Открытый урок "Генерирование электрической энергии. Трансформаторы"

Урок физики в 11 класс

Тема: «Генерирование электрической энергии. Трансформаторы»

Цельурока:

• выяснить назначение, устройство и принцип работы генератора и трансформатора;

• изучить процесс передачи электрической энергии на большие расстояния;

• рассмотреть работу трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой.

Задачи урока:

Образовательные:

• расширениекругозораучащихся;

• развитие творческих и познавательных способностей;

• привитие интереса к предмету "Физика";

• углублениеизученногоматериала.

Развивающие:

• развитие речи, умения выражать свою точку зрения;

• развитиемышления;

• развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, наблюдать)

Воспитательные:

• воспитание нравственных качеств, отражающих отношение друг другу - умение выслушать друг друга, спокойно возразить;

• вовлечение всех учащихся в творческую работу.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Ход урока:

I. Орг. момент.

II. Определение темы урока.

Учитель: Мы уже не мыслим себе жизни без электричества.

Потребность в электроэнергии постоянна: в промышленности, на транспорте, в быту. Электрическая энергия обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии.

Вопрос: Как вы думаете, какие это преимущества? (ответы учащихся)

Ответ:Ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Кроме того, эту энергию можно довольно просто превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д.

(открывается на доске) «Генерирование электрической энергии.

Трансформаторы»

III. Изучение нового материала.

Актуализациязнаний.

1. Что называют переменным током? (Переменный ток - это вынужденные электромагнитные колебания)

2. Что мы знаем о нём? (Сила тока и напряжение меняются по гармоническому закону).

3. Чем создается переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети? (Переменноенапряжениесоздаетсягенератораминаэлектростанциях).

Изучение нового материала

Учитель: Из чего состоит генератор? Как он работает?

Для начала немного информации (сообщение об истории создания, видах,

областях применения генераторов)

Учитель: перед вами модель генератора переменного тока.

Опыт:генерирование тока для лампочки на подставке.

Учитель: На экране (слайд №2) большой промышленный генератор.

В настоящее время имеется много различных типов индукционных генераторов, но все они состоят из одних и тех, же частей.

Задание: изучите стр. 112-113 учебника и ответьте на вопросы:

1. Каковы основные части генератора? (запишите в тетради, укажите их на модели и на рисунке)

2. Каков принцип работы генератора?

3. Для чего зазор между сердечниками статора и ротора делают достаточно малым?

Учитель: Современный генератор – это внушительное сооружение, детали которого изготавливаются с точностью до миллиметра.

Учитель: Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Но передача связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода ЛЭП.

Вспомните закон Джоуля – Ленца. Согласно его: энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой: Q= I²Rt

(формула открывается на доске).

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной.

Проблемный вопрос: Как передать энергию на большие расстояния?

(рассуждения учащихся.)

Ответ:I²R = Р_тепл - тепловая мощность электрического тока.

Уменьшение этой мощности за счет уменьшения сопротивления R проводов ЛЭП означает увеличение площади поперечного сечения проводов, вспомните: R=ρl/s. Увеличение площади экономически невыгодно, так как надо израсходовать много металла.Поэтому следует уменьшить силу тока, но при этом увеличить напряжение, при котором передается мощность P=IU, вырабатываемая электростанцией.

Вывод: Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. В высоковольтных ЛЭП напряжение достигает 500, 750 кВ.

Вопрос: А какое напряжение у вас в домах? (ответы учащихся)

Как быть? Что делать?

Учитель: Переменный электрический ток никогда бы не получил такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовывать (трансформировать) почти без потерь энергии.

Не соответствие напряжений говорит о необходимости применения специального устройства, способного его изменять.

Это устройство – трансформатор, запатентованный в 1876 году русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым (слайд №3).

Учитель: Условное обозначение трансформатора приведено на рисунке.

(надоскерисунок)

Учитель:

1. На чем основано его действие? (наявленииэлектромагнитной

индукции)

1. Из каких частей состоит трансформатор? (сердечник, первичная и

вторичнаяобмотки)

1. От чего зависит напряжение на вторичной обмотке? (прямо

пропорциональночислувитков и

производнойпотокамагнитной

индукцииповремени)

Внимание на экран: «Устройство трансформатора»(слайд №4)

Учитель: Аналогичная зависимость напряжения от числа витков наблюдается и на первичной обмотке. Таким образом, получаем:

U ₁=N₁Ф¹

U₂=N₂Ф¹, следовательно

Вопрос:Как называется отношение напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора? При каком условии трансформатор будет повышающим, а при каком - понижающим?

Задание: Найдите ответ на стр. 116 учебника (ответ учащихся)

Ответ: Коэффициент трансформации. При k1 – трансформатор понижающий, при k

Решите задачу: Сборник А.П. Рымкевич № 976

(решить в тетрадях, с взаимопроверкой).

Учитель: (слайд №5). Если нагрузить трансформатор во вторичной обмотке, то сила тока в ней будет отлична от нуля. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца будет уменьшать изменение магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока, казалось бы должно, в свою очередь, уменьшить ЭДС индукции в первичной обмотке. Однако это невозможно, так как U₁|=|e₁|.Поэтому при включении нагрузки, увеличивается сила тока в первичной обмотке.

Увеличение силы тока в цепи первичной обмотки происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь, присоединенную к вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой.

(слайд №6) Мощность в первичной цепи при нагруженном трансформаторе, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

U₁ I₁=U₂ I₂ ,следовательно U₁ / U₂=I₂ / I_1.

Это значит, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока.

IV. Закрепление.

Компьютерный тест «Генератор и трансформатор»

(программа-тестер с отметкой).

V. Домашнее задание (слайд №7):

- §§37, 38, 40

- Подумайте и ответьте на вопрос: Почему трансформатор гудит?

- Из СМИ, сети Интернет подготовьте сообщения (в форме доклада, презентации) о «Производстве и использовании электрической энергии».