田誠++涂運芳

摘 要：電能輸送的核心在于減少輸電過程中的電能損耗，學生學習該知識點時普遍缺乏形象直觀的感知，對知識的理解不夠深入。本文從實驗角度出發(fā)，通過自制物理模型來探究電能輸送中降低電能損耗的兩種方法，展示遠距離高壓輸電的優(yōu)越性，揭示降低電能損耗辦法的物理本質(zhì)，彌補傳統(tǒng)講授方法的局限性，加深理解遠距離輸電的原理和輸電過程。

關(guān)鍵詞：遠距離輸電；損耗；高壓

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）8-0025-3

【教材和學情分析】

選擇高中物理選修3-2《電能的輸送》中有關(guān)遠距離輸電作為實驗說課內(nèi)容，是因為教材上沒有設(shè)計實驗。很多老師主要以講解為主，通過大量理論推導(dǎo)讓學生接受遠距離高壓輸電的原理，加之輸電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物理量多，計算量大，學生缺乏直觀形象的認知，導(dǎo)致學習相當困難。

鑒于這樣的背景，筆者設(shè)計一組原創(chuàng)實驗來模擬遠距離輸電，用以突破本節(jié)課的重難點知識。

【三維目標】

根據(jù)新課標要求和教材的編寫意圖以及學生的實際情況確定本節(jié)的實驗?zāi)繕巳缦拢?/p>

一、知識與技能

1.通過實驗和觀察知道如何減少輸電線上的功率損失，理解為什么遠距離輸電要用高電壓。

2.了解遠距離輸電的過程和原理。

二、過程與方法

1.通過思考與討論，探究出實驗設(shè)計思路。

2.通過設(shè)計和觀察實驗獲取知識。

三、情感、態(tài)度與價值觀

1.體會探索自然規(guī)律的科學態(tài)度。

2.培養(yǎng)學生的探索精神和建模能力。

【教學重點】

1.通過實驗分析降低輸電損耗的有效方法。

2.通過實驗理解遠距離輸電的原理。

【教學難點】

通過模擬實驗理解遠距離輸電的原理。

【教學思想和策略選擇】

采用“學本思想”教育理念，學生通過思考探究、合作交流、自主實驗、討論總結(jié)等方式來研究知識、學習知識、領(lǐng)悟知識。

教法：啟發(fā)、探究、演示、實驗、對比、討論等教學方法。

學法：自主學習、探究學習、合作交流、討論總結(jié)、展評學習等學法。

【實驗過程】

實驗1 探究輸電線電阻對輸電功率的損耗

1.實驗器材

學生電源、開關(guān)（1個）、小燈泡及底座（1個）、鎳鉻合金線（2根）、鱷魚夾（4個）、廢舊木板（1塊）、廢舊筆殼（2支）、螺絲釘若干、導(dǎo)線若干。

2.實驗與論證

通過前面學習過的電阻定律和燈泡的明暗可以反映功率變化的知識，學生討論得到初步的實驗方案和實驗電路圖。

（1）設(shè)計實驗圖（如圖1所示）

■

圖1 實驗1設(shè)計實驗圖

（2）實驗操作與現(xiàn)象

用筆者自制的實驗教具，用兩根較細的電阻率較大的鎳鉻合金絲代表輸電線路，演示和觀察燈泡的明暗變化。

（3）實驗設(shè)計目的

通過實驗現(xiàn)象，讓學生深刻感知輸電線上的電阻會導(dǎo)致功率嚴重損失，為下一步探究如何有效減小輸電線功率損失的學習做好鋪墊。

操作簡單，現(xiàn)象明顯的演示儀便于學生分組實驗，可提升他們的動手、觀察、實驗?zāi)芰Α?/p>

實驗2 模擬遠距離輸電的優(yōu)越性

1.實驗器材

學生電源、可拆變壓器（2個）、單刀開關(guān)（2個）、單刀雙擲開關(guān)（2個）、小燈泡及底座（4個）、木板（1塊）、螺絲釘若干、導(dǎo)線若干。

2.實驗與論證

通過教材中的思考與討論，如果直接由發(fā)電站到用戶，用戶質(zhì)量得不到保障，筆者自制對比實驗，讓學生體會遠距離輸電的優(yōu)越性。

（1）設(shè)計實驗電路圖（如圖2）

（2）實驗操作及現(xiàn)象

筆者自制的遠距離高壓輸電演示儀，下面是模擬由發(fā)電廠直接到用戶的遠距離低壓輸電線路，上面是模擬由發(fā)電廠經(jīng)升壓變壓器、輸電線、降壓變壓器再到用戶的遠距離高壓輸電線路。接于同一電源，4個小燈泡規(guī)格一致，輸電距離一樣， 調(diào)節(jié)升、降壓變壓器匝數(shù)之比為8：1、1：8，檢查電路無誤，接入電源，提醒學生注意觀察兩條線路小燈泡的亮度。（依次關(guān)閉低、高壓輸電開關(guān)）我們發(fā)現(xiàn)采用高壓輸電線路的小燈泡發(fā)光稍微更亮，得到的功率稍微更多，但還不足以說明高壓輸電的優(yōu)越性。其他條件不變，現(xiàn)在將輸電線上的電壓升得更高，將匝數(shù)比調(diào)節(jié)到1：60和60：1，（關(guān)閉開關(guān)，調(diào)節(jié)升、降變壓器）我們發(fā)現(xiàn)輸電線電壓升高后，小燈泡明顯更亮，得到的功率更多。

（3）實驗設(shè)計目的

通過對比實驗，讓學生直觀形象地認識遠距離輸電的優(yōu)越性，激發(fā)學生的求知欲，此情此景學生一定滿臉疑惑，迫切地想知道其中的奧秘。

由此，筆者設(shè)計了第三個實驗。

實驗3 “模擬遠距離高壓輸電”的本質(zhì)

1.實驗器材

學生電源、可拆變壓器（2個）、開關(guān)（2個）、小燈泡及底座（4個）、木板（1塊）、靈敏交流電流表（2只）、數(shù)字電壓表（1只）、螺絲釘若干、導(dǎo)線若干。

2.實驗與論證

改變遠距離輸電中的變壓器匝數(shù)比，比較靈敏電流表的讀數(shù)，進一步理解高壓輸電的本質(zhì)是改變輸電線上的電流。

（1）設(shè)計實驗電路圖（如圖3所示）

（2）實驗操作及現(xiàn)象

兩個交流電流表的量程分別是300 mA和100 mA。用兩個自制的插銷，抽出后可以將電流表串聯(lián)在電路中。（現(xiàn)在筆者將電流表表盤投影到大屏幕，提醒學生注意觀察兩條線路的小燈泡亮度和電流表的示數(shù)），變壓器匝數(shù)比為1：8、8：1，我們發(fā)現(xiàn)低壓輸電線路的電流大約為220 mA，高壓輸電線路中的電流約為70 mA，將匝數(shù)比接到1：60、60：1，接通電源，高壓輸電線上的電流表示數(shù)約為10 mA，電流表示數(shù)減小，燈泡卻更亮了。通過實驗現(xiàn)象可得，輸電線兩端的電壓升高后，高壓輸電線上的電流減小，用戶得到的功率反而更多。

結(jié)合P■=I■■R■、U■=I■R■揭示遠距離高壓輸電的本質(zhì)是通過提高輸電線兩端的電壓后，減小輸電線上的電流，從而減小輸電線本身的電壓和電功率的損耗，使用戶的用電得到保障。

（3）實驗設(shè)計目的

通過對比實驗，揭示了遠距離高壓輸電的本質(zhì)是通過提高輸電線兩端的電壓，從而減小輸電線的電流，減小輸電線上的電壓和電能的損失，對遠距離輸電的理論推導(dǎo)做好思維鋪墊。

通過實驗打破老師以講為主的傳統(tǒng)教學模式，結(jié)合中學生好奇、求知欲強的特點，激發(fā)其學習興趣，用形象直觀的實驗現(xiàn)象突破本節(jié)課的學習難點。

【教學效果及反思】

通過實驗現(xiàn)象，學生可以直觀形象地認知遠距離輸電的過程和原理，達到設(shè)計效果。自制實驗教具，傳遞變廢為寶的理念，展示物理學科的魅力。通過三個實驗，層層遞進，展示遠距離高壓輸電的優(yōu)越性，現(xiàn)象和數(shù)據(jù)結(jié)合，揭示遠距離高壓輸電的本質(zhì)：升高輸電線兩端的電壓，減小輸電線上的電流。減小輸電損失，保障用戶的用電質(zhì)量。同時培養(yǎng)學生學習物理的興趣，提高師生上課的快樂感，達到學生學習的輕松態(tài)，提升學生的探究、實驗、分析、總結(jié)能力，使學生成為教學的主體，從而輕松實現(xiàn)本節(jié)課的三維目標。

在實驗設(shè)計中，把變壓器當成理想變壓器來處理，使問題簡單化，同時，電廠供給的電能要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換才能到達用戶，實驗中也不能達到用戶功率一定的要求，導(dǎo)致本實驗的設(shè)計還存在一些缺點和不足。

生活因物理而美好，物理因?qū)嶒灦剩?/p>

參考文獻：

[1]張大昌，張維善.物理 選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010：45-49.

（欄目編輯 劉 榮）endprint