电机工作时将机械能转化为电能。
4.答案：A
解析：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。
5.答案：高压电弧触电 跨步电压触电 必须远离高压带电体
6.答案： 增加
(1) 由题意可知，输电功率恒定为P,输电电压为U ,由P = UI可得，输电电流: I =;
(2)传输线路的电阻为R,则输电线路上损失的功率: P=I2R= (3)若电压为U/2,由P= UI的变形式
I =P/U,可知，输电电流变大，由P= I2R可知，输电线路上损失的功率增加。
能力提升
1.【答案】D
【详解】A．由图可知，铜片与电压表正极连通，且电压表正确偏转，由于电压表必须要电流从正极流入才能正常使用，所以铜片是水果电池的正极，故A错误；
B．由图可知，电压表量程为0~3V，分度值为0.1V，所以读数为0.6V，即水果电池电压是0.6V，故B错误；
C．并联电路中支路电压相等，所以两个相同的水果电池并联后其电压不变，要提高电压，应使它们串联，故C错误；
D．水果电池和干电池都是化学电池，通过化学反应将化学能转化为电能，因此水果电池提供电能与干电池的原理类似，故D正确。
故选D。
2.【答案】D
【详解】A．在电线上晾衣服可能会造成触电事故，因此不能在电线上晾衣服，故A正确，不符合题意；
B．输电铁塔上有高压输电线，应严禁攀爬输电铁塔，故B正确，不符合题意；
C．由于大树较高，云层放电时，会向较高的物体放电，所以打雷下雨时，不能站在大树下避雨，故C正确，不符合题意；
D．如果发生触电事故，应立即断开电源，再拉开触电人员，故D错误，符合题意。
故选D。
3.【答案】见解析
【详解】提出问题：水果电池的电压大小与水果的种类是否有关？
器材：苹果、柠檬各一个，电压表、导线、金属铜片和锌片
步骤：按图示电路将铜片和锌片作为电极，用导线与电压表相连，使两电极分别插入苹果和柠檬中的深度和金属片之间的距离相等，用电压表分别测量出两种水果电池两端的电压，并记录两次电压表示数并比较；
结论：若电压表示数相同，说明水果电池的电压大小与水果种类无关；若电压表示数不同，说明水果电池电压大小与水果的种类有关。
4.答案：B
【解析】
A.远距离输电来自发电发站，是交流发电机发出的，所以远距离输电输送的是交流电，故A错误；
B.根据P=UI知，高压输电电压高，电流小，根据P损=I2R可知，高压输电可以减少电能损失，故B正确．
C.高压输电必须综合考虑各种因素，电压不可以随意升高．故C错误；
D.根据P损=I2R可知，输电线上的电阻越大，则电能损失越大，故D错误．
故选B．
5.【答案】B D C
【详解】（1）[1]由短文中第二段第三句话可知，这是因为采用高压输电，可以减少由于电流热效应导致的电能在输送线路上的损耗，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
（2）[2]由短文中最后一句话，然后送到工厂、科研和生活区等目的地，再用低压变压器降至220V供家庭用户使用，可知居民区里的变电站是低压变电站，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
（3）[3]因输送功率一定，由可得
损耗功率之比
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