18.3《电能的输送》教案

九年级 班 执课教师： 执课时间： 年 月 日
课题
第十八章 第三节 电能的输送
课时安排
1
第课时
1
教学课 型
新授课□ 实（试）验课□ 复习课□ 实践课□ 其他□
教学目 标
基本要求：
1. 知道交流发电机的简单结构、工作原理，知道产生的是交流电。
2. 知道采用高压输电的目的。
3. 了解电弧触电和跨步电压触电，提高安全意识。
4. 常识性了解电能的优越性。
教学重点
1.交流发电机的结构及原理。
2.采用高压输电的目的。
教学难点
交流发电机的工作原理。
课前准备
课件 发电机
教学过程
一. 发电机
1. 发电机的原理
我们知道：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，在电路中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应，所产生的电流叫做感应电流。但我们在实验时发现，所产生的感应电流很小，只能用灵敏电流计才能测出来。怎样才能使感应电流变强呢？一种方法是使用强磁场，再就是使切割磁感线的导体的有效长度变长。所以我们可以用线圈在磁场中切割磁感线的运动。这时我们发现电流变大了。
　　所以说发电机的原理是电磁感应现象。
　2. 发电机的构造
　　实际利用上述原理制成发电机时，还有一些技术问题需要我们去解决，如：线圈转动时，会带动输出电流的铜线缠在一起。由前面的直流电动机中的换向器可以想到，用铜环和电刷组成如上图所示的结构，这样就可以解决上面的问题了。
　　发电机的构造。
　　如上图所示，发电机的构造：由定子和转子两部分组成，包括磁极、线圈、铜环、电刷等。
　3. 交流电与直流电
　　下面我们来研究发电机产生的电流有些什么特点。要研究电流的特点，就需要借助电流表，用电流表换下小灯泡，缓慢摇动发电机的大轮，我们来观察电流表指针运动情况。
　　事实上我们发现电流表的指针左右摆动，表明电流方向在周期性地重复变化。而且当线圈中切割磁感线的两条边垂直切割时产生的感应电流最大，在其它地方产生的感应电流则较小。所以我们把这种周期性改变电流大小和方向的电流叫做交流电。与此相对的就是我们前面所学过的由于电池提供的电流，它的大小和方向都不发生变化，这种电流叫做直流电。
　　为什么这种发电机产生的电流方向在改变呢？
感应电流的方向是由导体切割磁感线的运动方向和磁感线的方向决定的，感应电流方向的变化肯定是由这二者之一变化所引起的，在上面的这种发电机中，磁极是固定的，所以，这种发电机中电流方向的变化肯定是由于线圈切割磁感线的运动方向变化所引起的。
这种发电机由于产生的电流是交流电，所以称为交流发电机。下面进一步研究电流变化的特点：
我们可以把任意一边的运动路线和方向画出来（如图）,线圈每次转动到最左边和最右边的两点时，切割磁感线的方向发生改变，电流方向也要发生改变。所以线圈转动一周，电流方向变化两次。
　　周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量，我国供生产和生活用的交流电的周期是0.02秒，频率是50赫兹，其意义是发电机线圈转一周用0.02秒，即1秒内线圈转50周。因为线圈每转一周电流方向变化两次，所以频率是50赫兹的交流电电流方向每秒钟改变100次。
4. 发电机是把机械能转化为电能的机器。
发电机有两种，一种是旋转线圈式，另一种是旋转磁极式。
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二. 电能的输送
前面我们学习了电磁感应现象和发电机，通过发电机我们可以大量地生产电能。比如，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，这么多的电能当然要输到用电的地方去，下面我们来研究输送电能的有关知识。
　1. 输送电能的过程
　　发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢？如：葛洲坝电站发出的电是怎样输送到武汉、上海等地的呢？当然是通过电线输送的。而且是通过架设很高的、很粗的高压电线输送的。
输送电能的过程如下图所示：发电站→升压变压器→高压输电线→降压变压器→用电单位。
　2. 高压输电的道理
思路：输电→导线（电阻）→发热→损失电能→减小损失。
　　输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电阻大不能忽略。电流通过很长的导线要发出大量的热，如：河南平顶山至湖北武昌的高压输电线电阻约400欧，如果通的电流是100安，每秒钟导线发热就是400万焦耳。这些热都散失到大气中，白白损失了电能。所以，输电时，必须设法减小导线发热损失。
　　如何减小导线发热呢？由焦耳定律Q=I2Rt，减小发热Q有以下三种方法：一是减小输电时间t，二是减小输电线电阻R，三是减小输电电流I。哪种方法能被实际使用呢？第一种方法等于停电，没有实际价值。第二种方法从材料、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。排除了前面两种方法，就只能考虑第三种方法了。从焦耳定律公式Q=I2Rt可以看出，第三种办法是很有效的：电流减小一半，损失的电能就降为原来的四分之一。通过后面的学习，我们将会看到这种办法也是很可行的。
　　所以说要减小电能的损失，必须减小输电电流。
　　但从另一方面讲，输电就是要输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义。
　　怎样才能满足上述两个要求呢？根据公式P=UI，要使输电电流I减小，而输送功率P不变（足够大），就必须提高输电电压U。
　　所以说通过高压输电可以保证在输送功率不变，减小输电电流来减小输送电的电能损失。
　3. 变压器能把交流电的电压升高（或降低）
　　在发电站都要安装用来升压的变压器，实现高压输电。但是我们用户使用的是低压电，所以在用户附近又要安装降压的变压器。
高压电输送到用电区附近时，为什么要把电压降下来？一是为了安全，二是用电器只能用低电压。
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三. 高压触电的形式
同学们有没有见过这个标志？这是高压危险的标志。
高压电弧触电：当人体靠近高压带电体到一定距离时，高压带电体和人体之间会发生放电现象。这时有电流通过人体，造成高压电弧触电。
　　跨步电压触电：高压输电线落在地面上，地面上与电线断头距离不同的各点存在着电压，当人走近断头时，两脚位于离断头远近不同的位置上，因而两脚之间有了电压（跨步电压）。这时电流通过人体，造成跨步电压触电。
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四. 电能的优越性
通过下面的两幅图，我们不难发现电能的优越性：
作业设计
1.发电机是根据　　　原理制成的。工作时将　　能转化为　　能。
2.手摇发电机的线圈转一圈，线圈中的电流方向改变了　　次，由此可见，它产生的是　　　流电。
3.远距离输电应采用　　　　，因为这样可以减小电能在　　　　上的损失。
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、在远距离输电时，如果把输出电流减小到原来的，则相同时间内在线路上因发热而损失的电能将是原来损失电能的（ ）
A. 100倍 B. 10000倍
C. D.
板书设计
电从发电厂输送到家里
　　一、交流发电机的构造及工作原理
电能的输送：
1.电能输送的途径：发电厂→升压变压器→高压线路→降压变压器→用电单位
2.高压输送以减小电能的损失。
三、高压触电方式：电弧触电和跨步电压触电
教学随笔或教学反思
教学参考
1.电能的优越性. 我们生活在电的时代，电能的应用非常广泛。设想一座城市完全断了电，简直不堪设想，大大小小的工厂停产，机器停止运转，炼钢炉不能炼钢，电车不能开动，广播电机停播、自来水供应中断，楼房电梯停开，电灯不亮，入夜一片漆黑……电，它在工业、农业、交通运输、国防建设、科学研究以及日常生活中用得越来越多，电能的生产和使用的规模，已经成为社会经济发展的重要标志。
电能为什么应用这样广泛，它有什么优越性呢？
电能的来源比较广泛，自然界存在的各种形式的能如此学能、水能、风能、太阳能、核能都可以较为方便地转化为电能电池和发电机就是实现这种转化的装置。在水电站里，水能通过水轮发电机转化为电能。在火电站里，燃料的化学能通过汽轮发电机转化为电能。除了水电站和火电站，还有风力发电、地热发电、太阳能发电、核能发电等。
我国主要是利用火力和水力来发电的。到1993年，我国有30万千瓦以上的水电站、火电站共正1020座（其中水电站235座、火电站785座）。我国的社会主义现代化建设，对电的需要量日益增加。在主要煤炭产区和沿海地区，要建设一批火电站。在黄河上游和长江中上游干交流，要建设一批大型水电站（规模巨大的长江三峡水力工程正在进行）。还建设了核电站。
电能便于输送，用电线就可以把电能输送到千百里以外的地方。输送电能比输送煤、石油等燃料要方便得多。而且电能的输送损失较小。我国幅员广大，不同区域组成大的电网供电，110千伏以上的输电网络的线路长达18万千米。
电能使用起来非常方便．它能够方便地转化为其它形式的能，来满足多方面的需要，电能可以通过电动机转化为机械能，通过电热器转化为内能，通过电光源转化为光能。各种各样的用电器就是实现这种转化的装置。用电器的效率比较高。电动机的效率达90％以上，在管理科操纵方面比较简单，污染少，工作场所容易保持干净，有利于保护环境。
2.太阳能空间电力站。在太阳能利用中，发展前景最为诱人要算在宇宙空间建立太阳能电力站的宏伟计划了。众所周知，太阳光经过大气层到达地球表面时，已经大大减弱。而到达地面的阳光，又有三分之一被反射回空间。因此，在大气层以上接收的太阳能要比在地球上接收的多4倍以上。在这种情况下，人们就萌发了一个大胆的设想：要把太阳能发电站搬到宇宙空间去，以便得到更多的太阳能。而且这样还能避免太阳能电站接收太阳光时断时续的缺点。要达到这一目的，就必须研制一种太阳能动力卫星，并把它发送到距地面3.5万公里的高空，而且与地球同步的轨道上（在这一轨道上，卫星绕地球飞行一圈的时间，正好与地球自转一周的时间相同），这样就可以用它把太阳能直接引到地球上。在动力卫星上装有巨大的太阳能电池板，能把太阳能直接转换成电能，然后再将电能转换成微波束发回地面。地面接收站通过巨型天线，可将动力卫星送回地面的微波能重新转换成电能。当然，就目前来说实现大型太阳能空间电力站计划还存在一定的技术难关。比如，一个发电能力为1000万瓦的空间电力站，它上面的太阳能电池板面积已达64平方公里，而把微波能发送到地面的列阵天线，其占用面积约达两平方公里。此外，巨大的动力卫星需要分成部件运送到太空进行组装，卫星安装后，还需要定期进行保养和检修，这说需要一咱像航天飞机一样能往返于地球和太空的运输工具。现在，担负运输任务的航天飞机已奔忙于太空和地球之间，随着航天技术的飞速发展，以及太阳能利用水平的不断提高。科学们满怀信心地预言，到本世纪末有可能通过航天飞机将第一个大型动力卫星送入轨道，为人类利用太阳能揭开新的篇章。
3.太阳能气流电站。利用太阳能发电的方式很多，其中最为新奇的是太阳能气流发电，由于这种电站有一个高大的“烟囱”，所以也被称作太阳能烟囱电站。太阳能电站既不烧煤，也不用油，所以确切点说应称其为太阳能气流电站。太阳能气流电站的中央，竖立着一个用波纹薄钢板卷制成的大“烟囱”，在“烟囱”的周围，是巨大的环形曲面半透明塑料大棚，在烟囱底部装有气轮发电机，当大棚内的空气经太阳曝晒后，其温度比棚外空气高约20℃。由于空气具有热升冷降的特点，再加上大“烟囱”向外排风的作用，就使热空气通过“烟囱”快速地排出去，从而驱动设在烟囱底部的汽轮发电机发电。由于太阳能气流电站占地较大，所以今后的气流电站将要建在阳光充足、地面开阔的沙漠地区，另外，塑料大棚内的地方很大，温度又较高，可利用起来作暖房，种植蔬菜和栽培早熟的农作物。太阳能气流电站的建造成功，使人类利用太阳能的技术得到进一步提高，并为利用和改造沙漠创造了良好的条件。
4.海底核电站。海底核电站是人们随着海洋石油开采不断向深海海底发展而提出的一项大胆设想。实际上，本世纪70年代初期，独特新颖的海底核电站的蓝图已经绘制出来。此后，世界上不少国家都在积极地进行研究和实验，提出了各种设计方案。在勘探和开采深海底的石油和天然气时，需要陆地上的发电站向海洋采油平台远距离供电，为此，就要通过很长的海底电缆将电输送出去。这不仅技术上要求很高，而且要花费大量的资金，如果在采油平台的海底附近建造海底核电站，就可轻而易举地将富足的电力送往采油平台，而且还可以为其他远洋作业设施提供廉价的电源。海底核电站在原理上和陆地上的核电站基本相同，都是利用核燃料在裂变过程中产生的热量将冷却的水加热。使它变成高压蒸汽，再去推动汽轮发电机组发电。但是，海底核电站的工作条件要比陆地上的核电站苛刻得多。首先，海底核电站的所有零部件要能承受几百米深的海水所施加的巨大压力，二是要求所有设备密封性好，达到滴水不漏的程度，三是各种设备和零部件都要具有较好耐海水腐蚀和性能。因此，海底核电站所用的反应堆都是安装在耐压的堆舱里，汽轮发电机则密封在耐压舱内，而堆舱和耐压舱都固定在一个大的平台上。