劉明勝+趙亞均

高中物理教科版《電能的輸送》要求學(xué)生能理解遠(yuǎn)距離采用高壓輸電的目的和原理，學(xué)生對為什么直接輸電會造成電能的較大損失，高壓輸電為什么可以大大減小電能的損失這一現(xiàn)象難以理解，而且對遠(yuǎn)距離輸電這一模型難以建立。如果能用實(shí)驗(yàn)加以演示，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能很好地幫助學(xué)生理解高壓輸電的原理，更有利于學(xué)生對高壓輸電模型的建立。為此，筆者制作了電能輸送演示器，解決了教學(xué)中的這一難題。

1 教具的特點(diǎn)

該教具是現(xiàn)實(shí)生活中遠(yuǎn)距離輸電的縮影，將升壓變壓器和降壓變壓器用支架支撐離地面一定高度，與生活中的變壓器的安裝架設(shè)相似，用6 V交流電源模擬交流發(fā)電機(jī)直接發(fā)出的電，直接輸電線路與高壓輸電線路電阻均用同一小燈泡的電阻代替，使兩種輸電電路的電能損失通過小燈泡的亮暗進(jìn)行比較，學(xué)生可以清楚地發(fā)現(xiàn)直接輸電電能損失大，高壓輸電電能損失小，從而深刻理解采用高壓輸電的必要性。同時(shí)采用雙刀雙擲開關(guān)進(jìn)行直接輸電和高壓輸電的切換，線路清楚明了，可見度高，效果好。

另在用戶端串一只定值電阻，再與降壓變壓器副線圈相連接，演示當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，用戶輸電線路中電能的損失變大，用戶燈泡變暗。教具直觀形象地揭示了在現(xiàn)實(shí)生活的電路中用戶功率大增時(shí)燈泡會變暗這一規(guī)律，從而有利于學(xué)生了解負(fù)載燈泡變暗的真實(shí)原因，突破教學(xué)中的難題。

2 教具使用

2.1 演示直接輸電線路損失大

如圖1所示，將6 V交流電源接在雙刀雙擲開關(guān)K1的A、B兩個(gè)接線柱上，雙刀雙擲開關(guān)K2接在E、F兩個(gè)接線柱上，用一小燈泡L代替輸電線的電阻，開關(guān)閉合后發(fā)現(xiàn)，代替輸電線電阻的燈泡發(fā)光明顯，說明這時(shí)的線路損失大。

2.2 演示高壓輸電線路損失小

如圖2所示，將6 V交流電源通過雙刀雙擲開關(guān)K1接在C、D兩個(gè)接線柱上，將雙刀雙擲開關(guān)K2接在G、H兩個(gè)接線柱上，將代替輸電線電阻的燈泡通過ab和cd兩根導(dǎo)線串聯(lián)入高壓輸電線路，開關(guān)閉合后發(fā)現(xiàn)，代替輸電線電阻的燈泡不發(fā)光，負(fù)載燈泡發(fā)光正常，說明這時(shí)的輸電線路的線損很小，采用高壓輸電就很有必要了。

2.3 演示用戶功率增加，燈泡變暗的成因

在圖3中，經(jīng)升壓變壓器和降壓變壓器輸電，負(fù)載燈泡L1和L2正常工作的情況下，閉合開關(guān)S、燈泡L3工作，發(fā)現(xiàn)燈泡L1和L2比正常發(fā)光暗淡，說明當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，負(fù)載輸電線上的線路損耗增大，即負(fù)載輸電線的等效電阻R上的電壓降落增大，燈泡L1和L2兩端的電壓降低，從而使燈泡

L1和L2變暗。

3 制作方法

（1）矩形長木箱的制作方法為：用松木板制成1 180 mm×298 mm×158 mm的中空長方體木箱。

（2）升壓變壓器和降壓變壓器的型號為BK50VA。

初級：220 V；次級：6.3 V。

（3）變壓器的安裝

升壓變壓器：初級接6.3 V，次級接220 V。

降壓變壓器：初級接220 V，次級接6.3 V。

（4）輸電線路的安裝

將遠(yuǎn)距離輸電線路中的1根斷開并打結(jié)，便于串接小燈泡（替代遠(yuǎn)距離輸電線路電阻）。代替遠(yuǎn)距離輸電線路的電阻用1只“2.5 V，0.3 A”的小燈泡與1個(gè)6 Ω電阻并聯(lián)。

降壓變壓器輸出端串1只2 Ω的電阻（替代近距離輸電線電阻），再接入“用戶”。

（5）負(fù)載的安裝

將3只均為“3.8 V， 0.3 A”的小燈泡L1、L2、L3并聯(lián)作為負(fù)載電阻，其中L3單獨(dú)串聯(lián)一開關(guān)，以便獨(dú)立演示增加負(fù)載時(shí)L1、L2變暗的原因。

收稿日期：2016-10-25