模拟真实场景，体验实验探究

　　在进行人教版教材选修3-2第5章第5节《电能的输送》一节的教学中，笔者结合物理学科的特点，针对该知识点在实际教学中模拟了一个远距离输电的真实场景，设计了一次探究活动，收到了较好的教学效果。现总结如下：

 

　　一、教师创设发现问题的情景

 

　　课堂上教师在讲台演示一个小灯泡A与学生电源连接构成闭合回路，小灯泡发光。学生很兴奋。教师提出：坐在教室后排的同学那里有一个相同的灯泡B，想让B也发光怎么办？

 

　　学生回答：接通电源。

 

　　教师：可是现在只有一个学生电源，在讲台桌这里。怎么办？

 

　　学生：把学生电源拿到教室后排。

 

　　教师：可那里没有插座，没有电源。

 

　　学生思考后，回答：用导线连接。

 

　　教师拿出事先准备好的一大卷导线（30m）。

 

　　教师提出本节课的课题：远距离输电

 

　　在实际生活中，为了合理地利用天然资源，水电站要建筑在河流上，火电站有时要建筑在煤矿附近。但是用电的地方却分布很广，有的地方离发电站很远。因此就需要把电能输送到远方。电能便于输送，用输电导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了。

 

　　下面我们就来模拟一下远距离输电，把电能输送到教室后排。

 

　　二、学生通过实验探究，发现问题

 

　　师生共同把导线展开，将导线的一端与讲台处的学生电源相连，同时接上灯泡（与教室后排处的灯泡B的亮度形成对比），另一端与教室后排的灯泡B相连。

 

　　同学们观察：闭合电源后，各灯泡的亮暗情况。

 

　　结果非常出乎人的意料之外：灯泡B的亮度很暗。

 

　　学生讨论：为什么灯泡B的亮度很暗，而灯泡A的亮度与原来相同。

 

　　三、学生猜想与假设

 

　　分析：灯泡B亮度暗的原因主要是，导线上有电阻r存在，使电能在输送过程中产生了较大的损耗。P_损=I²r

 

　　四、分析问题，设计探究实验方案

 

　　如何解决导线中电能的损耗？

 

　　分析产生损耗的原因可以发现，影响因素有两个，导线中的电流I和导线的电阻r。

 

　　要减少电能的损耗，就从这两个方面来入手：减小导线的电阻r和减小导线中的电流I。

 

　　方案一：减小导线的电阻r

 

　　方案二：减小导线中的电流I

 

　　五、学生讨论、分析两个方案的可行性

 

　　方案一：由电阻定律可知，在输电线长度l一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小、横截面积大的导线。

 

　　学生查阅资料：几种导体材料在20℃时的电阻率

 

 

　　目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。但是，要增大导线的横截面积，就要多耗费金属材料，会使输电线太重，给架线带来很大困难。

 

　　方案二：减小导线中的电流I，在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，功率损失P_损=I²r就减小到原来的万分之一。

 

　　教师：怎样才能保证我们电能不变的情况下，使输电的电流减小呢？

 

　　学生：利用前面学过的理想变压器可以实现。

 

　　教师出示一台理想变压器。

 

　　教师：怎样改变导线中的电流呢？

 

　　学生：利用升压变压器。

 

　　讲台处充当发电站，将学生电源的输出端连接至升压变压器。

 

　　提问：这样导线中的电流就减小了。可是电能输送到教室的后排能直接用吗？

 

　　学生：不能，这个电压太高，还需将电压降下来。需要使用降压变压器。

 

　　六、实验探究，解决问题

 

　　教师指导学生连接降压变压器，并且强调用电安全。

 

　　闭合电键，再次观察灯泡A与灯泡B的亮暗情况。

 

　　学生极度兴奋：灯泡B比原来要亮的多，与A亮度基本相当。

 

　　通过这个远距离输电真实场景的模拟，进行实验探究，学生不仅学到了远距离输电的知识，并且亲身经历了整个探究过程，科学的思维能力得到了实实在在的训练，同时保持了好奇心与求知欲，发展了科学探索的兴趣。