Урок: Передача электрической энергии. Трансформаторы.

Автор: Аева О.Ю. преподаватель ГБОУ РХ СПО ЧМТТ, г.Черногорск

Тема урока: Передача электрической энергии. Трансформаторы.

Цель урока:

• конкретизировать и закрепить теоретические знания по теме «Генератор переменного тока»;

• изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора;

• изучить процесс передачи электрической энергии.

Задачи урока:

Образовательные:

• расширение кругозора учащихся;

• развитие творческих и познавательных способностей;

• развитие у учащихся интереса к предмету "Физика";

• обобщение и углубление изученного материала.

Развивающие:

• развитие речи, умения выражать и защищать свою точку зрения;

• развитие мышления;

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

Воспитательные:

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

• вовлечь всех учащихся в творческую работу.

Тип урока: комбинированный.

Формы организации урока: фронтальная, индивидуальная.

Методы: рассказ, демонстрация опытов, исследование, записи на доске, беседа, пересказ, решение проблемных ситуаций.

Оборудование: осциллограф; соединительные провода; модель трансформатора; вольтметр, генератор переменного напряжение, источник постоянного тока, генератор переменного тока, компьютер и проектор, презентация, диск «Физика»карточки заданий; тесты, лист ватмана для опорного конспекта, контрольно-оценочные таблицы ответов.

План урока

Приветствие.

Мотивация.

Ход урока.

1. Проверка домашнего задания – индивидуальный опрос.

2. Изучение нового материала с использованием проблемного метода.

3. Закрепление материала.

• Распределение индивидуальных заданий:

Задание 1. «История».

Задание 3. «Коллективный рассказ»

Задание 4. «Шпаргалка»

Задание 5. «Миссия выполнима»

Задание 6. «Миссия выполнима- 2»

• Проверка выполнения заданий, работа с контрольно-оценочными таблицами ответов.

4. Домашняя задание.

5. Рефлексия.

Ход урока

Приветствие.

Здравствуйте, уважаемые студенты и гости урока!

Я еще не устал удивляться
Чудесам, что есть на Земле:
Телевизору, голосу раций,
Вентилятору на столе.
Самолеты летят сквозь тучи,
Как до этих вещей могучих
Домечтаться люди могли?
Я вверяю себя трамваю,
Я гляжу на экран кино,
Эту технику понимая,
Изумляюсь ей все равно.
Ток по проволоке струится,
Спутник ходит по небесам.
Человеку стоит дивиться
Человеческим чудесам!!!
Все известно вокруг
Тем не менее,
На Земле еще много того,
Что достойно порой удивления
Твоего, и моего.

Мотивация. И сегодня на уроке мы должны познакомиться с чудом технической мысли, сыгравшем большую роль в электротехнике.

Ход урока.

1. Проверка домашнего задания – индивидуальный опрос.

1. На каких устройствах вырабатывают электрическую энергию?

2. Каков принцип действия генератора переменного тока? Назвать основные узлы генератора.

Студент рассказ иллюстрирует демонстрацией действия генератора переменного тока.

2. Изучение нового материала.

Слайды с фотографиями трансформаторов.

Вопрос 1. Вы знаете название устройств? (фронтальный опрос)

Вопрос 2. Для чего нужны эти устройства? (рассуждение студентов)

Электростанции вырабатывают ток большой мощности — сотни тысяч киловатт. Эту мощность надо передать к потребителю, причем так, чтобы тепловые потери мощности на нагревание проводов линии электропередачи (ЛЭП) были, по возможности, наименьшими. В соответствии с законом Джоуля – Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

Q= I²R t

Вопрос 3. Как передать энергию? Как уменьшить потери электроэнергии?

( Выслушать рассуждения учащихся.)

Ответ: Согласно закону Джоуля-Ленца, энергия, расходуемая на нагревание проводов определяется формулой:

Q=I²Rt,

При большой длине линии передача энергии становится экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии практически весьма трудно (, т.о надо увеличить толщину провода), поэтому необходимо уменьшать силу тока.

Для сохранения мощности передаваемой энергии (P=IU), нужно повысить напряжение в линии электропередач.

Повторный вопрос. 4. Для чего нужны эти устройства? И как они называются?

Для повышения и понижения напряжения служит трансформатор. При этом понижается или повышается сила тока.

Демонстрация работы трансформатора.

Комментарий преподавателя.

Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц. На рисунке представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.




Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передачи увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть ток называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линии передач не превышает 90 %.

Демонстрация модели ЛЭП. (анимация)

Посмотрим устройство трансформатора.

Студентам раздаются модели трансформаторов.

Вопрос 5. Как вы опишите устройство трансформатора? Как вы думаете, называются основные его части? Почему одна из частей сделана из отдельных пластин? Обратите внимание на количество витков, на толщину витков. Как работает трансформатор, нам каком явлении основан принцип действия? Как вы думаете, какой из трансформаторов будет понижать напряжение, а какой повышать? Как посчитать во сколько раз произойдет изменение напряжение? Как вы думаете называется эта величина?

Подсказка. Видео – токи Фуко.

Вопрос 6. Вспомним схему передачи электроэнергии. Посчитайте коэффициенты трансформации

Вопрос 1. Как, вы думаете, что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока?

Ответ: В этом случае трансформатор сгорит, так как первичная обмотка обычно имеет ничтожно малое сопротивление, и поэтому произойдет короткое замыкание.

Вопрос 2. Если сопротивление первичной обмотки, подключенной к источнику постоянного тока велико, то изменится ли напряжение во вторичной обмотке?

Ответ: Никакого изменения напряжения этот трансформатор дать не сможет из-за отсутствия явления электромагнитной индукции. Если такой трансформатор подключить к источнику постоянного тока, то ток пойдет по первичной обмотке и вокруг нее возникает магнитное поле, которое будет пронизывать вторичную обмотку. Т.е. магнитный поток вторичную обмотку будет пересекать, но он будет постоянным и значит скорость его изменения Ф' = 0, поэтому ЭДС индукции во вторичной обмотке Е₂ = 0.

3. Закрепление материала.

• Распределение заданий.

На слайде презентации историческая справка..

Задание 1. «Историк» Участник – 1 студент.

Прочитать текст- биографию ученого. И передать его материал так, чтобы рассказ о нем был ясным, наглядным и убедительным.

Критерии оценки.

При пересказе биографии на слайде портрет Яблочкова П.Н.

Задание 2. «Дотошный студент». – задание 2 студентам.
Для усвоения материала нужно уметь запоминать самые мелкие подробности текста. Прочитайте текст пункта учебника и составьте список вопросов к нему. У кого этот список будет длиннее и дотошнее, тот и выиграл.
Затем студенты зачитывают вопросы группе и оценивают ответы остальных студентов.

Критерии оценки.

Задание 3. «Коллективный рассказ» формируются три команды по 3 человека. Итого участников 6 человек.

Задание: познакомиться с текстом. Затем его надо пересказать (кто первый – решает жребий) так, чтобы принимали участие все члены команды в рассказе и рассказ не должен прерываться.

Критерии оценки: достоверность, логичность, непрерывность, ясность, темп.

Задание 4. Участники – 2 человека.

«Шпаргалка» - студент рисует опорный конспект темы (схемы, условные обозначения, формулы, название основных понятий, классификацию).

Другой студент должен по «шпаргалке» рассказать тему.

Задание 5. «Миссия выполнима». Участников 4 студента.

Выйти к доске и решить задания теста с кратким решением. Параллельно им два студента (судьи) решают эти задания и проверяют решения первых студентов.

При обсуждении правильности решения на экране выводят тексты заданий и в обсуждении могут принять другие студенты.

Критерии оценивания.

Задание 6. «Миссия выполнима 2».

Участники – остальные студенты решают задачи

Решение задач

Уровень 1.

Задача 1. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора, чтобы повысить напряжение с 220 до 11000В, если в первичной обмотке 20 витков? Каков коэффициент трансформации?

Задача 2. Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если во вторичной обмотке 3500 витков и напряжение 105 В?

Уровень 2.

Задача 3. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 12 В и КПД трансформатора 75%.

Задача 4. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть напряжением 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 20В, ее сопротивление 1 Ом, сила тока 2А. Определите коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

• Проверка выполнения заданий, работа с контрольно-оценочными таблицами ответов.

4. Домашняя задача.

Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации к = 10 включена в сеть переменного тока с напряжением U₁ = 120 В.Сопротивление вторичной обмотки R₂ = 1,2 Ом, ток в ней  I₂ = 5А. Найти напряжение на нагрузке трансформатора и сопротивление нагрузки. Найти число витков во Вторичной обмотке, если первичная обмотка содержит 10000 витков. Чему равен кпд этого трансформатора.

5. Рефлексия.

Сэкономить Его Величество
Драгоценное электричество,
Передать его потребителю,
Не прослыв при этом губителем, –
Трансформатора назначение.
Изменяет силу тока и напряжение,
Мощность же не меняет –
Верность себе сохраняет.

Как вы думаете электрический ток имел бы такое широкое применение, если бы в свое время не был изобретен трансформатор?

Анализ урока.

• Основной задачей урока является организация коллективной работы класса, опираясь на индивидуальную работу каждого обучающегося с целью изучения одной из наиважнейших тем физики для студентов технического профиля, формирования и развития у студентов общих компетенций.

На уроке применяется:

• групповая работа учащихся: на этапе закрепления изучаемого материала в каждую группу входят студенты с различными уровнями подготовки. Это развивает у них взаимопомощь, коллективизм, воспитывает культуру общения;

• мультимедийные технологии, при которых восприятие информации обеспечивается одновременно несколькими органами чувств. При этом информация предстаёт в наиболее привычных для современного человека формах; аудиоинформации (звуковой), видеоинформации, анимации (мультипликации, оживления);

• различные игровые приемы работы с учебным текстом, которая способствует развитию познавательных умений (например, памяти) студентов:

Использование игровых форм занятий ведет к повышению творческого потенциала обучаемых и таким образом, к более глубокому, осмысленному и быстрому освоению предмета. Для снятия эмоциональной напряженности уч-ся используется соревновательный момент, которому присущи юмор, оригинальность и нестандартность решений и ответов.

Содержание работ, их форма выполнения должны вызывать интерес студентов, желание выполнить работу до конца. Самостоятельные работы организованы так, чтобы они вырабатывали навыки и привычку к труду, такие как:

-  защищать свое мнение, приводить в его защиту аргументы, доказательства, использовать приобретенные знания;

-  задавать вопросы преподавателю, товарищам, выяснять непонятное, углубляться с их помощью в процесс познания;

-  рецензировать ответы товарищей, творческие работы, вносить коррективы, давать советы;

-  делиться своими знаниями с другими;

-  помогать товарищам при затруднениях, объяснять им непонятное;

-  выполнять задания, рассчитанные на чтение литературы, первоисточников, на наблюдения;

-  побуждать учащихся находить решение;

-  практиковать свободный выбор заданий, преимущественно поисковых, творческих;

-  создавать ситуации самопроверки, анализа собственных познавательных и практических действий;

-  разнообразить деятельность, включать в познание элементы труда, игры, художественной, общественной и других видов деятельности;

-  создавать заинтересованность коллективной деятельностью, на основе которой и происходит формирование активной позиции членов коллектива.

Чтобы не угас познавательный интерес, сочетались в ходе урока рациональное и эмоциональное, факты и обобщение, различные виды деятельности.

 Урок содержал проблему, требующую решения, - это заставило студентов излагать собственное мнение, выдвигать гипотезы, искать решение. Студенты наблюдают, сравнивают, группируют, делают выводы, выясняют закономерности, планируют свою деятельность.

Диалог  «преподаватель-студент» должен быть сделать обучение посильным, воспитать уверенность в себе, способствовать осознанию себя личностью.