План-конспект урока в 11 классе на тему Производство, передача и использование электрической энергии

КОНСПЕКТ УРОКА ФИЗИКИ

НА ТЕМУ «ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ»

ДЛЯ 11 КЛАССА

ПОДГОТОВИЛА УЧИТЕЛЬ ФИЗИКИ

ХАРЬКОВСКОЙ ГИМНАЗИИ№55

ЗАЙЦЕВА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА

Тема: Производство, передача и использование электрической энергии

Цели урока:

Образовательная:

- конкретизировать представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой;

- показать пути получения и преобразования энергии при рассмотрении принципа действия и устройства наиболее распространенных видов энергетических установок, способов передачи и использования энергии;

- раскрыть роль энергетики в развитии промышленности Украины;

- закрепить понятие «энергосистема» на краеведческом материале.

Развивающая:

- развивать экономическое и экологическое мышление, умение анализировать и делать выводы;

- развивать физико-математический язык учеников;

Воспитательная:

- воспитывать экологическую, экономическую, информационную, коммуникативную культуру учащихся;

- формировать познавательный интерес к физике;

- в процессе подготовки к защите проектов формировать навыки самостоятельной работы и работы в группе;

- приучать учащихся к выступлениям перед аудиторией.

Тип урока: урок обобщения и повторения знаний.

Задачи урока:

Учебные: воспроизвести знания об энергии как одной из важнейших характеристик движения материи; о различных видах энергии и энергетических ресурсов; систематизировать знания о типах электростанций;

Развивающие: развивать у учащихся практические навыки исследовательского характера, выведение познавательной активности детей на творческий уровень знаний.

Воспитательные: воспитывать стойкий интерес к физике, уважительное отношение друг к другу; активность, умение кооперативно принимать решение и оценивать результаты своей работы и деятельность одноклассников;

Ожидаемые результаты урока:

после данного урока ученики

смогут знать:

1) принцип действия и устройства наиболее распространенных видов энергоустановок ;

2)способы передачи и использования различных видов энергии;

3)преимущества электрической энергии перед другими видами энергии;

4)понятие переменного тока;

5)понятие энергосистема ;

смогут уметь:

1) распознавать и сравнивать типы электростанций;

2) объяснять физические основы передачи электрической энергии на большие расстояния;

3) Объяснять принцип действия генератора тока;

4)Объяснять принцип действия трансформатора;

5) рассчитывать коэффициент трансформатора;

6) применять закон Джоуля-Ленца;

Структура урока:

1. Организационно - психологическая часть урока.

2. Актуализация опорных знаний.

3. Проверка степени усвоения содержания учебного материала.

4. Работа в группах.

5. «Микрофон».

6. Подведение итогов урока, оценивание результатов урока.

7. Домашнее задание.

Оборудование:

плакаты со схемами электростанций,

карта Украины (значки различных типов электростанций с иголочками или на магнитах для размещения на карте);

плакаты «Схема топливного элемента», «Энергетический баланс солнечной энергии», «Что и как потребляется?», «Замкнутый цикл производства энергии»;

компьютер, проектор, компьютерная презентация урока , подготовленная учителем совместно с учащимися.

Ход урока:

I. Организационно - психологическая часть урока.

Вступительное слово учителя о целях и задачах урока.

Проверка готовности учащихся к уроку.

Учитель : Сегодня на уроке вам предлагается, работая в группах, вспомнить теоретические сведения согласно плану урока , защитить свой проект-презентацию по каждому вопросу . На отдельных карточках записаны тестовые задания, которые должны будут решить представители от каждой группы с целью закрепления теоретических знаний и карточка с расчетной задачей, решение которой нужно защитить . От каждой группы необходимо представить докладчика, содокладчика и рецензента.

План урока:

I. Исторические факты развития энергетики.

II. ГЭС.

III. ТЭС.

IV. АЭС.

V. Альтернативные источники энергии.

VI. Энергетическая концепция Украины.

Класс разбивается на 6 групп, каждая из которых формируется на первых уроках темы "Электромагнитные волны". Для каждой группы на уроке приготовлен лист полуватмана, карта Украины, маркер определенного цвета, конверты на каждого ученика с набором разноцветных фишек для оценивания, карточки с тестами и задачами, лист контроля.

2. Установочно-мотивационный этап урока.

Учитель : Энергия является основой жизни человеческого общества. Современное развитие мировой экономики неразрывно связано с ростом темпов производства энергии. Это обусловлено многими факторами: всеобщим увеличением мирового производства товаров, развитие транспорта и телекоммуникаций, разработкой удаленных месторождений полезных ископаемых, утилизацией отходов и увеличением объемов использования электроэнергии в быту .Поэтому темпы увеличения производства электроэнергии превышают нынешние темпы прироста населения на Земле.

Сейчас, как никогда остро встал вопрос о том, каким будет будущее планеты в энергетическом плане. Что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие? На сегодня 6 млрд. людей на Земле используют больше 12 млрд .кВт энергии за год, то есть в среднем 2 кВт на человека. Эта энергия производится за счет угля-26%, нефти-42%, газа-20%,гидроэнергии-4%, ядерной энергии-5%, других источников-3%.То есть, примерно 90% энергии мы получаем за счет органических видов топлива, нефти, угля, газа. Эти источники еще называют невосстанавливаемые, так как скорость их накопления в недрах Земли намного меньше от скорости их использования (приблизительно в 106 раз).

II. Актуализация опорных знаний.

Учитель : Чтобы посмотреть, понятен ли вам материал, я предлагаю вам ответить на 5 вопросов. За каждый правильный ответ вы получаете 1 балл.

Тестовая проверка знаний и умений учащихся.

Вариант 1

1. Что является источником энергии на ТЭС?

1. Нефть, уголь, газ

2. Энергия ветра

3. Энергия воды

2. В какой области народного хозяйства расходуется наибольшее количество производимой электроэнергии?

1. В промышленности

2. В транспорте

3. В сельском хозяйстве

3. Как изменится выделяемое проводами количество теплоты, если увеличить площадь поперечного сечения провода S?

1. Не изменится

2. Уменьшится

3. Увеличится

4. Какой трансформатор нужно поставить на линии при выходе из электростанции?

1. Понижающий

2. Повышающий

3. Трансформатор не нужен

5. Энергосистема - это

1. Электрическая система электростанции

2. Электрическая система отдельного города

3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

Вариант 2

1. Что является источником энергии на ГЭС?

1. Нефть, уголь, газ

2. Энергия ветра

3. Энергия воды

2. Трансформатор предназначен

1. Для увеличения срока службы проводов

2. Для преобразования энергии

3. Для уменьшения выделяемого проводами количество теплоты

3. Энергосистема - это

1. Электрическая система электростанции

2. Электрическая система отдельного города

3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

4. Как изменится выделяемое проводами количество теплоты, если уменьшить длину провода?

1. Не изменится

2. Уменьшится

3. Увеличится

5. Какой трансформатор нужно поставить на линии при входе город?

1. Понижающий

2. Повышающий

3. Трансформатор не нужен

Взаимопроверка, выставление баллов в лист контроля (Приложение 1).

III. Проверка степени усвоения содержания учебного материала.

1. Перед классом ставится учебная проблема:

Учитель : Практически вся жизнь человека в быту связана с электричеством.

А что будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей? (А. Мицкевич)

А, действительно, как бы жила планета? Ведь было время, когда люди жили без света. Трудно жили. 1920 год. Вспомните, какие решения и проекты, важные для перестройки экономики страны были приняты в этом году?
В первые годы после гражданской войны перед народом встала задача восстановления народного хозяйства и в феврале 1920 года была создана комиссия по электрификации, которая предложила план ГОЭЛРО.

Этим планом предусматривалось:

1. Опережающее развитие электроэнергетики;

2. Повышение мощности электростанций;

3. Централизация производства электроэнергии;

4. Широкое использование местного топлива и энергетических ресурсов;

5. Постепенный переход промышленности, сельского хозяйства, транспорта на электроэнергию.

Если бы не принятый План ГОЭЛРО, электрификация Украины отодвинулась бы на неопределенную перспективу.

- Почему именно развитие электроэнергетики было поставлено на первое место для развития государства?
- В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?
- Как осуществляется передача электроэнергии?
- Какова энергосистема нашего региона?
Вот вопросы, на которые мы с вами ответим в процессе нашего урока.

2.Защита проекта каждой группы. Заслушивание сообщений, заполнение в тетради обобщающей таблицы (Приложение 2). .

3. Обсуждение докладов. Выступление рецензентов. Подведение итогов.

IV. Работа в группах.

1. Учитель: Производители электроэнергии, то есть электростанции разбросаны по всей стране и многие из них объединены высоковольтными линиями электропередач (ЛЭП), образуя общую электросеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение называют энергосистемой.

Давайте рассмотрим энергосистему нашего региона.

Работа с таблицей «Линии и подстанции ОАО »

Задача: рассмотреть и проанализировать физические основы передачи электрической энергии на большие расстояния; применить знание закона Ома и закона Джоуля - Ленца для объяснения принципов передачи электроэнергии на расстояния по предложенной на таблице схеме.

Ожидаемые выводы учеников:

1)Преимущества электроэнергии перед другими видами энергии:

- Ее можно передавать по проводам в любой населенный пункт;

- Можно легко превращать в любые виды энергии;

- Легко получать из других видов энергии;

2) Передача электроэнергии связана с заметными потерями, вызванными нагреванием проводов; в соответствии с законом Джоуля-Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов прямо пропорционально зависит от сопротивления линии электропередачи. Чем больше сила тока, тем меньше удельное сопротивление и длина проводов, тем больше количество теплоты и наоборот. Чем больше площадь поперечного сечения провода, тем меньше количество теплоты. Но увеличивать S не выгодно, так как это приведет к увеличению массы проводов.

3) Однако при очень большом напряжении в линиях переменного тока резко возрастают потери электроэнергии из-за возникновения коронного разряда. Чтобы этого не происходило, необходимо учитывать: чтобы амплитуда переменного напряжения была допустима для данной площади поперечного сечения проводов. В связи с этим возникает вопрос об уменьшении сопротивления линии.

4) Уменьшить количество теплоты можно за счет уменьшения силы тока. Для этого применяют устройство, называемое трансформатором. Трансформатор - прибор, позволяющий преобразовать переменный электрический ток, таким образом, что произведение I₁ U₁= I₂ U₂. Если повышать U, то I будет уменьшаться и наоборот. Вот эта возможность преобразовывать силу тока за счет изменения напряжения практически без потерь и используется для передачи электроэнергии от производителя до потребителя.

5) Трансформаторы могут быть повышающими и понижающими. При передаче электроэнергии на значительное расстояние напряжение повышают до нескольких сотен киловольт, поэтому на выходе из электростанции должен стоять повышающий трансформатор. Но так как потребитель в основном использует более низкое напряжение, то на входе в населенный пункт ставят понижающий трансформатор.

6) Чем длиннее ЛЭП, тем выгоднее использовать более высокое напряжение до 500 кВ. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16 - 20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных мер для изоляции обмоток и других частей генератора. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

7) Для непосредственного использования электроэнергии потребителями напряжение на концах линии понижают. Обычно понижение напряжения и соответственно увеличение силы тока происходит в несколько этапов.

8) Электростанции ряда районов страны объединены высоковольтными ЛЭП, образуя единую энергосистему, которая дает возможность сгладить «пиковые» нагрузки потребления энергии в утренние и вечерние часы.

2. Учитель: На сегодня Украина является одной из стран мира, в которой энергия используется наименее эффективно, хотя электроэнергетика - базовая отрасль экономики Украины.

Коллективная работа групп с картой Украины.

Задача: найти и разукрасить разноцветными фломастерами электростанции, проанализировать полученные результаты в виде секторной диаграммы «Электростанции Украины» (10-15 минут)

Подведение итогов .

3. Решение, обсуждение и защита задач.

Задача 1.

Для передачи электроэнергии на расстояние используют трансформатор, загруженный до номинальной мощности 1000 кВт. Линия электропередачи двухпроводная площадью поперечного сечения 35 мм² и изготовлена из меди, удельное сопротивление которой 1,7 ·10^-8 Ом·м. Исследовать потери электроэнергии в линии передачи длиной 300 км при значениях напряжения: 35кВ,60 кВ,110 кВ,160 кВ, 220 кВ. Построить графики зависимости потери электроэнергии в кВт·ч и в денежном эквиваленте ( в гривнах) от потребляемого напряжения.

Вопрос: Как можно связать динамику уменьшения затрат электроэнергии от напряжения с массой материалов, из которых изготовлена линия электропередачи?

Задача 2. Сколько минерального топлива можно сэкономить в масштабах Днепропетровской области, если на производство 1 кВт·ч расходуют: каменного угля-350 г ; бурого угля-650 г; мазута (нефти)-250 г;

природного газа-330г. По результатам расчетов построить диаграмму.

Вопрос: Как электроэнергетика влияет на экологическое положение Днепропетровска?

Задача 3.

Первый энергоблок Харьковской ТЭЦ-5 мощностью 100МВт передает энергию по воздушной линии электропередач на подстанцию Залютино, расположенной от нее на расстоянии 3 км. Удельное сопротивление алюминия-2,8·10^-8 Ом·м, сечение провода-300 мм² .Рассчитайте потери мощности и электроэнергии в проводах в случае передачи электроэнергии при напряжении 110кВ и 330кВ за неделю.

Вопрос:

Что такое энергосбережения и энергоэффективность? Какую пользу можно получить в результате экономии электроэнергии?

Задача 4.

Исследуйте потери электроэнергии в линии электропередач от подстанции Барабашово до жилмассива Салтовка при фиксированном значении напряжении до 110 кВ при различных значениях длины линии электроснабжения района- 2 км; 2,5 км; 3 км; 3,5 км; 4 км; 4,5 км и 5 км. Построить графики зависимости потери электроэнергии в кВт·ч и в денежном эквиваленте ( в гривнах) от длины линии электропередачи.

Вопрос:

Какие проводятся мероприятия энергосбережения? Что должен делать каждый из нас, чтобы экономить электроэнергию?

Задача 5.

Исследовать сколько электроэнергии расходуется в пустую при освещении кабинетов на переменах в школе в кВт·ч и в денежном эквиваленте ( в гривнах). Количество кабинетов в школе- 40. Перемены продолжаются 3 по 10 минут и 4 по 5 минут в старшей и средней школе. Расчеты произвести для 10 ламп каждого класса мощностью 150 кВт каждая и для 24 люминесцентных ламп каждого класса мощностью 36 Вт каждая.

Вопрос:

Какие лампы и во сколько раз выгоднее использовать для освещения школьных классов? Какие рекомендации Вы можете дать для экономии электроэнергии в школе ?

Задача 6.

Производство электроэнергии в Украине в среднем за 2010 год такое:

ТЭС-83,4 млрд. кВт·ч; на АЭС-71 млрд. кВт·ч ; ГЭС- 14,2 млрд. кВт·ч; другие источники-2 млрд. кВт·ч. Переведите эти данные в проценты и постройте секторную диаграмму «Производство электроэнергии разными типами электростанций».

Вопрос:

Как можно повысить КПД во время превращения электрической энергии в световую?

V. Микрофон

( ответы на вопросы из «черного ящика»)

1) Какие машины производят электрическую энергию?

2) Какие два основных типа электростанций производят электроэнергию в нашей стране?

3) Чем отличаются эти электростанции друг от друга?

4) Какой вид топлива используют тепловые электростанции? ..атомные электростанции?

5) Почему наиболее экономичными являются тепловые паротурбинные электростанции?

6) Чему передается энергия сгоревшего топлива?

7) Почему вращается ротор?

8) С чем жестко соединен вал генератора?

9) Какова скорость вращения турбогенераторов?

10) До каких параметров доводят пар поступивший в турбину?

11) Каков КПД тепловых электростанций? Где происходят наибольшие потери энергии пара?

12) Как можно увеличить КПД теплоэлектроцентрали?

13) Что используется на гидроэлектростанциях для вращения ротора генератора?

14) Какова роль гидравлической турбины?

15) Почему к месту эксплуатации гидравлическую турбину перевозят частями?

16) От каких параметров плотины зависит мощность ГЭС?

17) Где наиболее выгодно строить гидроэлектростанции?

18) От каких показателей зависит напор воды?

19) Как определяется расход, проходящей через плотину воды?

20) Какой экологический вред от гидроэлектростанций?

21) Что является главным потребителем электроэнергии?

22) Сколько процентов производимой в стране электроэнергии потребляет промышленность?

23) Вторым по количеству потребляемой электроэнергии является…?

24) Какое количество электроэнергии расходуется на освещение?

25) Зачем большую часть электрической энергии превращают в механическую?

26) Почему в промышленности перешли почти на 100% эксплуатацию электрических двигателей?

27) Сколько электроэнергии идет на технологические цели?

28) Как изменятся тепловые потери при передаче электроэнергии , если напряжение в ЛЭП увеличить в 5 раз?

VI. Подведение итогов урока. Рефлексия. Выставление оценок.

Заключительное слово учителя: Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, обидных поражений, возгласов радости и побед.

Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия и что все препоны, преграды и трудности будут преодолены.

VII. Домашнее задание.

Составить мини-проект «Энергосбережение в моем доме»:

Рассчитать расход электроэнергии в своей квартире в течении недели в кВт·ч и в денежном эквиваленте ( в гривнах) и составить план перехода на экономный режим работы домашних электроприборов.

Приложение 1

Лист контроля

Фамилия, имя ________________________________

Тест вариант_______

тест

доклад

рефе

рат

задача

высту

пления

таблица

Взаимо

оценка

Само

оценка

Всего баллов

Приложение 2.

Тип ЭС

Превращения энергии

Особенности расположения

КПД

Преимущества

Недостатки

Экология

Перспектива развития

ГЭС

ТЭС

АЭС

Альтер

натив

ные ЭС

План подготовки к семинару:

- принцип действия;

- энергетические превращения;

- влияние ЭС на экологию;

- места размещения ЭС;

- преимущества и недостатки каждого вида ЭС;