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本節課要突出的重點是串聯電路的電流、電壓和電阻的三個特點和串聯電路的分壓作用。方法是為了突出重點,首先設計學生活動,讓學生們在實驗探究的過程中記錄數據、分析數據、歸納得出結論。
本節課要突破的另一個難點是總電阻(等效電阻)的概念、串聯電路電阻關系的實驗測定和理論推導。方法是引導學生思考,然后實驗探究,通過電流值的比較找到等效電阻。原來的教學流程是各環節活動安排(見圖1)。
一、活動1:探究串聯電路中電流和電壓的規律
(1)猜測:在圖2所示電路中,通過A、B、C各點的電流之間可能有怎樣的大小關系?AB、BC、AC兩點之間的電壓可能有怎樣的大小關系?
(2)按電路圖連接電路,用電流表測量電路中通過A、B、C三點的電流,并填入表1。
由此可以得出初步結論:________________________________________。
(3)用電壓表測出電路中AB、BC、AC兩點之間的電壓,并填入表2。
由此可以得出初步結論:________________________________________。
二、活動2:尋找5歐和10歐兩個串聯電阻的等效電阻
思考:尋找一個新的電阻替代原來電路中的R1和R2,使得在電源電壓保持不變的條件下,電路中的電流與原來串聯電路中的電流相等。(見表3)
實驗結果表明:________________________________________________。
三、活動3:探究串聯電路與電阻的關系
例題1:甲、乙兩個導體的阻值分別為R1=10歐、R2=20歐,串聯在電壓為3伏的電源上,求兩個導體兩端的電壓U1和U2。
該教學設計也是在充分考慮到教材、課程標準和學生的學情等方面的因素,經過一次試講后成形的。在正式上課的過程中自己覺得時間有點緊張,給予學生思考交流的時間、空間不夠,評委老師對此的指導意見是:
(1)教學過程有點頭重腳輕的感覺,等效電阻的實驗探究老師的指導不夠,對于等效的意義解釋不夠清楚。
(2)教學內容有點多,教材處理方面可以靈活,比如電流和電壓的特點探究放在課前,這樣就能更充分地探究串聯電路的等效電阻和推導分壓作用。
后來我對自己的教學流程做了改進,直接用小彩燈做實驗并有意破壞其中一個燈,對比前后的實驗現象,判斷小燈的連接方式,結合前面電路學習時測量的電流和電壓數據直接歸納出電流和電壓的規律,“請同學們根據我們前面學習的電阻大小與導體長度的關系猜想一下串聯電路中電阻的特點”,一個提問直接過渡到學生對電阻的探究,提出猜測,實驗探究,記錄數據。然后各小組交流數據,分析歸納,采取等效替代的方法實驗探究得出電阻的規律。通過例題鞏固串聯電路的特點,引出電阻大的導體兩端電壓多,利用歐姆定律和串聯電路中電流規律推導電壓的分配規律。(見圖3)
改進后的各個環節活動安排:
活動1: 小組交流電路學習時測量的電流和電壓數據直接歸納出電流和電壓的規律。
活動2:尋找5歐和10歐兩個串聯電阻的等效電阻。(見圖4和表4)
思考:尋找一個新的電阻替代原來電路中的R1和R2,使得在電源電壓保持不變的條件下,電路中的電流與原來串聯電路中的電流相等。
實驗結果表明:________________________________________________。
活動3:練一練。
例題2:甲、乙兩個導體的阻值分別為R1=10歐、R2=20歐,串聯在電壓為3伏的電源上,求通過兩個導體的電流和兩端的電壓U1和U2。
“大家發現哪個電阻兩端的電壓分得多?”通過計算分析得出猜想“串聯電路中導體電阻越大,兩端分得電壓越多”,利用歐姆定律和串聯電路中電流規律推導串聯電路的分壓作用。
本節教材是在學生初步了解了電路概念以及認識了串聯和并聯電路特點的基礎上進行教學的.本節是一節典型的實驗探究課.教材的編寫突出了學生的探究學習過程,整節課科學探究的技能要求比較明顯,在教學中占有相當分量.本節的內容具有很強的基礎性,無論從知識內容上還是從技能訓練上都是電學基礎,因此整節課應創造條件讓學生人人都能動手操作,在親自的動手操作中掌握電流表的使用,并且真正經歷探究的過程.
【學生現狀分析】
學生對本節內容有一定的感性基礎,生活中常常會聽到“電流”這個詞,但又認識得不夠明確,不具體.對于串聯電路和并聯電路中的電流特點容易受燈泡亮度的影響.
【總體設計思路】
本節課中電流的的概念不準備深入講解只需要學生了解電流有強弱之分.所以通過讓學生觀察燈泡亮度的變化、錄音機音量的變化、風扇轉動的變化,知道電流是有強弱的.關于電流表的讀數和使用,主要采用學生自學、動手實踐、總結的方式進行教學.在進行是串、并聯電路中的電流特點的這部分的教學時,通過給學生創設問題的情景,充分調動學生的積極性,讓學生親自經歷提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證的全過程,讓學生成為串、并聯電路中電流的規律的“發現者”.根據實驗現象“燈泡發光亮度不一樣”,提出問題,并做出合理的猜想.小組討論、交流實驗方案,不斷完善實驗計劃.得到最終的實驗方案后,學生合作完成實驗、收集數據.最后根據全班不同小組的實驗數據中總結出串、并聯電路電流的特點.
【教學目標】
1.知識與技能
(1)通過探究實驗,得出串、并聯電路中電流的規律,學習科學探究的方法;
(2)在實驗過程中,訓練學生連接電路、正確使用電流表的基本技能.
2.過程與方法
(1)經歷探究串聯和并聯電路電流特點的實驗操作過程,培養學生擬定簡單的科學探究計劃與實驗方案的能力和初步的信息處理能力.
(2)經歷學習電流表使用說明書的過程,提高學生自學的能力.
3.情感與價值觀
通過觀察、實驗及探究性學習活動,培養實事求是、尊重自然規律的科學態度,認識交流與合作的重要性,并感受成功的喜悅.
【教學重點與難點】
本節的主要物理知識蘊含于探究活動中,學生探究能力的增長、電流規律的得出及掌握電流表的使用都與探究過程密不可分,因此本節課的重點是會正確使用電流表和理解串、并聯電路中的電流關系.串、并聯電路的電流特點的實驗探究是本節教學的難點.
【教學用具】
電池組、兩個小燈泡、開關、電流表、導線若干.(說明:有的小組的兩個燈泡規格相同,有的小組的兩個燈泡規格不相同)
【教學過程】
一、電流
教師:上節課同學們學習了串聯和并聯電路,請你們來判斷一下這里的臺燈、錄音機、風扇是以什么方式連入電路的?
(給學生展示臺燈、錄音機、風扇)
學生:并聯.
教師:判斷的理由是什么呢?
學生:它們可以各自獨立工作,互不影響.臺燈不工作,錄音機、風扇可以照常工作.
教師:很好.那臺燈、錄音機、風扇可以工作,能說明什么?
學生:說明有電流通過.
教師:電流看不見、摸不著,我們就可以通過臺燈、錄音機、風扇的工作來感知電流的存在.
教師操作:調節臺燈的調光旋鈕,燈變亮;調節錄音機的音量旋鈕,聲音變大;調節風扇的轉速旋鈕,風扇轉快.
教師:燈變亮、聲音變大、風扇轉快,這些現象說明了什么?
學生:通過它們的電流變大了.
教師:很好.電流也是有強弱、大小之分的.物理學上就是用電流這個物理量來表示電流的強弱的.
教師:請大家自學課本53-54頁,完成學案相關內容.
學生自學課本.
電流的符號:
電流的單位:國際單位,其他單位.
單位換算:1 A=mA,1 mA=μA.
學生:電流的符號是I.
學生:單位是安培,還有毫安、微安.
教師:咱們再了解一下常用家用電器的電流值.
教師借助多媒體展示學生熟悉的家用電器的電流值:液晶顯示電子計算器約130 μA、30 W普通照明日光燈約130 mA、47 cm彩色電視機約200 mA、70 W家用電風扇約320 mA、家用電冰箱1.1~1.7 A、500 W家用電熨斗約2.3 A.
彩色電視機的電流約多少安呢?
學生:0.2 A.
(設計意圖:讓學生對電流的大小由感性的認識并熟悉電流的常用單位.)
二、電流表
教師:雖然我們可以通過同一燈泡的亮度、錄音機音量的大小、風扇轉動的快慢等一些直觀現象粗略判斷電流的大小,但要想準確知道電路中電流的大小,還是要使用專門的測量儀器的――電流表.(教師向學生展示電流表)
教師:你會使用電流表嗎?請你閱讀電流表的使用說明書,然后用電流表測量一下通過小燈泡的電流的大小(電路如圖1所示).
學生自學電流表使用的說明書,兩人一小組進行實驗.
教師進行巡視,及時發現學生在使用電流表的過程中存在的問題.
教師:大家在用電流表測量小燈泡電流的過程中遇到過什么問題嗎?
學生:我們連好電路,閉合開關后發現指針往零刻線左邊偏轉了.
教師:誰能幫這個小組的同學解決一下這個問題啊?
學生:他們小組沒有讓電流從正接線柱流入,負接線柱流出,電流表正負極接反了.
教師:非常好,大家在連接電流表時一定要“正進負出”,如果接反了,就會出現指針反向偏轉的現象.
學生:我們小組的電流表一開始指針就沒指在零刻線上,這怎么辦啊?
教師:遇到這種情況,在使用電流表前就需要先校零.
學生:我們小組閉合開關后,指針偏轉角度非常小?
教師:偏轉角度過小是什么原因造成的呢?
學生:他們小組肯定是用0~3 A的量程了,量程選大了.
教師:這就提醒大家,使用電流表時,一定要選擇合適的量程.
教師:電流表是比較精密的測量儀器,同學們在使用的過程中要按照使用說明書來進行操作.
(設計意圖:電流表使用的教學設計成讓學生先自學,然后親自使用電流表的方式,更符合學生的生活經驗,學生在不斷地摸索、嘗試中掌握了電流表的使用方法.糾錯的過程可以使學生對電流表的使用有更加深刻的認識.)
三、探究串、并聯電路電流的特點
1.情景設置、激智啟疑
學生活動:動動手,看誰的小燈最先亮.
教師:接下來同學們一起動動手讓你們桌上的兩盞小燈亮起來.這一大組的同學是串聯組,那邊一大組的就是并聯組,咱們比比看,串聯組中誰的兩盞小燈最先亮,并聯組中又是誰的兩盞小燈最先亮.
學生兩人一組利用器材連接電路.請小燈最先亮的小組展示.
學生:我們連接的是串聯電路.(操作:閉合開關,兩盞燈都亮了.兩盞燈炮一樣亮.)
學生:我們連接的是并聯電路.(操作:閉合開關,兩盞燈都亮了,兩盞燈炮一樣亮.)
教師:大家看,這組連接的串聯電路中的兩個燈泡亮度是一樣的,而這組連接的并聯電路中的兩個燈泡亮度也是一樣的.其它小組的兩盞燈的發光情況也都是這樣的嗎?
學生:我們小組不是.我們的是串聯電路,一個燈很亮,一個不太亮.(展示)
學生:我們連的是并聯電路,兩個燈的亮度也不一樣.
教師:不管是一樣亮還是不一樣亮,只要燈發光了就都說明有電流通過了.那你有沒有想過串聯電路和并聯電路中的電流會有什么樣的特點呢?下面請同學們進行有依據的大膽猜想.先小組討論有怎樣的猜想.
2.開放思想、大膽猜想
學生小組討論,發表自己的猜想.
教師:哪個小組能和大家分享一下你們的猜想啊?對了,還要說出你們猜想的依據啊.
學生:我們小組覺得串聯電路電流處處相等.因為我們的串聯電路中燈泡一樣亮.
教師:嗯,串聯的燈泡一樣亮猜想電流相等.還有其它的想法嗎?
學生:我們的猜想是串聯電路電流從負極往正極越來越小.我們這樣想的依據是靠近負極的燈泡比較亮.
學生:我們的猜想和剛才小組正好相反,靠近正極的燈泡比較亮,所以我們認為串聯電路中電流從正極出發越來越小.
教師:這兩個小組也是根據自己小組燈泡的發光情況做出了相應的猜想.
學生:我們覺得串聯電路中電流從正極出發越來越小,因為我們感覺電流經過用電器后會消耗一些電流.
教師:并聯電路呢?
學生:我們覺得并聯電路兩條支路的電流相等,因為兩條支路上的燈泡亮度一樣亮.
教師:那并聯電路干路和各支路電流會有什么關系呢?
學生:我們猜并聯電路干路上的電流等于兩支路電流和.就像河流分流,支流的水加起來就是干流的量.
(教學說明:科學是從想象開始的,想象是科學的準備階段,沒有想象就沒有創造意向,便不能進行創造;只有想象和大膽的猜想才能產生假說;同時想象和猜想又能激勵創造.可見,猜想與假設在科學探究中是極其重要的.在這個環節中,教師要不斷鼓勵學生進行合理、大膽的猜想.)
3.設計方案、合作交流
教師:大家的猜想很多,但哪種猜想是正確的呢?我們要用實驗進行驗證.請同學們根據自己小組的猜想,畫出實驗所需的電路圖,選擇所需器材,設計實驗過程.
學生分小組討論.
教師:哪個小組來展示探究串聯電路電流特點的設計方案啊?
學生投影電路圖簡單說出設計方案:把電流表分別串聯接入圖2電路中的A、B、C點,測量出A、B、C點的電流值進行比較,看猜想是否正確.
教師:好,那再請并聯組的同學展示一下并聯電路電流特點的設計方案.
學生投影電路圖簡單說出設計方案:用電流表分別測量出圖3中A、B、C三點的電流值,比較圖3中B、C兩點的電流值,看看支路電流有什么特點;比較三點電流,看干路和支路電流的特點.
教師:兩組的設計方案都展示完了,還有沒有需要改進完善的地方呢?請大家各抒己見,發表一下自己的看法.
學生:我認為在剛才兩個小組的設計中,他們各自只做了一組實驗,根據這一組數據就得結論的話,還不夠充分,偶然性太大了.
教師:說的很好,針對這個問題大家還有沒有很好的解決方案呢?
學生:可以更換電池,通過改變電源來得到多組數據.
學生:還可以更換兩個不同型號的燈泡重復他們剛才的實驗.
教師:想法都很好,這樣就可以得到多組數據,得到的結論也就更具有普遍性了.在課堂上,由于不同小組用的燈泡規格不同,我們采用小組交流的方法,來更快的得到結論.
(教學說明:在這個環節中,學生是當之無愧的主角.在生生互動的過程中,不斷完善實驗的方案.)
4.進行實驗、收集數據
教師:實驗方案有了,下面就請同學們按照自己設計的方案進行實驗,一定要如實地記錄實驗數據.
學生進行實驗.教師提醒學生實驗時要注意正確使用電流表,把實驗結果如實地記錄下來,填寫在表1的實驗記錄中,并把實驗中遇到的問題也記下來.教師巡視指導.
表1實驗次數A點的電流IAB點的電流IBC點的電流IC5.分析數據、得出結論
教師:由于時間關系,咱們的實驗先進行到這里.請同學關閉電源.很多組同學的實驗都完成得很好,完成串聯電流特點的小組能過來展示一下你們的實驗數據嗎?
學生投影數據說明結論:串聯電路中電流處處相等.
教師:你們小組的兩個燈泡亮度是什么樣的?
學生:一樣亮.
教師:串聯組中,兩個燈泡亮度不一樣的小組得到的結論是什么樣的?
學生:電流也是相等的.
教師:看來不管兩個燈泡的亮度是否相同,在串聯電路中電流是處處相等的.
教師:我們再來看看完成并聯電路電流特點的小組誰能展示一下?
學生投影數據說明結論:并聯電路中干路電流等于各支路電流之和.我們小組的兩個燈泡亮度不相同.
教師:并聯組中,兩個燈泡亮度一樣的小組得到什么樣的結論?
學生:和他們小組一樣,也是并聯電路中干路電流等于各支路電流之和.
教師:在并聯電路中,干路電流等于各支路電流之和.也與燈泡的亮度無關.
(設計意圖:在向全班展示實驗數據時,教師一定要多收集幾組數據.這樣不同的小組燈泡不一樣、電源不一樣,不僅實驗的準確性提高了、而且得出的結論更具普遍性.另一方面也更加強調了小組間交流協作的重要性和必要性.)
教師:這節課我們通過親自動手學會了電流表的使用,通過親自猜想、實驗設計、動手操作得到了串聯和并聯電路中電流的特點,收獲頗豐.下節課我們將運用串并聯電路電流的特點來解決一些電路中的問題,期待同學們有更精彩的表現.
2、為了檢修方便可以選擇并聯。
具體介紹:
1、串聯電路:把元件逐個順次連接起來組成的電路。特點是流過一個元件的電流同時也流過另一個;
2、并聯電路:把元件并列地連接起來組成的電路,特點是干路的電流在分支處分兩部分,分別流過兩個支路中的各個元件;
一、定義法
根據串聯、并聯電路的定義直接判斷。串聯電路是用電器首尾相連,然后接到電路中;并聯電路是用電器的兩端分別連在一起,然后接到電路中。此法適用于較簡單的電路。
例1 如圖1 所示,當開關S2閉合,S1、S3斷開,兩燈泡
聯;當S2斷開,S1、S3閉合,兩燈泡
聯。
解析 當開關S2閉合,S1、S3斷開,在教學時我要求學生用鉛筆將S2連接上,S1、S3部分用小硬紙片遮住,這時候只看剩余部分電路,再去分析電路,很容易判斷出兩燈炮串聯。
當開關S2閉合,斷開S1、S3閉合,在教學時我要求學生用鉛筆將S1、S3連接上,S2部分用小硬紙片遮住,這時候只看剩余部分電路,再去分析電路,很容易判斷出兩燈炮并聯。
二、電流流向法
該方法是:當閉合開關后,讓電流從電源的正極出發(在電路圖中電流方向用箭頭標出),沿電路向前移動,電路無分叉,即電流只沿一條路徑,通過所有元件或用電器到達電源負極,這些用電器即為串聯;如果電路出現分支,即電流的路徑有兩條或兩條以上,每條支路上只有一個用電器,則這幾個用電器為并聯,且可找到“分流點”和“合流點”。
例2
試判斷圖2與圖3中燈的連接方式。
解析 圖2中電流從正極流向負極只有一條通路,如圖2所示,故甲、乙兩燈為串聯。在圖3中,電流從電源正極流向負極有兩條路徑,A為分流點,B為合流點,故丙、丁兩燈為并聯。
三、 斷路觀察法
該方法是在多個用電器組成的電路中,把其中一個用電器斷路(如去掉該用電器),如果其他用電器都不能正常(如電燈不發光了)則這個電路是串聯的。如果其他用電器仍能工作,則這個電路是并聯的。該方法的依據是:串聯電路各元件間相互影響,相互干擾;并聯電路各元件相互獨立,互不影響。
例3 試判斷圖4中三只燈的連接方法。
解析 如圖4所示電路,用“斷路觀察法”來判斷,可以發現有“斷二通一”或“斷一通二”的特點,即在L1、L2、L3中任意斷開兩個(或一個),其他一個(或兩個)能構成通路。故知L1、L2、L3為并聯。
四、去表法
如果電路中有電流表或電壓表,則可以去掉它們。去掉的方法為:電壓表所在位置視為斷路(因電壓表內阻很大,幾乎無電流通過);電流表所在位置用導線連接起來(因電流表內阻很小,電阻可視為零)。此法適合于有電表的電路。
例4 如圖5、圖6所示判斷兩燈的連接方式
關鍵詞:規范;知識的補充與拓展;靈活運用和融會貫通
中圖分類號:G633.7 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)34-0116-02
教科書中所給的兩道例題具有很強的代表性,第一個例題是讓學生體會:當串聯電路中一個電阻改變時,電路中電流及另一個電阻兩端電壓會隨之改變。例題二讓學生體會:當并聯電路一個支路電阻改變時,干路中電流會發生變化,但另一個電路電流和電壓不會發生變化。兩個例題做下對比,解決了學生疑惑。下面筆者從以下幾方面談談本節教學的注意事項以及心得體會。
一、仔細分析題目
分析題目是思維能力的展示,是對知識的具體運用。首先讓學生熟練掌握歐姆定律的內容及形變公式,然后對電路進行分析判斷,確定電路特點,然后再根據電流電壓電阻關系解答。
二、規范解題
初中學生接觸物理學習時間不長,對于會做的題目往往不知怎樣表達,有時表達顧此失彼造成丟分。究其原因是解題不規范,所以養成規范的解題習慣,對提高教學成績和養成嚴謹的思維能力尤其重要。本節中,利用該定律解題應注意:(1)I,U,R都是指同一導體或同一段電路在同一狀態下的物理量。(2)利用好該定律的兩個變形公式U=IR,R=U/I。(3)單位必須統一用國際單位的主單位。(4)在I,U,R下方標上角標,表示不同的導體,或者同一導體的不同時刻。(5)要有必要的文字表達,在物理語言的表達上要嚴謹、有序。
三、注意知識的補充與拓展
以例一為例:電阻R1為10歐,電源兩端電壓6伏,開關S閉合后,求:(1)當滑動變阻器R接入電路中的電阻R2為50歐時,通過R1的電流I;(2)當滑動變阻器接入電路中電阻為20歐時,通過R1的電流I。本題中,由于電阻串聯,通過R1的電流與總電流相等,由于知道總電壓U,只要知道總電阻就可以了,我就提問學生:總電阻是多少呢?學生異口同聲回答:R1+R2。我又問,為什么是兩個電阻之和呢?此時學生無語,引起認知沖突。這時,我把學生帶入最近發展區,得出串聯電路電阻關系。串聯電路電阻關系U=U1+U2;電流關系:I=I1=I2,得U/I=U1/I1+U2/I2。由歐姆定律可知R=R1+R2。所以也可以求出通過R1電流I=U/R=6/60=0.1(A)。同理可以求出當R3=20歐時電流I=0.2A。此時老師可以讓學生分別求出兩個小題滑動變阻器兩端電壓和電阻R1兩端電壓分別是多少。當滑動變R2=50歐時,U1=I1xR1=0.1x10=1(v),U2=I2xR2=0.1x50=5(v);當滑動變阻器電阻R3=20歐時,U1=I1xR1=0.2x10=2(v),U3=I3xR3=0.2x20=4(v)。引導學生比較兩種情況下電阻與各自電壓關系發現:第一種情況下U1/R1=U2/R2;第二種情況下:U1/R1=U3/R3。由此得出串聯電路電壓比等于各自電阻比,即:U1/U2=R1/R2。老師點撥學生認識到,串聯電路中,當一個電阻改變時,另一個電阻兩端電壓和電流都要改變,可謂“牽一發而動全身”。以例二為例:電阻R1為10歐,與滑動變阻器組R并聯電路,電源電壓12V,開關S閉合后,求:(1)當滑動變阻器R接入電路中電阻R2=40歐時,通過R1的電流I1和總電流I;(2)當滑動變阻器接入電路中電阻R3=20歐時,通過R1電流I1和總電流I。本題由于電阻與變阻器組成并聯,所以它們兩端電壓U1=U2=U=12V。以第一小題看,由歐姆定律得,通過R1的電流I1=U1/R1=12/10=1.2A;通過R2的電流I2=U2/R2=12/40=0.3A;總電流I=I1+I2=1.2+0.3=1.5(A)。我此時問學生:由歐姆定律,總電流I可以用總電壓U與總電阻R的比求得,那么并聯電路總電阻是多少呢?這時學生很快回答:等于兩個電阻之和。我沒有否定學生的回答,而是讓他們用總電壓除以總電流看看總電阻是多少,和想象的是否一樣?即:R=U/I=12/1.5=8(歐)。通過計算同學們發現并聯電路總電阻并不等于各電阻大小之和,不但比它們的和要小,而且比任何一個都要小。但又找不出到底有什么關系。我把三個電阻大小依次列出來:8 10 40。讓學生發現三個數據關系,當我意識到沒有學生發現時,我又把三個數寫成倒數形式。這時熊可佳同學首先發現:1/8=1/10+1/40。我雖然欣喜,對她給予了表揚,但并沒急于下結論。而是讓學生用同理計算第二題,發現同樣的規律。此時我告訴學生并聯電路電阻的關系:總電阻的倒數等于各支路電阻倒數之和。即1/R=1/R1+1/R2。
當滿足學生一時的求知欲時,學生的好奇心被進一步調動,老師趁熱打鐵,讓學生找找兩種情況下,電阻和通過它們的電流的關系。以第一小題中,R1=10歐,I1=1.2安;R2=40歐,I2=0.3安。學生馬上就發現:I1/I2=R2/R1。即,并聯電路電流比等于電阻比的倒數。通過數據,可以進一步引導學生發現:并聯電路中,當一個支路電阻改變時,只能改變本支路電流,對其他支路的電壓,電流沒有影響。這也是我們經常說的并聯電路各支路地位平等,相互不影響。
希臘神話中,狡猾的西緒福斯惹怒眾神之王宙斯,被施以最痛苦的懲罰。每天早晨,西緒福斯要將大塊石頭推上高山,在他以為到達時,石頭就會從他手中滑落。
從物理學看,他的肌肉輸出動能轉化成石頭的勢能,每攀登一步,石頭得到的勢能就更多一分,當他到達山頂,石頭滾下,勢能再轉化為動能。這是希臘版的吳剛伐桂。東西方古人對最殘忍刑罰看法出奇地一致一強令某人做無用功。
其實,人人都在做無用功。男性每天大約消耗2500干卡熱量,女性更少。這些能量支持生理活動,使體溫保持在37攝氏度左右,讓神經和肌肉系統正常運作。其中,還有大約1/3的熱量被浪費掉。
很早以前人們就嘗試利用這些多余能量。1770年,瑞士力洛克的制表大師亞伯拉罕一路易?波特萊發明了自動表,只要戴著表走路15分鐘,它就可以不用電池工作8天。現代全自動機械表的設計靈感就來自于人走路時手臂的擺動,通過一個擺錘轉換成手表游絲的彈性勢能,用儲存起來的能量驅動秒針嘀噠不休。
然而,使用這種思路來解決現在數碼產品的供電問題可能沒什么前途,因為人體能夠提供的能量不大,而且轉換效率也不高。以現在的技術水平,如果你要像使用全自動手表那樣為MP3供電,恐怕需要把手臂揮舞得如同風車般快才行。并不是每個人都可以做,畢竟除了會感覺指尖充血和肌肉酸痛外,還需要承受路人的詫異眼光。
最近有些新產品可能會稍稍減少這種尷尬。一種叫做“水虎魚”的電動刮胡刀在背面安裝了一個搖柄。猛搖一分鐘,可以刮70秒胡子:還有一種閱讀搖椅,坐在上面搖啊搖的時候,椅子上安裝的閱讀燈就會亮。
一個人能產生的電量大概就能做這點小事,但是如果人多,那能量就大得讓人側目了。加利福尼亞健身連鎖機構開始嘗試在健身設備上安裝發電裝置,用人們運動時產生的能量為健身房供電。這套系統的原理和在科技館中總能看到的發電自行車差不多,踩得越快,燈泡就會越亮。荷蘭鹿特丹的“WATT”夜總會鋪設了特別的能量收集地板,將人們隨性拋擲的熱情狂舞變成閃耀的霓虹燈光。紐約的Fluxxlab設計工作室設計了商場使用的旋轉門,推門的時候,藏在地板下的彈簧裝置就會發電。麻省理工學院的兩位在讀博士生設計了一種地板,人們走過時,重量會傳遞到地板下的墊塊上,進而驅動發電機。
關鍵詞:電力通信 傳輸網 鏈路優化
中圖分類號:TN915.85 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2016)12-0027-01
對電力通信傳輸網鏈路進行分析,結合影響鏈路優化配置的各類因素指標,提出基于鏈路斷面及節點分析的原理和優化原則,確定電力通信傳輸網鏈路優化目標以及方法,提高傳輸網絡的承載能力及可擴展性。
1 電力通信傳輸網鏈路斷面分析
1.1 電力通信傳輸網鏈路斷面分析基本原理
傳輸鏈路斷面分析重點是針對業務需求的顆粒度來說的,比如業務需求如果是VC4業務,而網絡中沒有一個完整的VC4時隙了,每個VC4時隙都被幾個VC12業務占用,那么我們說這個網絡的時隙使用是零散的,存在時隙碎片,需要進行整理;如果業務需求只有VC12,那么網絡中是不存在時隙碎片的。斷面鏈路時隙示意圖1所示:
傳輸鏈路斷面分析可以給出每條鏈路的時隙使用情況,通過“現狀”與“最好狀態”和“最差狀態”進行對比,得到一個值來判斷鏈路的時隙占用情況是否零散。
1.2 電力通信傳輸網鏈路斷面分析合理化原則
(1)鏈路低階斷面是基于VC12和VC3I務顆粒進行,評估的結論是基于業務顆粒的時隙分配現狀而分析的。目的就是優化每個VC4通道的時隙分配,使業務分配更合理,帶寬利用率提升。(2)定期檢視時隙分配,監控業務規劃和配置是否合理,達到帶寬利用率最大化的目的。鏈路低階斷面數據結論可以指導業務開展規劃和擴容,保證投資最優化。(3)如再現網開展智能ASON保護時,可利用VC4時隙提供業務保護通道,減低投資成本。
2 電力通信傳輸網節點失效分析
2.1 電力通信傳輸網節點失效分析原理
電力通信傳輸網節點失效分析是對網絡中每一個節點做模擬故障分析。假設網絡中某一個節點失效,統計由于該節點失效,而導致的中斷業務占整個網絡業務的比例。若網絡的保護配置到位,網絡結構健壯,業務路由分布合理,若某一個節點失效,業務中斷的概率也會相對降低很多。節點故障失效分析的數據,可以供我們進行對網絡的健壯性做簡單判斷評估。節點失效分析的意義在于快速識別網絡節點中“短板”,方便在快速地識別出整個網絡瓶頸節點,識別出對網絡影響最大的節點。
2.2 電力通信傳輸網節點失效分析優化原則
(1)節點故障率跟業務條數成正比,與鏈路方向數成反比。業務條數越多,一旦節點故障,業務中斷率越高;同樣,鏈路方向數越多,構成保護路徑也就越多,業務中斷率反而降低。(2)在解決節點故障引起業務生存率低的情況下,可以通過增加光方向,采用智能保護方式提升業務的存活率,同時在核心節點有較多業務交叉、穿通時,可以采用鏈路負載分擔或者設備熱備方案提升業務存活率。
3 電力通信傳輸網鏈路優化
3.1 電力通信傳輸網鏈路優化目標
(1)鏈路斷面合理性優化評估,是對網絡中每一條鏈路做模擬故障分析。假設網絡中某一條鏈路失效,統計由于該鏈路失效,而導致的中斷業務占整個網絡業務的比例。若網絡的保護充分,網絡結構健壯,業務路由分布合理,即使某一條鏈路失效,業務也不會發生中斷或中斷的概率也會很小。(2)通過給出網絡所有節點故障、鏈路故障對網絡業務影響的風險分析,發現網絡故障的薄弱環節。通過對網絡重要電路抗故障能力的量化評估,指導網絡安全的優化實施。通過模擬網絡發生故障的具體場景,如業務割接、擴容、網絡應急預案等,提前進行風險規避。
3.2 電力通信傳輸網鏈路優化方法
(1)增大帶寬:線路帶寬增加可降低單條鏈路使用率,采用負載分擔方式降低鏈路中斷引起的業務失效;(2)增強網絡自愈能力:目前電力通信傳輸網的組網方式常見的有環狀和線狀,業務使用SNCP方式保護。借助SNCP保護能力,環形拓撲可提供1次抗光纖保護能力,一旦光纖鏈路從兩個方向都中斷,業務完全中斷,線狀組網同樣也是如此,通過增強網絡自愈能力可以優化電力通信傳輸網鏈路。
4 結語
電力通信傳輸網鏈路優化可以降低運行風險,為保障電網的安全運行提供有力的通信業務支撐。
參考文獻
關鍵詞:串聯電抗器;短路電流;電網設計;電網運行;電力系統 文獻標識碼:A
中圖分類號:TM713 文章編號:1009-2374(2015)32-0142-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.076
隨著電網規模的快速發展以及發電廠的集中建設,電網的短路電流日益增大,將會嚴重影響電網的安全穩定運行,對于電力系統設備的可靠性也提出更高挑戰。
1 問題的提出
以某發電廠較為集中的地區為例,該地區煤炭資源極為豐富,是重要的火電基地和化工、冶金工業區。該地區擁有較多公用電廠和企業自備電廠,由于工業發展,需新建用戶a、b及自備電廠a、b,如圖1所示:
圖1 用戶a、b建設方案示意圖
圖1中變電站、電廠及線路均為220kV電壓等級。由于新建用戶及自備電廠的接入,導致公用站A的三相及單相220kV短路電流急劇上升,已超過220kV設備額定電流(50kA),需提出相應措施解決短路問題。
2 限制短路電流措施分析
目前設計及運行中最常用的限制短路電流的方式有以下七種:
2.1 提高電壓等級,次級電網解環運行
這是目前最常用也是最直接有效的限制短路電流的措施。但是針對本項目,由于周邊尚無高一電壓等級的變電站,因此不具備220kV電網解環運行的條件,本方案不予采納。
2.2 變電站母線分段運行
此方法簡單方便,但是會降低系統的安全性和運行靈活性。針對本項目,若將公用站A的220kV母線分段運行,則如圖2所示:
圖2 站A母線分段運行后電網接線圖
公用站A母線分段運行后,公用站A北段母線及所接變電站B、d、電廠C、d僅通過A(北段)-用戶a-A(南段)的線路與主網相連接,一旦發生故障,北部地區將面臨停電風險,安全可靠性大為降低,本方案不予
采納。
2.3 變壓器加裝中性點小電抗接地
此方法可以有效地降低單相短路電流,但不能降低三相短路電流,本方案不予采納。
2.4 采用高阻抗的變壓器
目前很多地區在設計階段已經考慮采用高阻抗變壓器來預防短路電流未來可能過高的問題,但是此種方式對于系統的動態穩定有一定影響,需要綜合考慮。本項目中已經采用高阻抗變壓器,但依然無法有效降低短路電流。
2.5 采用直流技術
直流輸電的應用可以有效地降低短路電流,但由于成本較高,目前主要應用于高電壓長距離的輸電情況,本方案不予采納。
2.6 提高斷路器遮斷容量
提高斷路器遮斷容量,導致造價隨之提高很多,本方案不予采納。
2.7 串聯電抗器
本項目采納此方案,具體分析見下文。
3 本工程解決方案
考慮到建設成本和周邊電網情況,本項目選擇加裝串聯電抗器來降低短路電流。
加裝串聯電抗器可以有效地增加系統阻抗,從而降低短路電流,目前在華東地區尤其是上海等短路電流水平較高的地區已經得到實際應用,主要應用于500kV電壓等級。本項目考慮在220kV電壓等級加裝串聯電
抗器。
經過調試與對比計算,最終選擇在用戶a及用戶b至公用站A的四條線路上各加裝20Ω的串抗,短路電流計算結果見表2。加裝串抗后,公用站A的三相及單相220kV短路電流均降至50kA以下,滿足設備運行條件。
此外,通過潮流計算與穩定分析,本項目加裝串抗后不會影響電網的安全穩定運行。
然而也應當注意到采用串聯電抗器所產生的問題:(1)電抗器串接至系統后,會導致電壓下降,若有必要,應注意及時補充電容器,減小串抗對電壓水平的影響。本項目中由于用戶側均有自備電廠,可以提供容性無功,從而維持電壓運行水平;(2)由于串抗增加系統阻抗,會導致系統網損的增加,串接電抗器的線路潮流越重,損耗越高。本項目中由于用戶a、b由各自的自備電廠供電,與公用站A的連接線路潮流較輕,可以有效地減少串抗對網損的影響;(3)投資較高。由于串聯電抗器單個容量有限,串聯使用時價格比較昂貴。
4 結語
目前電網設計和運行中,短路電流偏高的問題日益凸顯。在今后的設計和運行中,還是應當優先采用電網解環、母線分段、加裝小電抗、高阻抗變壓器等方法來降低短路電流,但是當以上方法受到限制或無法有效降低短路電流時,可以考慮串聯電抗器來解決問題,但應深入研究如何減小這種方案實施所帶來的負面影響,制定合理、有效的短路電流限制方案。
參考文獻
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短路電流在華東電網的應用[J].華東電力,2009,37
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翻看近些年來的魯劇,不難發現魯劇的優良傳統是在主題思想上追求積極健康的主流價值觀,弘揚愛國主義精神,富有濃厚的歷史沉淀和齊魯風格。電視連續劇《知青》繼承了這一傳統,敘事結構宏偉,畫面大氣磅礴,給觀眾留下了深刻的印象。在保持原有風格的同時,《知青》在魯劇傳統上又有了嶄新的突破和定位意識。
一、全景式格局化攝制手法為傳統魯劇創作視角帶來新思路
(一)時空架構更加開放
七連、山東屯、陜北坡底村、山東海濱某知青點、邊防女兵駐地、內蒙古生產建設兵團這幾個知青點之間通過藝術的本文由收集整理處理手法,運用獨具特色的鏡頭語言,駕馭起了復雜的時空架構,恰到好處隨著劇情進行切換,流暢生動,并在戲劇場景上將北大荒、陜北黃土高原、內蒙古草原和山東黃海之濱的山河風情做了充分的展現,并將哈爾濱、北京的一部分也水到渠成地融入到劇情之間,而且暗寫了他們的另一處家鄉上海,還有馮曉蘭父母勞改地的甘肅。劇中,北大荒生產建設兵團地處黑河的某團七連是主場景,由身為上海一個資本家女兒的周萍先在七連“借讀”,而后,借由周萍鏡頭搖到了40里外的在山東屯插隊的另外一些上海女知青身上。由七連男知青趙天亮的哥哥趙曙光在陜北坡底村插隊,鏡頭搖到了陜北黃土高原上貧瘠鄉村里插隊的知青身上。接著,因為一種北大荒常見病需要海帶進行治療,由團長呂東陽和他家鄉妻子的關系,鏡頭搖到了山東海濱的又一個知青點上。還有,由周萍到國境線上戍邊的男一班路上,鏡頭又搖到一處邊防女兵駐地,引出來魯楠幾個知青女兵;由孫敬文到內蒙古買馬,鏡頭又自然地搖到了內蒙古生產建設兵團,引出來蔡苗苗等幾位兵團女兵。這像是把一幅綿綿地全景式的知青生活畫卷一一展開,娓娓道來,令人耳目一新。
(二)情節來回交叉的敘事結構
全劇并不只是將這些知青點連接在一起,而是通過來回交叉的巧妙的敘事結構,通過對趙天亮、趙曙光兄弟命運的展開述說,通過周萍、趙天亮情感故事,讓鏡頭在七連——坡底村——山東屯之間頻頻來回切換,給足了坡底村和山東屯的戲份,牽動著觀眾一起隨著那里的知青生活和命運起起伏伏,這也是很好的藝術構思。
二、不失去大氣磅礴的情況下,結合青春偶像劇的很多元素,細膩刻畫,讓魯劇也有了撲面而來的青春氣息
魯劇創作不以娛樂和追求最大化利潤為目的,不受“戲說風”、“宮庭風”等影響,提到魯劇,觀眾想到的往往是敘事結構宏偉大氣磅礴,難免略顯寫實有余而寫意不足。《知青》將歷史劇和青春偶像劇的筆法巧妙融合起來,在不失去歷史劇厚重質感的前提下,又添加了青春偶像劇的很多清新元素,在觀感上令人心生愉悅,讓人難忘。