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“第5节高压输电”的教学设计编制：朱祖俊2012/10/21教学目标：1．了解为什么要用高压输电．2．知道减少远距离输送电能损失的主要途径．3．了解电网供电在能源利用上的作用，认识科学技术对人类生活的深远影响。教学重点：了解高压输电的原因和电网供电在能源利用上的作用。教学难点：减少远距离输电电能损失的途径。教学流程：教学过程：【演示实验】观察现象并记录：输电线长短小灯泡亮度短明亮长暗淡问题：小灯泡亮度的变化是什么原因导致的？生：输电线上有电阻，电阻的热效应导致了电能在输电线上部分损失了，从而使小灯泡获得的电能减少变的暗淡现实生活中，发电站往往距离电力用户很远，这样就导致了远距离输电的问题。输电时，导线上由于电流热效应引起的电能损失，造成了资源的浪费，那么如何减少输电线电能的损失？学生分组讨论后阐述方法：两个途径：①减少输电线的电阻②减小输送的电流一、降低导线电阻～输电线学生电源如何减少输电线的电能损失（问题导入）为什么一定要用高电压输电（思考与讨论）远距离输电与社会发展（讲述和讨论）电网供电STS：输电的发展历程和“大面积停电引发的思考”阅读材料：电阻定律——同种材料的导体，其电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻还与构成它的材料有关。写成公式则是：lRS式中是比例系数，它与导体的材料有关，是表征材料性质的一个重要的物理量，在长度、横截面积一定的条件下，越大，导体的电阻越大。叫做这种材料的电阻率几种导体材料在20℃时的电阻率材料ρ/Ω·m材料ρ/Ω·m银1.6×10-8铁1.0×10-7铜1.7×10-8锰铜合金4.4×10-7铝2.9×10-8镍铜合金5.0×10-7钨5.3×10-8镍铬合金1.0×10-6思考和讨论：①实际输电时能减少输电线的长度吗？②输电线的材料实际选择时，电阻率越低越好吗？③加粗电线的方法可行吗？试计算此题：把功率200KW的电能用铝导线输送到10Km以外的地方，要使功率损失为输送的10%，用110V的电压输电，导线的横截面积应多大？结论：减少电能的损失不能依靠降低导线电阻来实现目前，我们许多高压线是多股绞线拧成的，中心是钢线，它的机械强度大，使输电线不易拉断；钢线的周围是铝线，它不仅导电性能好，而且密度小，使输电线不致于太重，易于架设。二、降低输电电流由P=UI知，在输送一定功率的电能时，要减小输送的电流，就必须提高送电的电压。【演示实验】观察现象并记录：提高电压明亮课本P64，思考与讨论：一台发电机，输出的功率为1000KW，所用输电线的电阻是10Ω，档发电机接到输电线的电压分别为5KV、50KV时，分别计算：（1）导线上的电流（2）在导线上损失的热功率。结论：高压输电可以有效的减少电能的损失我国远距离输电采用110KV、220KV和330KV的电压，少数线路已经采用550KV的超高压送电。输电电压是否可以无线提高呢？不是的。输电电压过高，会增加绝缘的困难，因而架线的费用增加，输电线路还容～学生电源易向大气放电，增加电能的损失。一般大型的发电机组发电电压是10KV左右，输送时，要将电压升到110KV、220KV、330KV或550KV，到了用电区，又要逐级把电压降下来。阅读：STS——输电的发展历程三、电网供电学生活动：“网”的作用“网”的形成原因：资源的不平衡、不对称；“你有我无，你多我少”现在的城市使用的电能，大多从电网输送过来。将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来，形成全国性或地区性的输电网络，这就是电网。我国的水、煤资源地域性的差别使得我国必须使用电网来进行平衡。瓦匠裁缝马夫农民艺人资料：焦点访谈——煤从哪里走？(央视网消息(焦点访谈)：很多人都知道京藏高速公路。它之所以出名，不仅因为它是一条交通要道，更主要的，是因为它的堵。这两年，京藏高速堵车的新闻经常见诸媒体。在某些路段，甚至多次出现堵车几十、上百公里的情况。随着经济的发展，车流量增大，堵车的现象并不少见。但这条高速公路经常发生大规模堵车的背后，还有一个重要的原因。充沛的能源运不出去位于内蒙古自治区境内的京藏高速呼和浩特至集宁段，因为经常堵车而闻名，经常驾车途经此地的人都曾在这里领教过塞车的滋味儿。据了解，这条高速公路的最高设计流量为每日4万5百台次，而塞车严重时，实际日最高流量超过8万1千台次，超出设计流量的102%。在堵车的行列里，绝大多数都是重型卡车，这些车辆从内蒙古自治区的各个煤矿，把煤炭运往全国22个省市。公路交通不堪重负，那么能不能多用铁路运输呢？记者在呼和浩特铁路局了解到，铁路运力也已饱和。我国的能源资源分布非常不平衡，76%的煤炭资源分布在北部和西北部，但是70%以上的能源需求却集中在东中部，西部的能源需要大量输送到东部。内蒙古自治区煤炭资源丰富，现已探明煤炭储量7400亿吨，居全国首位。2011年，全区原煤生产接近10亿吨，其中6亿多吨煤需要长距离外运，这不仅给交通运输造成巨大的压力，也使得煤炭的成本增加，价格大幅上涨。据自治区发改委介绍，鄂尔多斯地区一吨煤炭的平均坑口价是300多元，运到秦皇岛就涨为每吨700多元，再运往长三角、珠三角地区煤炭价格就涨到每吨1000元以上。“变输煤为输电”一举多得那么能源外运有没有更好的方法呢？华北电力大学的曾鸣教授向记者介绍，除了原煤直接外运，还有一种方式，就是让煤从空中走，也就是说将煤炭先就地发电，转化为电力之后向外输出，但目前内蒙古自治区就地转化为电力的煤炭所占比例，还不到直接外运煤炭的6%。曾鸣教授认为对于内蒙古自治区来说，输煤输电各占一半的比例比较合理。同时专家还介绍，向中东部地区输电，社会效益也十分明显，既可以缓解东中部地区的环境压力，也可以促进内蒙古自治区社会协调可持续发展。另外，自治区的煤就地转化为电，还有一个优势就是能够避免资源浪费。内蒙古自治区西部的煤炭有一个特点，氧化铝含量很高，这样的煤经过燃烧成粉煤灰之后，可以提炼出氢氧化铝和氧化铝等产品。目前，我国的铝土矿有55%都依靠进口，而内蒙古西部地区已探明富含铝的煤炭资源500多亿吨，潜在氧化铝资源约150亿吨，相当于我国探明铝土矿资源的5倍，如果能把这里的煤炭集中起来就地发电，剩下的粉煤灰再集中处理提炼，就能化废为宝，获得大量宝贵的铝。此外，内蒙古自治区的煤炭外运前，要经过洗选，这样就会剩余大量的煤矸石和煤泥，这些煤矸石、煤泥被作为废料丢弃，不仅会造成环境污染，也是一种资源浪费，因为这些煤矸石和煤泥都可以用来发电。看来让煤从“空中走”变输煤为输电既能减轻交通压力、降低煤价、避免资源浪费、减少环境污染，也能缓解东中部地区严重缺电的问题，是个一举多得的好办法。十一五期间，内蒙古自治区电力建设加快发展，目前全区电力总装机达到了7000多万千瓦，据全国第二位。然而，电厂建成了，却又出现了新的问题。电力建设超前外送通道建设滞后自治区发改委介绍，截至今年上半年，内蒙古自治区富余的火电装机至少在500万千瓦以上。同时，自治区风力发电装机约1600万千瓦，由于用电需求不足，目前风电也不能完全发挥效益。据内蒙古自治区相关部门介绍，之所以出现这样的问题，一方面是由于自治区电力建设超前，而自身用电负荷增长缓慢，另一个重要的原因是大规模大容量的电力外送通道建设滞后，导致尽管东中部地区用电需求很大，但内蒙古的电却送不过去。一方面是东中部地区能源需求旺盛，而另一方面，内蒙古自治区煤炭外运难，发电的潜力又不能充分发挥，这样的矛盾亟待解决。2011年颁布的《国家十二五规划纲要》中列了五个国家综合能源基地，其中有两个就属于内蒙古自治区。因此，目前自治区电力开发工作进展迅速，如果制约电力大规模外运的矛盾不彻底解决，将会影响能源基地的建设和长远发展。有煤，但运力已经饱和；而且原煤外运，既增加了成本，浪费了资源，又污染了环境，并不划算。专家介绍，改输煤为输电，让煤从空中走是比较好的能源外送的方法。)2005我国东北电网、华北电网、西北电网、华中电网、华东电网、南方电网就已实现互联。学生讨论电网的优势：电网送电可以在能源产地使用大容量的发电机组，减少大容量的发电机组，减少发电设施的重复建设，降低运输一次能源的成本；可以保证发电和供电的安全和可靠，调整不同地区的电力供需平衡。阅读：课本P66——石墨炸弹和P69——STS：“大面积停电”引发的思考学生谈谈读后感想（体会科学技术对现代社会的“双刃剑作用”和依赖大规模电力供给的现代文明的脆弱性）课后作业：交流讨论——我们还可以用其他方式替代远距离的输电吗？四、小结这节课我们学习了哪些知识？1、两个途径：①减少输电线的电阻②减小输送的电流2、远距离输电必须采用——高压输电