1. Bài toán truyền tải điện năng đi xa Công suất phát từ nhà máy: Pphát = UphátI trong đó I là cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây. Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây: ® Muốn giảm Php ta có 2 cách Cách 1: Giảm R bằng cách tăng tiết diện S (tốn kém, không khả thi, ít được sử dụng) Cách 2: Tăng Uphát trước khi truyền tải bằng cách sử dụng máy biến áp. 2. Máy biến áp a.Định nghĩa: Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) mà không ảnh hưởng đến tần số của dòng điện. b.Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp: Cấu tạo: (Sgk)
CHUYÊN ĐỀ: SỰ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA - MÁY BIẾN ÁP VẬT LÍ 12 ( tiết) Người thực hiện: Lê Thị Thía- Tổ toán lý, Trường THPT Nguyên Bình I Xác định vấn đề cần giải chuyên đề Người ta sử dụng điện khắp nơi, sản xuất điện quy mô lớn, vài địa điểm Điện phải tiêu thụ sản xuất Vì luôn có nhu cầu truyển tải điện với số lượng lớn, xa tới hàng trăm, hàng nghìn kilômet Điện trở dây R, phần điện biến thành nhiệt tỏa vào khí Vậy làm để giảm công suất hao phí toả nhiệt đường dây? II Nội dung kiến thức cần xây dựng chuyên đề Bài toán truyền tải điện xa - Công suất phát từ nhà máy: Pphát = UphátI dụng đường dây I cường độ dòng điện hiệu - Công suất hao phí toả nhiệt đường dây: Php = RI = R Pphá t U phát = Pphá t R U phá t → Muốn giảm Php ta có cách Cách 1: Giảm R cách tăng tiết diện S (tốn kém, không khả thi, sử dụng) Cách 2: Tăng Uphát trước truyền tải cách sử dụng máy biến áp Máy biến áp a.Định nghĩa: Là thiết bị có khả biến đổi điện áp (xoay chiều) mà không ảnh hưởng đến tần số dòng điện b.Cấu tạo nguyên tắc máy biến áp: * Cấu tạo: (Sgk) U1 D1 D2 U2 * Nguyên tắc hoạt động - Đặt điện áp xoay chiều tần số f hai đầu cuộn sơ cấp Nó gây biến thiên từ thông hai cuộn - Gọi từ thông là: Φ = Φ0cosωt - Từ thông qua cuộn sơ cấp thứ cấp: Φ1 = N1Φ0cosωt Φ2 = N2Φ0cosωt - Trong cuộn thứ cấp xuất suất điện động cảm ứng e2: e2 = − dΦ = N 2ωΦ m sinωt dt Vậy: nguyên tắc hoạt động máy biến áp dựa vào tượng cảm ứng điện từ 3, Khảo sát thực nghiệm máy biến áp *Công thức biến đổi điện áp: N2 N2 > 1: máy tăng áp; < 1: máy hạ áp N1 N1 N2 U2 = N1 U1 U I N *Công thức biến đổi cường độ dòng điện U2 = I = N2 U I N * Công thức tổng quát: U2 = I = N2 Phương pháp sử dụng trình tổ chức dạy học Dạy học theo hướng hoạt động nhóm sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu (SGKVL12) nhằm bồi dưỡng nhiều lực thành phần lực chuyên biệt môn Vật lí III Mục tiêu dạy học Kiến thức - Giải thích có hao phí điện đường dây tải điện - Viết biểu thức điện hao phí đường dây tải điện, từ suy giải pháp giảm điện hao phí đường dây tải điện, tăng áp biện pháp triệt để hiệu - Nêu công suất hao phí đường dây tải điện tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp hiệu dụng đặt vào hai đầu dây dẫn - Phát biểu định nghĩa, nêu cấu tạo nguyên tắc làm việc máy biến áp - Nêu điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây máy biến áp tỉ lệ thuận với số vòng dây cuộn - Nêu số ứng dụng máy biến áp 2 Kĩ -Lập công thức tính công suất hao phí toả nhiệt đường dây tải điện: - Giải thích nguyên tắc hoạt động máy biến áp U1 N1 - Vận dụng công thức U = N 2 - Vận dụng giải tập SGK Thái độ + Hứng thú học tập, tích cực chủ động chiếm lĩnh kiến thức + Có tinh thần học tập hợp tác Định hướng lực hình thành + Năng lực sử dụng kiến thức + Năng lực phương pháp +Năng lực trao đổi thông tin - Bảng mô tả lực phát triển chủ đề Nhóm lực Năng lực sử dụng kiến thức vật lí Năng lực thành phần Mô tả mức độ thực chủ đề K1: Trình bày kiến thức tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lí bản, phép đo, số vật lí - Nêu cách giảm hao phí điện đường dây tải điện - Nêu định nghĩa, cấu tạo nguyên tắc hoạt động máy biến áp - Biết vị trí lắp đặt máy biến áp đường dây tải điện K2: Trình bày mối quan - Viết biểu thức Php hệ kiến thức vật lí - Viết biểu thức máy biến áp liên hệ U1, N1 U2, N2 I1,I2 K3: Sử dụng kiến thức vật - Giải tập máy biến áp lí để thực nhiệm vụ - Giải tập công suất hao phí học tập đường dây tải điện K4: Vận dụng (giải thích, dự - Giải thích sơ đồ truyền tải điện đoán, tính toán, đề giải pháp, đánh giá giải pháp … ) kiến - Ứng dụng máy biến áp để hàn điện, nấu thức vật lí vào tình chảy kim loại thực tiễn Năng P1: Đặt câu hỏi - Để giảm điện hao phí lực kiện vật lí trình truyền tải điện cần dùng thiết phương bị nào? pháp + Thiết bị có cấu tạo nguyên tắc hoạt động nào? P2: Thu thập, đánh giá, lựa chọn xử lí thông tin từ nguồn khác để giải vấn đề học tập vật lí P3: Vận dụng tương tự mô hình để xây dựng kiến thức vật lí P4: Lựa chọn sử dụng công cụ toán học phù hợp học tập vật lí P5: Đề xuất giả thuyết; suy hệ kiểm tra Năng lực trao đổi thông tin - Thu thập, đánh giá , lựa chọn, xử lí thông tin thông qua SGK,sách tham khảo, báo chí, thông tin khoa học đời sống vấn đề liên quan truyền tải điện năng, máy biến áp Vận dụng mô hình máy Biến áp thí nghiệm để nghiên cứu phương án truyền tải điện xa Tích hợp với môn toán để tìm tỉ lệ tương quan U1, N1 U2, N2 I1,I2 Để xuất phương án tăng giảm điện áp X1: trao đổi kiến thức ứng dụng vật lí ngôn ngữ vật lí cách diễn tả đặc thù vật lí X2: Phân biệt mô tả tượng tự nhiên ngôn ngữ đời sống ngôn ngữ vật lí (chuyên ngành ) X3: lựa chọn, đánh giá nguồn thông tin khác nhau, X4: mô tả cấu tạo nguyên tắc hoạt động thiết bị kĩ thuật, công nghệ X5: Ghi lại kết từ hoạt động học tập vật lí (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm… ) X6: trình bày kết từ hoạt động học tập vật lí (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm… ) cách phù hợp X7: thảo luận kết công việc vấn đề liên HS trao đổi kiến thức ngôn ngữ vật lí Sử dụng kiến thức vật lí cuộn sơ cấp, thứ cấp So sánh, nhận xét kết nhóm với nhóm khác kết luận nêu SGK Mô tả cấu tạo, nguyên tắc hoạt động máy biến áp Ghi chép nội dung hoạt động nhóm Biểu diễn kết thí nghiệm dạng bảng biểu Giải thích số liệu, kết đo Trình bày kết hoạt động nhóm dạng hệ thống văn bản, báo cáo thí nghiệm Thảo luận trọng tâm ngôn ngữ vật lí để trao đổi thông tin quan góc nhìn vật lí với nhóm X8: tham gia hoạt động nhóm Phân công công việc nhóm hợp học tập vật lí lí để đạt hiệu cao Năng C1: Xác định trình độ có HS xác định kiến thức có lực cá kiến thức, kĩ , thái độ P, Php, R; dòng điện cảm ứng thể cá nhân học tập vật lí C2: Lập kế hoạch thực Lập kế hoạch cố gắng thực kế kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ thân C3: vai trò (cơ hội) Chỉ vai trò truyền tải điện hạn chế quan điểm vật lí hạn chế phương trường hợp cụ thể án nêu môn Vật lí môn Vật lí C4: so sánh đánh giá So sánh, đánh giá giải pháp khía cạnh vật lí- giải pháp khác việc xây dựng kĩ thuật khác mặt kinh tế, phương án truyền tải điện xa xã hội môi trường C5: sử dụng kiến thức vật lí Cảnh báo nguy hiểm để đánh giá cảnh báo mức độ an dây cao trạm Biến thế, đặc biệt toàn thí nghiệm, vấn đề có sét, mưa giông sống công nghệ đại C6: nhận ảnh hưởng vật lí Biết tầm quan trọng truyền lên mối quan hệ xã hội lịch tải điện máy biến áp đến đời sử sống kinh tế xã hội IV Tiến trình dạy học: Truyền tải điện xa máy biến áp Hoạt động 1: Tìm hiểu truyền tải điện xa: (10 phút) TT Hoạt động Nội dung Chuyển giao nhiệm - Đọc sách giáo khoa phần I (trang 86) trả lời câu hỏi: vụ +Công thức tính công suất máy phát điện ? +Công thức tính công suất hao phí đường dây truyền tải điện năng? + Nêu cách làm giảm điện hao phí đường dây tải điện? Thực nhiệm vụ Học sinh làm việc thảo luận nhóm để trả lời câu hỏi HS trình bày kết hoạt động nhóm Báo cáo, thảo luận - Giáo viên tổ chức cho học sinh nhóm báo cáo thảo luận kết thu -Thảo luận câu hỏi trước lớp - Một nhóm cử đại diện báo cáo trước lớp - Các nhóm khác lắng nghe, đưa ý kiến thảo luận - Giáo viên xác nhận ý kiến đứng câu hỏi Kết luận nhận định -GV Nhận xét kết làm việc học sinh -HS ghi nhận kiến thức +Công suất phát từ nhà máy:Pphát = UphátI + Công suất hao phí toả nhiệt đường dây: Php = RI = R Pphá t U phát = Pphá t R U phá t + Các cách giảm Php : Cách 1: Giảm R cách tăng tiết diện S (tốn kém, không khả thi, sử dụng) Cách 2: Tăng Uphát trước truyền tải cách sử dụng máy biến áp Hoạt động 2: Tìm hiểu máy biến áp(20 phút): TT Hoạt động Nội dung Chuyển giao nhiệm - HS đọc SGK phần II (trang 87,88,89 ), quan sát bảng khảo sát đặc tính máy biến áp (trang 88) quan sát vụ mô hình máy biến áp để trả lời câu hỏi sau: + Nêu định nghĩa, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động máy biến áp? + Công thức biến đổi điện áp? Thế máy tăng áp, máy hạ áp? + Công thức biến đổi dòng điện? Thực nhiệm vụ HS thực nhiệm vụ theo nhóm Hoạt động nhóm thảo luận trả lời câu hỏi Báo cáo, thảo luận - Giáo viên hướng dẫn báo cáo thảo luận - Mỗi nhóm cử đại diện báo cáo trước lớp HS trình bày kết hoạt động nhóm - Các nhóm khác lắng nghe, đưa ý kiến thảo luận - Giáo viên xác nhận ý kiến đứng câu hỏi Kết luận nhận định -GV Nhận xét kết làm việc học sinh -HS ghi nhận kiến thức * Định nghĩa: Máy biến áp thiết bị có khả biến đổi điện áp (xoay chiều) * Cấu tạo: +Lõi biến áp gồm nhiều sắt mỏng ghép cách điện với + Cuộn nối với nguồn điện cuộn sơ cấp.U1, N1 , I1 + Cuộn nối với tải tiêu thụ điện cuộn thứ cấp U2, N2 ,I2 *Nguyên tắc hoạt động máy biến áp dựa vào tượng cảm ứng điện từ N U2 = N1 U1 * Công thức biến đổi điện áp: N - N2 > 1: máy tăng áp N - N2 < 1: máy hạ áp U I N * Công thức biến đổi cường độ dòng điện: U2 = I = N2 Hoạt động 3: Tìm hiểu ứng dụng máy biến áp.(5 phút) TT Hoạt động Nội dung Chuyển giao nhiệm HS nghiên cứu Sgk hiểu biết để nêu vụ ứng dụng máy biến áp Thực nhiệm vụ HS thực nhiệm vụ theo nhóm Hoạt động nhóm thảo luận trả lời câu hỏi Báo cáo, thảo luận - Giáo viên hướng dẫn báo cáo thảo luận - Mỗi nhóm cử đại diện báo cáo trước lớp HS trình bày kết hoạt động nhóm - Các nhóm khác lắng nghe, đưa ý kiến thảo luận - Giáo viên xác nhận ý kiến đứng câu hỏi Kết luận nhận định -GV Nhận xét kết làm việc học sinh -HS ghi nhận kiến thức Truyền tải điện Nấu chảy kim loại, hàn điện Qui định khoảng cách thẳng đứng đường dây điện cao áp không với đất: Cấp điện áp Đi qua khu vực DDK dân cư Đến 110kV Khu vực đông dân cư Đến 220kV Khu vực đông dân cư Đến 500kV Khu vực đông dân cư Khoảng cách pha- đất ( m) 7,0m 8,0m 14,0m Hoạt động 4: Tổng kết học ( 10 phút) TT Hoạt động Nội dung Chuyển giao nhiệm -Tổ chức thi Ai trả lời nhanh nhất; Nêu thể lệ vụ thi -Các câu hỏi chiếu - Ai giơ tay trước có quyền trả lời, trả lời ghi điểm, trả lời sai học sinh khác tiếp tục trả lời - Trong vòng 1’ câu trả lời đáp án chiếu Thực nhiệm vụ Tổng kết thi HS tham gia thi - Giáo viên công bố kết thi - Giao nhiệm vụ nhà - Ghi câu hỏi tập nhà - Ghi chuẩn bị cho sau Kết luận nhận định - Sau thực thí nghiệm tìm tòi - nghiên cứu, câu trả lời giải quyết, kiến thức hình thành, nhiên chưa có hệ thống chưa chuẩn xác cách khoa học - GV có nhiệm vụ tóm tắt, kết luận hệ thống lại để học sinh ghi vào coi kiến thức học - Mở rộng: Cảnh báo nguy hiểm đường dây tải điện cao áp trời mưa giông, sấm sét khoảng cách an toàn V Kiểm tra, đánh giá trình dạy học Hình thức kiểm tra, đánh giá: Kiểm tra sau dạy Công cụ kiểm tra, đánh giá a Trắc nghiệm: Câu 1: Hiện người ta thường dùng cách sau để làm giảm hao phí điện trình truyền tải xa? A tăng tiết diện dây dẫn dùng để truyền tải B xây dựng nhà máy điện gần nơi tiêu thụ C dùng dây dẫn vật liệus iêu dẫn D tăng điện áp trước truyền tải điện xa Câu Nhận xét sau máy biến áp không ? A Máy biến áp tăng điện áp B Máy biến áp giảm điện áp C Máy biến áp thay đổi tần số dòng điện D Máy biến áp biến đổi cường độ dòng điện Câu 3: Một máy biến có cuộn sơ cấp gồm N1=1000 vòng dây, mắc vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện U1 = 200V, hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp để hở U2 = 10V Bỏ qua hao phí máy biến số vòng dây cuộn thứ cấp A 100 vòng B 50 vòng C 500 vòng D 25 vòng Câu 4: Một máy biến có hiệu suất xấp xỉ 100%, có số vòng dây cuộn sơ cấp lớn 10 lần số vòng dây cuộn thứ cấp Máy biến A làm tăng tần số dòng điện cuộn sơ cấp 10 lần B máy tăng C làm giảm tần số dòng điện cuộn sơ cấp 10 lần D máy hạ b Tự luận Câu ( Nhận biết- K1, K2, X2 ): Em nêu định nghĩa, cấu tạo máy biến áp? Câu ( Nhận biết - X1, C6) : Máy biến áp lắp đặt đâu đường dây tải điện? Câu (Nhận biết - K2, P5, C1): Công thức tính hao phí đường dây tải điện gì? Câu (Nhận biết - K1, K4, P1, C4) : Phương án tốt để giảm hao phí điện tỏa nhiệt đường dây tải điện ? Câu (Thông hiểu - K1, X2, X4): Em trình bày nguyên tắc hoạt động máy biến áp ? Câu (Thông hiểu - K1, C1): Nguyên tắc hoạt động máy biến áp hàn? Câu ( Thông hiểu- C5) : Khi trời mưa giông, sấm sét ta có nên trú mưa gần đường dây cao trạm biến áp không? Vì sao? Câu ( Vận dụng thấp- K2, P5): Trên đường dây tải điện dùng máy biến tăng điện áp lên 100 lần công suất hao phí tỏa nhiệt dường dây giảm lần? Câu ( Vận dụng thấp- K3, P5 ): Cuộn sơ cấp máy biến có 500 vòng Muốn tăng hiệu điện lên lần phải dùng cuộn thứ cấp có vòng? Câu 10 ( Vận dụng cao- K4, X4) : Có thể dùng máy biến để biến đổi điện áp dòng điện chiều không đổi không? Tại sao? PHỤ LỤC PHIẾU HỌC TẬP SỐ Đọc sách giáo khoa phần I (trang 86) thảo luận nhóm trả lời câu hỏi: - Công thức tính công suất máy phát điện ? - Công thức tính công suất hao phí đường dây truyền tải điện năng? - Nêu cách làm giảm điện hao phí đường dây tải điện? PHIẾU HỌC TẬP SỐ HS đọc SGK phần II (trang 87,88,89 ), quan sát bảng khảo sát đặc tính máy biến áp (trang 88) quan sát mô hình máy biến áp để trả lời câu hỏi sau: - Nêu định nghĩa, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động máy biến áp? - Công thức biến đổi điện áp? Thế máy tăng áp, máy hạ áp? - Công thức biến đổi dòng điện? PHIẾU HỌC TẬP SỐ HS nghiên cứu Sgk hiểu biết để nêu ứng dụng máy biến áp 10 11