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本节课要突出的重点是串联电路的电流、电压和电阻的三个特点和串联电路的分压作用。方法是为了突出重点,首先设计学生活动,让学生们在实验探究的过程中记录数据、分析数据、归纳得出结论。
本节课要突破的另一个难点是总电阻(等效电阻)的概念、串联电路电阻关系的实验测定和理论推导。方法是引导学生思考,然后实验探究,通过电流值的比较找到等效电阻。原来的教学流程是各环节活动安排(见图1)。
一、活动1:探究串联电路中电流和电压的规律
(1)猜测:在图2所示电路中,通过A、B、C各点的电流之间可能有怎样的大小关系?AB、BC、AC两点之间的电压可能有怎样的大小关系?
(2)按电路图连接电路,用电流表测量电路中通过A、B、C三点的电流,并填入表1。
由此可以得出初步结论:________________________________________。
(3)用电压表测出电路中AB、BC、AC两点之间的电压,并填入表2。
由此可以得出初步结论:________________________________________。
二、活动2:寻找5欧和10欧两个串联电阻的等效电阻
思考:寻找一个新的电阻替代原来电路中的R1和R2,使得在电源电压保持不变的条件下,电路中的电流与原来串联电路中的电流相等。(见表3)
实验结果表明:________________________________________________。
三、活动3:探究串联电路与电阻的关系
例题1:甲、乙两个导体的阻值分别为R1=10欧、R2=20欧,串联在电压为3伏的电源上,求两个导体两端的电压U1和U2。
该教学设计也是在充分考虑到教材、课程标准和学生的学情等方面的因素,经过一次试讲后成形的。在正式上课的过程中自己觉得时间有点紧张,给予学生思考交流的时间、空间不够,评委老师对此的指导意见是:
(1)教学过程有点头重脚轻的感觉,等效电阻的实验探究老师的指导不够,对于等效的意义解释不够清楚。
(2)教学内容有点多,教材处理方面可以灵活,比如电流和电压的特点探究放在课前,这样就能更充分地探究串联电路的等效电阻和推导分压作用。
后来我对自己的教学流程做了改进,直接用小彩灯做实验并有意破坏其中一个灯,对比前后的实验现象,判断小灯的连接方式,结合前面电路学习时测量的电流和电压数据直接归纳出电流和电压的规律,“请同学们根据我们前面学习的电阻大小与导体长度的关系猜想一下串联电路中电阻的特点”,一个提问直接过渡到学生对电阻的探究,提出猜测,实验探究,记录数据。然后各小组交流数据,分析归纳,采取等效替代的方法实验探究得出电阻的规律。通过例题巩固串联电路的特点,引出电阻大的导体两端电压多,利用欧姆定律和串联电路中电流规律推导电压的分配规律。(见图3)
改进后的各个环节活动安排:
活动1: 小组交流电路学习时测量的电流和电压数据直接归纳出电流和电压的规律。
活动2:寻找5欧和10欧两个串联电阻的等效电阻。(见图4和表4)
思考:寻找一个新的电阻替代原来电路中的R1和R2,使得在电源电压保持不变的条件下,电路中的电流与原来串联电路中的电流相等。
实验结果表明:________________________________________________。
活动3:练一练。
例题2:甲、乙两个导体的阻值分别为R1=10欧、R2=20欧,串联在电压为3伏的电源上,求通过两个导体的电流和两端的电压U1和U2。
“大家发现哪个电阻两端的电压分得多?”通过计算分析得出猜想“串联电路中导体电阻越大,两端分得电压越多”,利用欧姆定律和串联电路中电流规律推导串联电路的分压作用。
本节教材是在学生初步了解了电路概念以及认识了串联和并联电路特点的基础上进行教学的.本节是一节典型的实验探究课.教材的编写突出了学生的探究学习过程,整节课科学探究的技能要求比较明显,在教学中占有相当分量.本节的内容具有很强的基础性,无论从知识内容上还是从技能训练上都是电学基础,因此整节课应创造条件让学生人人都能动手操作,在亲自的动手操作中掌握电流表的使用,并且真正经历探究的过程.
【学生现状分析】
学生对本节内容有一定的感性基础,生活中常常会听到“电流”这个词,但又认识得不够明确,不具体.对于串联电路和并联电路中的电流特点容易受灯泡亮度的影响.
【总体设计思路】
本节课中电流的的概念不准备深入讲解只需要学生了解电流有强弱之分.所以通过让学生观察灯泡亮度的变化、录音机音量的变化、风扇转动的变化,知道电流是有强弱的.关于电流表的读数和使用,主要采用学生自学、动手实践、总结的方式进行教学.在进行是串、并联电路中的电流特点的这部分的教学时,通过给学生创设问题的情景,充分调动学生的积极性,让学生亲自经历提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证的全过程,让学生成为串、并联电路中电流的规律的“发现者”.根据实验现象“灯泡发光亮度不一样”,提出问题,并做出合理的猜想.小组讨论、交流实验方案,不断完善实验计划.得到最终的实验方案后,学生合作完成实验、收集数据.最后根据全班不同小组的实验数据中总结出串、并联电路电流的特点.
【教学目标】
1.知识与技能
(1)通过探究实验,得出串、并联电路中电流的规律,学习科学探究的方法;
(2)在实验过程中,训练学生连接电路、正确使用电流表的基本技能.
2.过程与方法
(1)经历探究串联和并联电路电流特点的实验操作过程,培养学生拟定简单的科学探究计划与实验方案的能力和初步的信息处理能力.
(2)经历学习电流表使用说明书的过程,提高学生自学的能力.
3.情感与价值观
通过观察、实验及探究性学习活动,培养实事求是、尊重自然规律的科学态度,认识交流与合作的重要性,并感受成功的喜悦.
【教学重点与难点】
本节的主要物理知识蕴含于探究活动中,学生探究能力的增长、电流规律的得出及掌握电流表的使用都与探究过程密不可分,因此本节课的重点是会正确使用电流表和理解串、并联电路中的电流关系.串、并联电路的电流特点的实验探究是本节教学的难点.
【教学用具】
电池组、两个小灯泡、开关、电流表、导线若干.(说明:有的小组的两个灯泡规格相同,有的小组的两个灯泡规格不相同)
【教学过程】
一、电流
教师:上节课同学们学习了串联和并联电路,请你们来判断一下这里的台灯、录音机、风扇是以什么方式连入电路的?
(给学生展示台灯、录音机、风扇)
学生:并联.
教师:判断的理由是什么呢?
学生:它们可以各自独立工作,互不影响.台灯不工作,录音机、风扇可以照常工作.
教师:很好.那台灯、录音机、风扇可以工作,能说明什么?
学生:说明有电流通过.
教师:电流看不见、摸不着,我们就可以通过台灯、录音机、风扇的工作来感知电流的存在.
教师操作:调节台灯的调光旋钮,灯变亮;调节录音机的音量旋钮,声音变大;调节风扇的转速旋钮,风扇转快.
教师:灯变亮、声音变大、风扇转快,这些现象说明了什么?
学生:通过它们的电流变大了.
教师:很好.电流也是有强弱、大小之分的.物理学上就是用电流这个物理量来表示电流的强弱的.
教师:请大家自学课本53-54页,完成学案相关内容.
学生自学课本.
电流的符号:
电流的单位:国际单位,其他单位.
单位换算:1 A=mA,1 mA=μA.
学生:电流的符号是I.
学生:单位是安培,还有毫安、微安.
教师:咱们再了解一下常用家用电器的电流值.
教师借助多媒体展示学生熟悉的家用电器的电流值:液晶显示电子计算器约130 μA、30 W普通照明日光灯约130 mA、47 cm彩色电视机约200 mA、70 W家用电风扇约320 mA、家用电冰箱1.1~1.7 A、500 W家用电熨斗约2.3 A.
彩色电视机的电流约多少安呢?
学生:0.2 A.
(设计意图:让学生对电流的大小由感性的认识并熟悉电流的常用单位.)
二、电流表
教师:虽然我们可以通过同一灯泡的亮度、录音机音量的大小、风扇转动的快慢等一些直观现象粗略判断电流的大小,但要想准确知道电路中电流的大小,还是要使用专门的测量仪器的――电流表.(教师向学生展示电流表)
教师:你会使用电流表吗?请你阅读电流表的使用说明书,然后用电流表测量一下通过小灯泡的电流的大小(电路如图1所示).
学生自学电流表使用的说明书,两人一小组进行实验.
教师进行巡视,及时发现学生在使用电流表的过程中存在的问题.
教师:大家在用电流表测量小灯泡电流的过程中遇到过什么问题吗?
学生:我们连好电路,闭合开关后发现指针往零刻线左边偏转了.
教师:谁能帮这个小组的同学解决一下这个问题啊?
学生:他们小组没有让电流从正接线柱流入,负接线柱流出,电流表正负极接反了.
教师:非常好,大家在连接电流表时一定要“正进负出”,如果接反了,就会出现指针反向偏转的现象.
学生:我们小组的电流表一开始指针就没指在零刻线上,这怎么办啊?
教师:遇到这种情况,在使用电流表前就需要先校零.
学生:我们小组闭合开关后,指针偏转角度非常小?
教师:偏转角度过小是什么原因造成的呢?
学生:他们小组肯定是用0~3 A的量程了,量程选大了.
教师:这就提醒大家,使用电流表时,一定要选择合适的量程.
教师:电流表是比较精密的测量仪器,同学们在使用的过程中要按照使用说明书来进行操作.
(设计意图:电流表使用的教学设计成让学生先自学,然后亲自使用电流表的方式,更符合学生的生活经验,学生在不断地摸索、尝试中掌握了电流表的使用方法.纠错的过程可以使学生对电流表的使用有更加深刻的认识.)
三、探究串、并联电路电流的特点
1.情景设置、激智启疑
学生活动:动动手,看谁的小灯最先亮.
教师:接下来同学们一起动动手让你们桌上的两盏小灯亮起来.这一大组的同学是串联组,那边一大组的就是并联组,咱们比比看,串联组中谁的两盏小灯最先亮,并联组中又是谁的两盏小灯最先亮.
学生两人一组利用器材连接电路.请小灯最先亮的小组展示.
学生:我们连接的是串联电路.(操作:闭合开关,两盏灯都亮了.两盏灯炮一样亮.)
学生:我们连接的是并联电路.(操作:闭合开关,两盏灯都亮了,两盏灯炮一样亮.)
教师:大家看,这组连接的串联电路中的两个灯泡亮度是一样的,而这组连接的并联电路中的两个灯泡亮度也是一样的.其它小组的两盏灯的发光情况也都是这样的吗?
学生:我们小组不是.我们的是串联电路,一个灯很亮,一个不太亮.(展示)
学生:我们连的是并联电路,两个灯的亮度也不一样.
教师:不管是一样亮还是不一样亮,只要灯发光了就都说明有电流通过了.那你有没有想过串联电路和并联电路中的电流会有什么样的特点呢?下面请同学们进行有依据的大胆猜想.先小组讨论有怎样的猜想.
2.开放思想、大胆猜想
学生小组讨论,发表自己的猜想.
教师:哪个小组能和大家分享一下你们的猜想啊?对了,还要说出你们猜想的依据啊.
学生:我们小组觉得串联电路电流处处相等.因为我们的串联电路中灯泡一样亮.
教师:嗯,串联的灯泡一样亮猜想电流相等.还有其它的想法吗?
学生:我们的猜想是串联电路电流从负极往正极越来越小.我们这样想的依据是靠近负极的灯泡比较亮.
学生:我们的猜想和刚才小组正好相反,靠近正极的灯泡比较亮,所以我们认为串联电路中电流从正极出发越来越小.
教师:这两个小组也是根据自己小组灯泡的发光情况做出了相应的猜想.
学生:我们觉得串联电路中电流从正极出发越来越小,因为我们感觉电流经过用电器后会消耗一些电流.
教师:并联电路呢?
学生:我们觉得并联电路两条支路的电流相等,因为两条支路上的灯泡亮度一样亮.
教师:那并联电路干路和各支路电流会有什么关系呢?
学生:我们猜并联电路干路上的电流等于两支路电流和.就像河流分流,支流的水加起来就是干流的量.
(教学说明:科学是从想象开始的,想象是科学的准备阶段,没有想象就没有创造意向,便不能进行创造;只有想象和大胆的猜想才能产生假说;同时想象和猜想又能激励创造.可见,猜想与假设在科学探究中是极其重要的.在这个环节中,教师要不断鼓励学生进行合理、大胆的猜想.)
3.设计方案、合作交流
教师:大家的猜想很多,但哪种猜想是正确的呢?我们要用实验进行验证.请同学们根据自己小组的猜想,画出实验所需的电路图,选择所需器材,设计实验过程.
学生分小组讨论.
教师:哪个小组来展示探究串联电路电流特点的设计方案啊?
学生投影电路图简单说出设计方案:把电流表分别串联接入图2电路中的A、B、C点,测量出A、B、C点的电流值进行比较,看猜想是否正确.
教师:好,那再请并联组的同学展示一下并联电路电流特点的设计方案.
学生投影电路图简单说出设计方案:用电流表分别测量出图3中A、B、C三点的电流值,比较图3中B、C两点的电流值,看看支路电流有什么特点;比较三点电流,看干路和支路电流的特点.
教师:两组的设计方案都展示完了,还有没有需要改进完善的地方呢?请大家各抒己见,发表一下自己的看法.
学生:我认为在刚才两个小组的设计中,他们各自只做了一组实验,根据这一组数据就得结论的话,还不够充分,偶然性太大了.
教师:说的很好,针对这个问题大家还有没有很好的解决方案呢?
学生:可以更换电池,通过改变电源来得到多组数据.
学生:还可以更换两个不同型号的灯泡重复他们刚才的实验.
教师:想法都很好,这样就可以得到多组数据,得到的结论也就更具有普遍性了.在课堂上,由于不同小组用的灯泡规格不同,我们采用小组交流的方法,来更快的得到结论.
(教学说明:在这个环节中,学生是当之无愧的主角.在生生互动的过程中,不断完善实验的方案.)
4.进行实验、收集数据
教师:实验方案有了,下面就请同学们按照自己设计的方案进行实验,一定要如实地记录实验数据.
学生进行实验.教师提醒学生实验时要注意正确使用电流表,把实验结果如实地记录下来,填写在表1的实验记录中,并把实验中遇到的问题也记下来.教师巡视指导.
表1实验次数A点的电流IAB点的电流IBC点的电流IC5.分析数据、得出结论
教师:由于时间关系,咱们的实验先进行到这里.请同学关闭电源.很多组同学的实验都完成得很好,完成串联电流特点的小组能过来展示一下你们的实验数据吗?
学生投影数据说明结论:串联电路中电流处处相等.
教师:你们小组的两个灯泡亮度是什么样的?
学生:一样亮.
教师:串联组中,两个灯泡亮度不一样的小组得到的结论是什么样的?
学生:电流也是相等的.
教师:看来不管两个灯泡的亮度是否相同,在串联电路中电流是处处相等的.
教师:我们再来看看完成并联电路电流特点的小组谁能展示一下?
学生投影数据说明结论:并联电路中干路电流等于各支路电流之和.我们小组的两个灯泡亮度不相同.
教师:并联组中,两个灯泡亮度一样的小组得到什么样的结论?
学生:和他们小组一样,也是并联电路中干路电流等于各支路电流之和.
教师:在并联电路中,干路电流等于各支路电流之和.也与灯泡的亮度无关.
(设计意图:在向全班展示实验数据时,教师一定要多收集几组数据.这样不同的小组灯泡不一样、电源不一样,不仅实验的准确性提高了、而且得出的结论更具普遍性.另一方面也更加强调了小组间交流协作的重要性和必要性.)
教师:这节课我们通过亲自动手学会了电流表的使用,通过亲自猜想、实验设计、动手操作得到了串联和并联电路中电流的特点,收获颇丰.下节课我们将运用串并联电路电流的特点来解决一些电路中的问题,期待同学们有更精彩的表现.
2、为了检修方便可以选择并联。
具体介绍:
1、串联电路:把元件逐个顺次连接起来组成的电路。特点是流过一个元件的电流同时也流过另一个;
2、并联电路:把元件并列地连接起来组成的电路,特点是干路的电流在分支处分两部分,分别流过两个支路中的各个元件;
一、定义法
根据串联、并联电路的定义直接判断。串联电路是用电器首尾相连,然后接到电路中;并联电路是用电器的两端分别连在一起,然后接到电路中。此法适用于较简单的电路。
例1 如图1 所示,当开关S2闭合,S1、S3断开,两灯泡
联;当S2断开,S1、S3闭合,两灯泡
联。
解析 当开关S2闭合,S1、S3断开,在教学时我要求学生用铅笔将S2连接上,S1、S3部分用小硬纸片遮住,这时候只看剩余部分电路,再去分析电路,很容易判断出两灯炮串联。
当开关S2闭合,断开S1、S3闭合,在教学时我要求学生用铅笔将S1、S3连接上,S2部分用小硬纸片遮住,这时候只看剩余部分电路,再去分析电路,很容易判断出两灯炮并联。
二、电流流向法
该方法是:当闭合开关后,让电流从电源的正极出发(在电路图中电流方向用箭头标出),沿电路向前移动,电路无分叉,即电流只沿一条路径,通过所有元件或用电器到达电源负极,这些用电器即为串联;如果电路出现分支,即电流的路径有两条或两条以上,每条支路上只有一个用电器,则这几个用电器为并联,且可找到“分流点”和“合流点”。
例2
试判断图2与图3中灯的连接方式。
解析 图2中电流从正极流向负极只有一条通路,如图2所示,故甲、乙两灯为串联。在图3中,电流从电源正极流向负极有两条路径,A为分流点,B为合流点,故丙、丁两灯为并联。
三、 断路观察法
该方法是在多个用电器组成的电路中,把其中一个用电器断路(如去掉该用电器),如果其他用电器都不能正常(如电灯不发光了)则这个电路是串联的。如果其他用电器仍能工作,则这个电路是并联的。该方法的依据是:串联电路各元件间相互影响,相互干扰;并联电路各元件相互独立,互不影响。
例3 试判断图4中三只灯的连接方法。
解析 如图4所示电路,用“断路观察法”来判断,可以发现有“断二通一”或“断一通二”的特点,即在L1、L2、L3中任意断开两个(或一个),其他一个(或两个)能构成通路。故知L1、L2、L3为并联。
四、去表法
如果电路中有电流表或电压表,则可以去掉它们。去掉的方法为:电压表所在位置视为断路(因电压表内阻很大,几乎无电流通过);电流表所在位置用导线连接起来(因电流表内阻很小,电阻可视为零)。此法适合于有电表的电路。
例4 如图5、图6所示判断两灯的连接方式
关键词:规范;知识的补充与拓展;灵活运用和融会贯通
中图分类号:G633.7 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)34-0116-02
教科书中所给的两道例题具有很强的代表性,第一个例题是让学生体会:当串联电路中一个电阻改变时,电路中电流及另一个电阻两端电压会随之改变。例题二让学生体会:当并联电路一个支路电阻改变时,干路中电流会发生变化,但另一个电路电流和电压不会发生变化。两个例题做下对比,解决了学生疑惑。下面笔者从以下几方面谈谈本节教学的注意事项以及心得体会。
一、仔细分析题目
分析题目是思维能力的展示,是对知识的具体运用。首先让学生熟练掌握欧姆定律的内容及形变公式,然后对电路进行分析判断,确定电路特点,然后再根据电流电压电阻关系解答。
二、规范解题
初中学生接触物理学习时间不长,对于会做的题目往往不知怎样表达,有时表达顾此失彼造成丢分。究其原因是解题不规范,所以养成规范的解题习惯,对提高教学成绩和养成严谨的思维能力尤其重要。本节中,利用该定律解题应注意:(1)I,U,R都是指同一导体或同一段电路在同一状态下的物理量。(2)利用好该定律的两个变形公式U=IR,R=U/I。(3)单位必须统一用国际单位的主单位。(4)在I,U,R下方标上角标,表示不同的导体,或者同一导体的不同时刻。(5)要有必要的文字表达,在物理语言的表达上要严谨、有序。
三、注意知识的补充与拓展
以例一为例:电阻R1为10欧,电源两端电压6伏,开关S闭合后,求:(1)当滑动变阻器R接入电路中的电阻R2为50欧时,通过R1的电流I;(2)当滑动变阻器接入电路中电阻为20欧时,通过R1的电流I。本题中,由于电阻串联,通过R1的电流与总电流相等,由于知道总电压U,只要知道总电阻就可以了,我就提问学生:总电阻是多少呢?学生异口同声回答:R1+R2。我又问,为什么是两个电阻之和呢?此时学生无语,引起认知冲突。这时,我把学生带入最近发展区,得出串联电路电阻关系。串联电路电阻关系U=U1+U2;电流关系:I=I1=I2,得U/I=U1/I1+U2/I2。由欧姆定律可知R=R1+R2。所以也可以求出通过R1电流I=U/R=6/60=0.1(A)。同理可以求出当R3=20欧时电流I=0.2A。此时老师可以让学生分别求出两个小题滑动变阻器两端电压和电阻R1两端电压分别是多少。当滑动变R2=50欧时,U1=I1xR1=0.1x10=1(v),U2=I2xR2=0.1x50=5(v);当滑动变阻器电阻R3=20欧时,U1=I1xR1=0.2x10=2(v),U3=I3xR3=0.2x20=4(v)。引导学生比较两种情况下电阻与各自电压关系发现:第一种情况下U1/R1=U2/R2;第二种情况下:U1/R1=U3/R3。由此得出串联电路电压比等于各自电阻比,即:U1/U2=R1/R2。老师点拨学生认识到,串联电路中,当一个电阻改变时,另一个电阻两端电压和电流都要改变,可谓“牵一发而动全身”。以例二为例:电阻R1为10欧,与滑动变阻器组R并联电路,电源电压12V,开关S闭合后,求:(1)当滑动变阻器R接入电路中电阻R2=40欧时,通过R1的电流I1和总电流I;(2)当滑动变阻器接入电路中电阻R3=20欧时,通过R1电流I1和总电流I。本题由于电阻与变阻器组成并联,所以它们两端电压U1=U2=U=12V。以第一小题看,由欧姆定律得,通过R1的电流I1=U1/R1=12/10=1.2A;通过R2的电流I2=U2/R2=12/40=0.3A;总电流I=I1+I2=1.2+0.3=1.5(A)。我此时问学生:由欧姆定律,总电流I可以用总电压U与总电阻R的比求得,那么并联电路总电阻是多少呢?这时学生很快回答:等于两个电阻之和。我没有否定学生的回答,而是让他们用总电压除以总电流看看总电阻是多少,和想象的是否一样?即:R=U/I=12/1.5=8(欧)。通过计算同学们发现并联电路总电阻并不等于各电阻大小之和,不但比它们的和要小,而且比任何一个都要小。但又找不出到底有什么关系。我把三个电阻大小依次列出来:8 10 40。让学生发现三个数据关系,当我意识到没有学生发现时,我又把三个数写成倒数形式。这时熊可佳同学首先发现:1/8=1/10+1/40。我虽然欣喜,对她给予了表扬,但并没急于下结论。而是让学生用同理计算第二题,发现同样的规律。此时我告诉学生并联电路电阻的关系:总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和。即1/R=1/R1+1/R2。
当满足学生一时的求知欲时,学生的好奇心被进一步调动,老师趁热打铁,让学生找找两种情况下,电阻和通过它们的电流的关系。以第一小题中,R1=10欧,I1=1.2安;R2=40欧,I2=0.3安。学生马上就发现:I1/I2=R2/R1。即,并联电路电流比等于电阻比的倒数。通过数据,可以进一步引导学生发现:并联电路中,当一个支路电阻改变时,只能改变本支路电流,对其他支路的电压,电流没有影响。这也是我们经常说的并联电路各支路地位平等,相互不影响。
希腊神话中,狡猾的西绪福斯惹怒众神之王宙斯,被施以最痛苦的惩罚。每天早晨,西绪福斯要将大块石头推上高山,在他以为到达时,石头就会从他手中滑落。
从物理学看,他的肌肉输出动能转化成石头的势能,每攀登一步,石头得到的势能就更多一分,当他到达山顶,石头滚下,势能再转化为动能。这是希腊版的吴刚伐桂。东西方古人对最残忍刑罚看法出奇地一致一强令某人做无用功。
其实,人人都在做无用功。男性每天大约消耗2500干卡热量,女性更少。这些能量支持生理活动,使体温保持在37摄氏度左右,让神经和肌肉系统正常运作。其中,还有大约1/3的热量被浪费掉。
很早以前人们就尝试利用这些多余能量。1770年,瑞士力洛克的制表大师亚伯拉罕一路易・波特莱发明了自动表,只要戴着表走路15分钟,它就可以不用电池工作8天。现代全自动机械表的设计灵感就来自于人走路时手臂的摆动,通过一个摆锤转换成手表游丝的弹性势能,用储存起来的能量驱动秒针嘀哒不休。
然而,使用这种思路来解决现在数码产品的供电问题可能没什么前途,因为人体能够提供的能量不大,而且转换效率也不高。以现在的技术水平,如果你要像使用全自动手表那样为MP3供电,恐怕需要把手臂挥舞得如同风车般快才行。并不是每个人都可以做,毕竟除了会感觉指尖充血和肌肉酸痛外,还需要承受路人的诧异眼光。
最近有些新产品可能会稍稍减少这种尴尬。一种叫做“水虎鱼”的电动刮胡刀在背面安装了一个摇柄。猛摇一分钟,可以刮70秒胡子:还有一种阅读摇椅,坐在上面摇啊摇的时候,椅子上安装的阅读灯就会亮。
一个人能产生的电量大概就能做这点小事,但是如果人多,那能量就大得让人侧目了。加利福尼亚健身连锁机构开始尝试在健身设备上安装发电装置,用人们运动时产生的能量为健身房供电。这套系统的原理和在科技馆中总能看到的发电自行车差不多,踩得越快,灯泡就会越亮。荷兰鹿特丹的“WATT”夜总会铺设了特别的能量收集地板,将人们随性抛掷的热情狂舞变成闪耀的霓虹灯光。纽约的Fluxxlab设计工作室设计了商场使用的旋转门,推门的时候,藏在地板下的弹簧装置就会发电。麻省理工学院的两位在读博士生设计了一种地板,人们走过时,重量会传递到地板下的垫块上,进而驱动发电机。
关键词:电力通信 传输网 链路优化
中图分类号:TN915.85 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)12-0027-01
对电力通信传输网链路进行分析,结合影响链路优化配置的各类因素指标,提出基于链路断面及节点分析的原理和优化原则,确定电力通信传输网链路优化目标以及方法,提高传输网络的承载能力及可扩展性。
1 电力通信传输网链路断面分析
1.1 电力通信传输网链路断面分析基本原理
传输链路断面分析重点是针对业务需求的颗粒度来说的,比如业务需求如果是VC4业务,而网络中没有一个完整的VC4时隙了,每个VC4时隙都被几个VC12业务占用,那么我们说这个网络的时隙使用是零散的,存在时隙碎片,需要进行整理;如果业务需求只有VC12,那么网络中是不存在时隙碎片的。断面链路时隙示意图1所示:
传输链路断面分析可以给出每条链路的时隙使用情况,通过“现状”与“最好状态”和“最差状态”进行对比,得到一个值来判断链路的时隙占用情况是否零散。
1.2 电力通信传输网链路断面分析合理化原则
(1)链路低阶断面是基于VC12和VC3I务颗粒进行,评估的结论是基于业务颗粒的时隙分配现状而分析的。目的就是优化每个VC4通道的时隙分配,使业务分配更合理,带宽利用率提升。(2)定期检视时隙分配,监控业务规划和配置是否合理,达到带宽利用率最大化的目的。链路低阶断面数据结论可以指导业务开展规划和扩容,保证投资最优化。(3)如再现网开展智能ASON保护时,可利用VC4时隙提供业务保护通道,减低投资成本。
2 电力通信传输网节点失效分析
2.1 电力通信传输网节点失效分析原理
电力通信传输网节点失效分析是对网络中每一个节点做模拟故障分析。假设网络中某一个节点失效,统计由于该节点失效,而导致的中断业务占整个网络业务的比例。若网络的保护配置到位,网络结构健壮,业务路由分布合理,若某一个节点失效,业务中断的概率也会相对降低很多。节点故障失效分析的数据,可以供我们进行对网络的健壮性做简单判断评估。节点失效分析的意义在于快速识别网络节点中“短板”,方便在快速地识别出整个网络瓶颈节点,识别出对网络影响最大的节点。
2.2 电力通信传输网节点失效分析优化原则
(1)节点故障率跟业务条数成正比,与链路方向数成反比。业务条数越多,一旦节点故障,业务中断率越高;同样,链路方向数越多,构成保护路径也就越多,业务中断率反而降低。(2)在解决节点故障引起业务生存率低的情况下,可以通过增加光方向,采用智能保护方式提升业务的存活率,同时在核心节点有较多业务交叉、穿通时,可以采用链路负载分担或者设备热备方案提升业务存活率。
3 电力通信传输网链路优化
3.1 电力通信传输网链路优化目标
(1)链路断面合理性优化评估,是对网络中每一条链路做模拟故障分析。假设网络中某一条链路失效,统计由于该链路失效,而导致的中断业务占整个网络业务的比例。若网络的保护充分,网络结构健壮,业务路由分布合理,即使某一条链路失效,业务也不会发生中断或中断的概率也会很小。(2)通过给出网络所有节点故障、链路故障对网络业务影响的风险分析,发现网络故障的薄弱环节。通过对网络重要电路抗故障能力的量化评估,指导网络安全的优化实施。通过模拟网络发生故障的具体场景,如业务割接、扩容、网络应急预案等,提前进行风险规避。
3.2 电力通信传输网链路优化方法
(1)增大带宽:线路带宽增加可降低单条链路使用率,采用负载分担方式降低链路中断引起的业务失效;(2)增强网络自愈能力:目前电力通信传输网的组网方式常见的有环状和线状,业务使用SNCP方式保护。借助SNCP保护能力,环形拓扑可提供1次抗光纤保护能力,一旦光纤链路从两个方向都中断,业务完全中断,线状组网同样也是如此,通过增强网络自愈能力可以优化电力通信传输网链路。
4 结语
电力通信传输网链路优化可以降低运行风险,为保障电网的安全运行提供有力的通信业务支撑。
参考文献
关键词:串联电抗器;短路电流;电网设计;电网运行;电力系统 文献标识码:A
中图分类号:TM713 文章编号:1009-2374(2015)32-0142-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.076
随着电网规模的快速发展以及发电厂的集中建设,电网的短路电流日益增大,将会严重影响电网的安全稳定运行,对于电力系统设备的可靠性也提出更高挑战。
1 问题的提出
以某发电厂较为集中的地区为例,该地区煤炭资源极为丰富,是重要的火电基地和化工、冶金工业区。该地区拥有较多公用电厂和企业自备电厂,由于工业发展,需新建用户a、b及自备电厂a、b,如图1所示:
图1 用户a、b建设方案示意图
图1中变电站、电厂及线路均为220kV电压等级。由于新建用户及自备电厂的接入,导致公用站A的三相及单相220kV短路电流急剧上升,已超过220kV设备额定电流(50kA),需提出相应措施解决短路问题。
2 限制短路电流措施分析
目前设计及运行中最常用的限制短路电流的方式有以下七种:
2.1 提高电压等级,次级电网解环运行
这是目前最常用也是最直接有效的限制短路电流的措施。但是针对本项目,由于周边尚无高一电压等级的变电站,因此不具备220kV电网解环运行的条件,本方案不予采纳。
2.2 变电站母线分段运行
此方法简单方便,但是会降低系统的安全性和运行灵活性。针对本项目,若将公用站A的220kV母线分段运行,则如图2所示:
图2 站A母线分段运行后电网接线图
公用站A母线分段运行后,公用站A北段母线及所接变电站B、d、电厂C、d仅通过A(北段)-用户a-A(南段)的线路与主网相连接,一旦发生故障,北部地区将面临停电风险,安全可靠性大为降低,本方案不予
采纳。
2.3 变压器加装中性点小电抗接地
此方法可以有效地降低单相短路电流,但不能降低三相短路电流,本方案不予采纳。
2.4 采用高阻抗的变压器
目前很多地区在设计阶段已经考虑采用高阻抗变压器来预防短路电流未来可能过高的问题,但是此种方式对于系统的动态稳定有一定影响,需要综合考虑。本项目中已经采用高阻抗变压器,但依然无法有效降低短路电流。
2.5 采用直流技术
直流输电的应用可以有效地降低短路电流,但由于成本较高,目前主要应用于高电压长距离的输电情况,本方案不予采纳。
2.6 提高断路器遮断容量
提高断路器遮断容量,导致造价随之提高很多,本方案不予采纳。
2.7 串联电抗器
本项目采纳此方案,具体分析见下文。
3 本工程解决方案
考虑到建设成本和周边电网情况,本项目选择加装串联电抗器来降低短路电流。
加装串联电抗器可以有效地增加系统阻抗,从而降低短路电流,目前在华东地区尤其是上海等短路电流水平较高的地区已经得到实际应用,主要应用于500kV电压等级。本项目考虑在220kV电压等级加装串联电
抗器。
经过调试与对比计算,最终选择在用户a及用户b至公用站A的四条线路上各加装20Ω的串抗,短路电流计算结果见表2。加装串抗后,公用站A的三相及单相220kV短路电流均降至50kA以下,满足设备运行条件。
此外,通过潮流计算与稳定分析,本项目加装串抗后不会影响电网的安全稳定运行。
然而也应当注意到采用串联电抗器所产生的问题:(1)电抗器串接至系统后,会导致电压下降,若有必要,应注意及时补充电容器,减小串抗对电压水平的影响。本项目中由于用户侧均有自备电厂,可以提供容性无功,从而维持电压运行水平;(2)由于串抗增加系统阻抗,会导致系统网损的增加,串接电抗器的线路潮流越重,损耗越高。本项目中由于用户a、b由各自的自备电厂供电,与公用站A的连接线路潮流较轻,可以有效地减少串抗对网损的影响;(3)投资较高。由于串联电抗器单个容量有限,串联使用时价格比较昂贵。
4 结语
目前电网设计和运行中,短路电流偏高的问题日益凸显。在今后的设计和运行中,还是应当优先采用电网解环、母线分段、加装小电抗、高阻抗变压器等方法来降低短路电流,但是当以上方法受到限制或无法有效降低短路电流时,可以考虑串联电抗器来解决问题,但应深入研究如何减小这种方案实施所带来的负面影响,制定合理、有效的短路电流限制方案。
参考文献
[1] 庄侃沁,陶荣明,尹凡.采用串联电抗器限制500kV
短路电流在华东电网的应用[J].华东电力,2009,37
(3).
[2] 电力工业部电力规划总院.电力系统设计手册[M].
翻看近些年来的鲁剧,不难发现鲁剧的优良传统是在主题思想上追求积极健康的主流价值观,弘扬爱国主义精神,富有浓厚的历史沉淀和齐鲁风格。电视连续剧《知青》继承了这一传统,叙事结构宏伟,画面大气磅礴,给观众留下了深刻的印象。在保持原有风格的同时,《知青》在鲁剧传统上又有了崭新的突破和定位意识。
一、全景式格局化摄制手法为传统鲁剧创作视角带来新思路
(一)时空架构更加开放
七连、山东屯、陕北坡底村、山东海滨某知青点、边防女兵驻地、内蒙古生产建设兵团这几个知青点之间通过艺术的本文由收集整理处理手法,运用独具特色的镜头语言,驾驭起了复杂的时空架构,恰到好处随着剧情进行切换,流畅生动,并在戏剧场景上将北大荒、陕北黄土高原、内蒙古草原和山东黄海之滨的山河风情做了充分的展现,并将哈尔滨、北京的一部分也水到渠成地融入到剧情之间,而且暗写了他们的另一处家乡上海,还有冯晓兰父母劳改地的甘肃。剧中,北大荒生产建设兵团地处黑河的某团七连是主场景,由身为上海一个资本家女儿的周萍先在七连“借读”,而后,借由周萍镜头摇到了40里外的在山东屯插队的另外一些上海女知青身上。由七连男知青赵天亮的哥哥赵曙光在陕北坡底村插队,镜头摇到了陕北黄土高原上贫瘠乡村里插队的知青身上。接着,因为一种北大荒常见病需要海带进行治疗,由团长吕东阳和他家乡妻子的关系,镜头摇到了山东海滨的又一个知青点上。还有,由周萍到国境线上戍边的男一班路上,镜头又摇到一处边防女兵驻地,引出来鲁楠几个知青女兵;由孙敬文到内蒙古买马,镜头又自然地摇到了内蒙古生产建设兵团,引出来蔡苗苗等几位兵团女兵。这像是把一幅绵绵地全景式的知青生活画卷一一展开,娓娓道来,令人耳目一新。
(二)情节来回交叉的叙事结构
全剧并不只是将这些知青点连接在一起,而是通过来回交叉的巧妙的叙事结构,通过对赵天亮、赵曙光兄弟命运的展开述说,通过周萍、赵天亮情感故事,让镜头在七连——坡底村——山东屯之间频频来回切换,给足了坡底村和山东屯的戏份,牵动着观众一起随着那里的知青生活和命运起起伏伏,这也是很好的艺术构思。
二、不失去大气磅礴的情况下,结合青春偶像剧的很多元素,细腻刻画,让鲁剧也有了扑面而来的青春气息
鲁剧创作不以娱乐和追求最大化利润为目的,不受“戏说风”、“宫庭风”等影响,提到鲁剧,观众想到的往往是叙事结构宏伟大气磅礴,难免略显写实有余而写意不足。《知青》将历史剧和青春偶像剧的笔法巧妙融合起来,在不失去历史剧厚重质感的前提下,又添加了青春偶像剧的很多清新元素,在观感上令人心生愉悦,让人难忘。