山穷水尽疑无路柳暗花明又一村

山穷水尽疑无路柳暗花明又一村 摘要,为了迎接初三期末模拟调研,在最后复习过程中安排了几节物理生活题课,通过“物理与生活、社会”的紧密联系,培养学生关注身边中的物理,会用物理知识解决冬季输配电线路由于冰冻造成倒塔,杆,断线的方法,增强学生冲刺一模调研检测的信心. 关键词,冰冻,除冰,掌声,短路熔冰 作者简介,侯中柱,1981-,,男,江苏宝应,硕士研究生在读,中学一级教师,注重初中物理课堂教学与实践,关注动态性物理习题在初中物理教学中的作用等.课题,“动态性物理习题在初中物理教学中的作用”,县级,研究过程中.笔者为了迎接本届初三期末模拟调研检测,在复习过程中专门安排了一节物理生活题课,通过“物理与生活、社会”的紧密联系,培养学生解决物理实际问题的能力,增强学生冲刺期末调研检测的信心. 下面是其中一节物理生活题课的具体内容,以2012年全国竞赛中最后一题为例,通过投影将试题展示给学生,下面是本节课师生共谈的具体展示, 【典例】如图甲所示,冰冻是造成高山地区冬季输配电线路倒塔,杆,断线的重要原因.为了避免这类事故的发生, 1 一方面电力工人要及时对输电线路进行除冰作业,另一方面要加强输电线的抗拉能力. 一般高压输电线每根都是由一股位于中间的钢质线芯和六股相同粗细的铝质线芯绞在一起组成的,其横截面如图乙所示.这种输电线通常被称为钢芯铝绞线,代号LGJ,.已知该钢芯铝绞线所能承受的最大安全拉力为其正常工作情况下拉力的5倍.下表是该种钢芯铝绞线的相关技术数据. 铝线 ,股数×直径,mm钢线 ,股数×直径,mm导线 外直径,mm,电阻 ,Ω/km,安全载流值 70?80?90?6×3.801×3.8011.40.5194A228A255A1.该电 力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构尺寸的铝绞线,其主要目的是什么, 2.输电线路结冰后,输电线,连同上面的冰,变粗、变重.为了保证输电线路的安全,防止输电线被拉断,在冰冻的钢芯铝绞线,连同上面的冰,其横截面可以看作圆,的直径D增大到一定值时就必须进行除冰作业,试估算需要进行除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D.,ρ铝=2 .7×103kg/m3, ρ钢=7 .9×103kg/m3,ρ冰=0.9×103kg/m3,取1141=107, 3.有种输电线路除冰作业的方法叫“短路熔冰”.所谓“短路 2 熔冰”,就是在短时间内,输电线不经过用电器而直接接通,输电线中通过比平时大许多的电流,利用导线本身发热熔冰以完成除冰作业的方法.短路熔冰时,若根这种钢芯铝绞线每米的发热功率为200W,刚短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约是多大,,取1032, 教师,这是一道“从生活走向物理、从物理走向社会”的物理生活题,主要是解决高山地区冬季输配电线路由于冰冻造成倒塔,杆,断线的方法,下面我们一起边阅读试题、边分析问题,同时教师在引领学生分析试题时思考本题考查我们什么样的. 学生,边阅读试题、边分析问题,如输配电线上的冰冻是怎么来的,为什么采用高压输电,有什么好处,高压电力线路采用钢芯铝绞线的目的是什么,“短路熔冰”为什么可以熔冰,…… 教师,上面部分同学在分析问题时提出的问题,你们可以小组合作交流并解决,高压输电可以减小电能在输电线上的损失,提高电能的利用率,“短路熔冰”可以在短时间内提高输电线的电流,根据焦耳定律Q=I2Rt,产生较多的热量,从而对输电线上的冰进行熔化,…… 教师,本题属于一道物理生活题,充分体现“从生活走向物理、从物理走向社会”的紧密联系,综合考查了热学、力学、电学等学科间多部分知识,属于学科间综合题,在近几年中 3 考中经常出现这样的试题[1].为了验证上面所提到的考查知识点,下面就针对本题涉及问题进行分析, 奋进组中学生1,立即站了起来,我可以解答第一问,高山地区需要架设高压输电线,同时冬天温度较低,空气中的水蒸气会在电线上凝华成冰冻,导致输配电线变重,达到一定程度会导致输配电线断线,所以采用钢芯铝绞线可以增强输配电线间的拉力. 全班热烈掌声,学生1对这个问题分析较为到位,他高兴地坐了下来. 梦想组中学生3,他也积极站了起来,他说需要对上面的学生1进行补充,因为钢承受拉力的能力比,X强,所以采用钢芯铝绞线可以提高输电线的抗拉能力,所以相邻两根电线杆的距离会增大,节约成本,同时这种电线也会增强导电能力,美观. 全部同学给予点赞、掌声,肯定上述两位同学的分析,全班气氛热烈. 教师,对上述两位同学的分析也给了较好的点赞,谁可以对这个问题进行总结归纳. 智慧组中物理课代表,这种电力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构尺寸的铝绞线,主要目的是为了提高输电线的抗拉能力,从而可以适当地增大杆距,节省杆材及人工等. 4 教师,点赞,你总结的比较全面,能够从原理上分析出采用钢芯铝绞线的原因,全班给予热烈掌声,给予较高肯定,谢谢.第1问我们谈论的非常好,希望各小组再相互讨论,积极思考,完成第2问和第3问. 各小组学生积极分析教师提出的问题,找出达到除冰的临界条件,解决除冰时问题的突破口,怎样求除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D,……,小组交流5min后. 创新组中学生6,他主动举手站了起来,要求上讲台同学生分析,,教师允许,,对于要求除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D,必须找出这个问题的突破口,我打算采用“逐渐逆推法”,即除冰时钢芯铝绞线的直径D?除冰时的临界条件?钢芯铝绞线承受的拉力达到其正常工作时拉力的5倍?即导线上结冰质量为该段钢芯铝绞线质量的4倍?m冰=4m导线?m=ρv.所以我打算根据上面的关系式对这个问题进行分析. 取一根长为L的结冰钢芯铝绞线作为研究对象,其横截面积如图所示.当该钢芯铝绞线所承受的拉力达到其正常工作时拉力的5倍时,即该段导线上所结冰的质量达到该段钢芯铝绞线质量的4倍时,就必须对钢芯铝绞线进行除冰作业. 设单股线芯的横截面积为S,直径为d,长为L的结冰钢芯铝绞线中铝的质量为m铝,钢的质量为m钢,冰的质量为m冰,冰的横截面积为S冰,则有, 5 冰的质量,m冰=4,m铝+m钢, 又因为m冰=ρ冰S冰Lm铝+m钢=,6ρ铝+ρ钢,SL 所以有,S冰=4×,6ρ铝+ρ钢,Sρ冰= 4×,627×103+79×103,S09×103=1071S 该钢芯铝绞线连同上面的冰,总的横截面积为,S总=S冰+7S=114.1S 即S总S=1141又因为S总S=D2d2, 所以D=S总S×d=1141×38mm=406mm 即该钢芯铝绞线直径D增大到40.6mm之间必须进行除冰作业. 该同学6对问题分析完成后,全班响起雷鸣般热烈的点赞掌声,全班同学都向同学6投向敬佩的眼光、对同学6佩服的五体投地. 教师,同学6对问题分析的比较的全面,比较到位,让我们再次以热烈的掌声给同学6和他所在的创新组所有同学,这也是他们组所有同学相互交流,相互合作的结果.其实我们班还有一些组,一些同学也是按照上面问题分析的突破口进行分析,最终计算出除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D,我们也给他们一个大大的点赞表示祝贺. 此时教师和学生交流的气氛达到最高潮,气氛活跃、主动学习. 教师,同学6对问题分析的方法是我们分析问题的一种 6 常见方法,反向推理法,,这种方法一般适用于难度稍大的问题,通过从问题开始入手,逐步推理到所给出的已知条件,分析过程清晰,容易理解、易于接受.好的,同学们对刚才的第2问是否全部掌握,还有什么疑惑的地方, 学生,对问题分析的方法基本掌握,分析过程也全部理解,我们相信以后遇到相同的题型也基本会解决了,老师,我们可以一起来分析下面的第3问. 矫健组中学生4,学生4积极而快速地站了起来,对问题进行了分析,“短路熔冰”是输电线路除冰作业的另一种有效方法,就是在短时间内,输电线不经过用电器而直接接通,此时输电线中通过的电流比平时大很多,根据焦耳定律Q=I2Rt可知,此时电流通过输电线产生较多的热量,从而使输电线上的冰冻快速熔化,即达到快速除冰效果,这就是“短路熔冰”的基本原理.下面介绍“短路熔冰”时通过一根钢芯铝绞线的大致电流, 取一根长为1m的该种结冰钢芯铝绞线作为研究对象,短路熔冰时通过的电流为I,其发热功率为P,对应的电阻为R,考虑到该种钢芯铝绞线表面为冰所覆盖,其温度与常温偏差不大,故不考虑温度对电阻的影响,其电阻可以看作为R=0.5Ω/km×1m=0.5×10-3Ω 所以根据P=I2R可知,I=PR=20005×10-3=640A 即短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约为640A. 7 教师,学生4对这个问题的分析也是正确的,他分析出了短路熔冰的原理,根据原理分析并计算出短路熔冰时的大致电流,请同学们对同学4也给予热烈掌声,还有同学们是否还有其它分析这个问题的方法呢, 智慧组中同学4,我有另外一种分析问题的方法,大家请看题目中钢芯铝绞线的相关技术数据,其中电阻 R=0.5Ω/km,所以我打算取1km这种结冰钢芯铝绞线作为研究对象,分析原理、计算方法和上面一样,只是此时其发热功率P=200w/m×103m=2×105w, 也是根据P=I2R可知,I=PR=2×10505=640A′ 即短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约为640A. 此时全班学生相互讨论、相互交流上面两位同学对问题的分析方法,原理一样,只是对问题计算的途径,过程略有差别,最终两位同学对问题分析和计算所达到的效果是一样的,非常好,让我们再次以热烈的掌声,点赞上面两位同学,向他们学习. 教师,我们全班同学相互学习、互补互助,充分发挥了全班同学的智慧和能力,让这道物理生活题在我们同学的分析下逐渐、层层地展现在我们大家面前,使,驮拥纳,活问题变成简单的物理问题,真正体现了“从生活走向物理、从物理走向社会”的紧密联系,使我们解决物理问题的科学素养得到了一定程度的提高. 8 此时各个小组同学相互讨论,在本节课学习到的知识,和学习本节课存在的疑惑, 创新组中班长总结,通过今天的课的学习,我学到了以下几点,?高山地区冬季输配电线经常结冰,学会怎样除冰,其中的原理分别是什么,?对于复杂问题的求解,可以采用“逐渐反推法”,这样可以使所求问题简单化,?在非纯电阻电路中,欧姆定律不再适用,此时导线的发热功率只能用P=I2R进行分析. 存在的疑惑,?短路熔冰可以除去输电线上的冰块,短路可以产生较大的电流,那么我们应该设置短路的时间是多长才不至于烧毁整个高压电路系统,?短路熔冰这项技术除了在高压输电线上除冰外,还可能在哪些领域有所应用,或者将来可能用于哪些领域, 教师总结,班长对本节课总结的非常全面,对问题分析的也比较的深刻,请同学们对班长提出的两点疑惑课后相互讨论,或上网查询进行解答[2].其实冬天路面结冰是常有的事,为了避免出现“夜冻昼化”的现象,常常在路面撒上大量的工业用盐,这样可以降低冰的熔点,使冰在低温下也能快速熔化,所以请同学们课后利用身边器材探究一下“在冰上撒盐,可以降低冰的熔点,”. 参考文献, [1]罗春焱.也谈一道初中物理竞赛题[J].《物理教师》 9 2002,10,64 [2]赵民.一道初中物理竞赛题的剖析[J].《中学物理教学参考》2001,06,30-31 10