《2018版高中物理 第4章 揭開電磁關(guān)系的奧秘 第3節(jié) 電能的生產(chǎn)與利用 第4節(jié) 電和磁的完美統(tǒng)一學(xué)案 魯科版選修1-1》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2018版高中物理 第4章 揭開電磁關(guān)系的奧秘 第3節(jié) 電能的生產(chǎn)與利用 第4節(jié) 電和磁的完美統(tǒng)一學(xué)案 魯科版選修1-1(8頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第3節(jié) 電能的生產(chǎn)與利用
第4節(jié) 電和磁的完美統(tǒng)一
學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)
知 識 脈 絡(luò)
1.知道電能的生產(chǎn)方法,了解生產(chǎn)電能的各種方式.了解電能輸送的過程,知道為什么要高壓輸電.(重點(diǎn))
2.了解發(fā)電機(jī)、電動機(jī)對能源利用方式、工業(yè)發(fā)展所起的作用.了解電能的使用對于社會進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn).
3.了解歷史上超距作用與近距作用之爭,知道場是物質(zhì)存在的形式之一.
4.知道什么是電磁波.了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想,體會其在物理學(xué)發(fā)展中的意義.(重點(diǎn)、難點(diǎn))
5.了解赫茲證實(shí)電磁波存在的實(shí)驗,體會實(shí)驗驗證在物理理論發(fā)展中的地位和作用.
電 能 的 生 產(chǎn)、輸 送、利 用
2、與 社 會 發(fā) 展
1.生產(chǎn)電能的常用方法:利用一次能源產(chǎn)生動力驅(qū)動渦輪機(jī)(如汽輪機(jī)、水輪機(jī)等),渦輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能,再通過電線將電能輸送出去.
2.產(chǎn)生電能的方式:根據(jù)使用的一次能源的不同,電能生產(chǎn)可分為火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電等.另外還有地?zé)崮?、太陽能、潮汐能等都可以用來發(fā)電.
3.輸電線路上的能量損失
輸電線路上有電阻,有電流通過時會發(fā)熱,損失能量.損失的電能跟輸電線上的電阻成正比,跟電流的二次方成正比.
4.降低輸電損耗的兩個途徑
(1)減小輸電線的電阻.
(2)減小輸電線中的電流,由P=UI可知,當(dāng)輸送功率一定時,提高電壓可以減小輸電
3、電流.
5.電能的利用與社會發(fā)展
蒸汽機(jī)的廣泛使用使全社會的生產(chǎn)力得以飛躍發(fā)展,引發(fā)了第一次產(chǎn)業(yè)革命.電能的使用又一次使得全社會的生產(chǎn)力得到了飛躍發(fā)展,引發(fā)了第二次產(chǎn)業(yè)革命,人類社會跨入了電氣時代.
1.輸電線路存在電阻,就一定會有電能的損耗.(√)
2.減小輸電損耗的最好方法是提高輸電電壓.(√)
目前我國最大的供電工程三峽工程,已經(jīng)正常運(yùn)行了,你知道三峽發(fā)出來的電是怎么供到千家萬戶的嗎?
【提示】 發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電壓通過升壓變壓器,使電壓升高,通過輸電線向外輸送到用戶時使用降壓變壓器使電壓降低.
1.采用高壓輸電的原因
線路中的電阻是要消耗電能的,電阻越大,流過
4、的電流越大,線路中的損耗就越多,根據(jù)功率公式P損=I2R可知,減小線路上功率損失的方法有兩個途徑:
第一,減小輸電導(dǎo)線上的電阻R.根據(jù)R=ρ知,在實(shí)際輸電線路中,輸電導(dǎo)線的長度不能減小,可以用電阻率ρ小的導(dǎo)體材料,像銅和鋁等.金、銀屬貴重金屬,做輸電導(dǎo)線不現(xiàn)實(shí),但在大規(guī)模集成電路里是要用這種金屬導(dǎo)體的,最后一點(diǎn)是增大導(dǎo)體的橫截面積,這又給架線工作帶來困難,同時也會耗費(fèi)大量的金屬材料.
第二,減小輸電電流I.根據(jù)公式I=知,要減小電流,不能以減小輸送功率為代價,在輸送功率一定、輸電線電阻一定的條件下,輸電電壓提高到原來的n倍,根據(jù)公式P損=()2R可以推算,輸電線上的功率損失將降為原來的.
5、
根據(jù)以上分析,采用高電壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施.
2.遠(yuǎn)距離輸電過程的示意圖(如圖4-3-1所示)
圖4-3-1
理想變壓器P1=P2,P3=P4,P2-P3=P耗.
1.遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電,我國正在研究用比330 kV高得多的電壓進(jìn)行輸電,采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是( )
A.可節(jié)省輸電線的銅材料
B.可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率
C.可減少輸電線上的能量損失
D.可加快輸電的速度
【解析】 由P=IU得I=,當(dāng)輸送功率P一定,采用高壓輸電,U變大時I減小,輸電線中的電流就減小,由P損=I2R得,在距離一定時,輸電線電阻越小,損耗越少
6、,但銅價高,且密度大,架線成本太高,一般不用,減小電流可以減少輸電線上的能量損失,故選項C正確,交流電的頻率是固定的,不需調(diào)節(jié),輸電的速度不會由于電壓升高而變快,故選項B、D不正確.
【答案】 C
2.(多選)遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電,若輸送電壓升高到原來的n倍,關(guān)于輸電線上的電壓損失和功率損失正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:18152090】
A.輸電線上的功率損失是原來的
B.輸電線上的功率損失是原來的
C.輸電線上的電壓損失是原來的
D.輸電線上的電壓損失是原來的
【解析】 當(dāng)輸電電壓升高為原來的n倍時,輸電電流減小為原來的,輸電線上損失的功率為P損=I2R,所以輸電線上的功
7、率損失降低到原來的;因輸電線上的電壓損失U損=IR,所以電壓損失是原來的,故B、C正確.
【答案】 BC
3.(多選)某電站向遠(yuǎn)處輸送一定功率的電能,則下列說法中正確的是( )
A.輸電線不變,將送電電壓升高到原來的10倍時,輸電線損耗的功率減為原來的
B.輸電線不變,將送電電壓升高到原來的10倍時,輸電線損耗的功率減為原來的
C.送電電壓不變,將輸電線的電阻減半時,輸電線損耗的功率減為原來的一半
D.送電電壓不變,將輸電線的電阻減半時,輸電線損耗的功率增為原來的4倍
【解析】 輸電線上功率損失P損=I2R線=()2R線,則R線、P一定時,U升高到原來的10倍,P損減為原來的,
8、A項錯,B項對.P、U一定時,P損與R線成正比,R線減半,P損也減半,故C對,D錯.
【答案】 BC
在分析這類問題時,要注意輸送功率一定時,電壓、電流、電阻和功率的關(guān)系.
場 的 概 念、麥 克 斯 韋 的 預(yù) 言
1.隨著電磁學(xué)的發(fā)展,英國科學(xué)家法拉第根據(jù)實(shí)驗事實(shí),提出了電磁作用是“近距作用”的學(xué)說,認(rèn)為在電荷或磁體周圍存在著“場”,場是一種物質(zhì),又不同于實(shí)物,它可以相互滲透.現(xiàn)代生活中,人們已經(jīng)接受了“場”這種物質(zhì),它就存在于我們生活的空間,電視、手機(jī)、電腦等都在利用著這種物質(zhì).
2.麥克斯韋電磁場理論
(1)變化的磁場在周圍產(chǎn)生電場,磁場變化
9、快,產(chǎn)生的,磁場變化慢,產(chǎn)生的電場弱.均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場;不均勻變化的磁場產(chǎn)生的電場.
(2)變化的電場在周圍產(chǎn)生磁場,均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,非均勻變化的電場在周圍產(chǎn)生變化的磁場.
3.電磁場
變化的電場在周圍空間產(chǎn)生磁場,變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生電場……于是,變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,構(gòu)成一個完整的整體,這就是電磁場.
4.電磁波
變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,并由發(fā)生區(qū)域向周圍空間傳播,由電磁場的傳播形成的波就是電磁波.
電場具有電場能,磁場具有磁場能,電磁場具有電磁能,電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程,電磁波在空間傳播,電磁能就隨之一起傳
10、播.
5.電、磁、光的統(tǒng)一
麥克斯韋通過計算得出電磁波的傳播速度等于光速,從而預(yù)言光是電磁波的一種.
1.均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場.(×)
2.周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場.(√)
3.變化的磁場周圍產(chǎn)生電場跟閉合電路的存在有關(guān).(×)
麥克斯韋在建立電磁場理論的過程中,提出了什么假說?運(yùn)用了哪些物理思想?
【提示】 麥克斯韋提出了“變化的磁場產(chǎn)生電場”、“變化的電場產(chǎn)生磁場”兩個假說,研究中麥克斯韋采用了聯(lián)想、推理、類比、對稱等物理學(xué)的思想方法.
1.變化的磁場產(chǎn)生電場
如圖4-3-2所示,麥克斯韋認(rèn)為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場
11、,是一種普遍存在的現(xiàn)象,跟閉合電路(導(dǎo)體環(huán))是否存在無關(guān).導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來顯示電流的存在.
圖4-3-2
2.變化的電場產(chǎn)生磁場
(1)運(yùn)動的電荷產(chǎn)生變化的電場:一個靜止的電荷,它產(chǎn)生的是靜電場,即空間各點(diǎn)的電場強(qiáng)度不隨時間而變化.這個電荷一旦運(yùn)動起來,電場就發(fā)生變化,即空間各點(diǎn)的電場強(qiáng)度將隨著時間而變化.
(2)變化的電場產(chǎn)生磁場:運(yùn)動的電荷在周圍空間要產(chǎn)生磁場.這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的.例如:在電容器充、放電的時候,不僅導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生磁場,而且在電容器兩極板間周期性變化的電場也產(chǎn)生磁場(如圖4-3-3所示).
圖4-3-3
4.關(guān)于電磁場,下列說法中不正確
12、的是( )
A.在一個磁鐵旁放一帶電體,則兩者周圍空間就形成了電磁場
B.電磁場既不同于靜電場,也不同于靜磁場
C.電磁場中的電場和磁場是不可分割的一個統(tǒng)一體
D.電磁場中的電場的變化頻率和磁場的變化頻率是相同的
【解析】 電磁場是變化的電場和變化的磁場形成的不可分割的統(tǒng)一場,而不是靜電場和靜磁場簡單的復(fù)合.所以A選項錯.
【答案】 A
5.(多選)按照麥克斯韋電磁理論,以下說法中正確的是( )
【導(dǎo)學(xué)號:18152091】
A.恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場,恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場
B.變化的電場周圍產(chǎn)生磁場,變化的磁場周圍產(chǎn)生電場
C.均勻變化的電場周圍產(chǎn)
13、生均勻變化的磁場,均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場
D.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場
【解析】 對此理論全面正確的理解為:不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場;變化的電場周圍可以產(chǎn)生變化的磁場,也可以產(chǎn)生不變化的磁場;均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場;周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場.變化的磁場產(chǎn)生電場的規(guī)律與以上類似,故正確答案為B、D.
【答案】 BD
6.關(guān)于電磁場理論,下列說法正確的是( )
A.在電場周圍一定產(chǎn)生磁場,磁場周圍一定產(chǎn)生電場
B.在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場
C.均勻變化
14、的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場
D.周期性變化的電場周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場
【解析】 根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,只有變化的電場周圍才產(chǎn)生磁場,所以A錯;而非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場,均勻變化的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場,所以B、C錯.故選D.
【答案】 D
注意電場的變化是均勻的還是不均勻的是解決此類題的關(guān)鍵,只有交替變化的電場或磁場才能產(chǎn)生電磁波.
赫 茲 的 求 證、 電 磁 場 理 論 的 含 義
1.赫茲的求證
在麥克斯韋建立電磁場理論后20多年,年輕的德國物理學(xué)家赫茲第一次用實(shí)驗證實(shí)了電磁波的存在.他還測定了電磁波的波長、頻率,得到電磁波
15、的傳播速度,證實(shí)了這個速度等于光速,還進(jìn)一步證明,電磁波和其他的波一樣,能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射、偏振等,充分證實(shí)了麥克斯韋的電磁場理論.
2.電磁波是一種物質(zhì),這種物質(zhì)和它具有的能量一起傳播,電磁波是變化的電磁場,所以我們說場是一種物質(zhì).
3.電磁波理論的研究,開創(chuàng)了“弱電”利用的新領(lǐng)域,推動了無線電技術(shù)的發(fā)展.電報、廣播、電視、電腦的發(fā)明和應(yīng)用,使人們在瞬息間就能知道世界各地發(fā)生的任何事情.人類文明得到廣泛傳播,知識迅速普及.
1.電磁波是變化的電磁場.(√)
2.赫茲的電磁場理論是物理學(xué)發(fā)展史上一個重要的里程碑.(×)
3.變化的磁場可以產(chǎn)生電場,一定能產(chǎn)生電磁波.(×
16、)
電磁波是如何形成的?
【提示】 振蕩的電場產(chǎn)生振蕩的磁場,振蕩的磁場產(chǎn)生振蕩的電場,這種振蕩的電場、磁場交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播,形成電磁波.
1.電磁波的產(chǎn)生
如果空間某區(qū)域有不均勻變化的電場,那么這個變化的電場就在空間引起變化的磁場,這個變化的磁場又會引起新的變化的電場……于是變化的電場和磁場就會交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地傳播,就形成電磁波.
2.電磁波的特點(diǎn)
(1)在真空中電磁波的傳播速度等于光速,光是一種電磁波.
(2)電磁場中以電場和磁場的形式貯存著能量——電磁能,電磁波的傳播過程是能量傳播的過程.
(3)麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,赫茲證實(shí)了電磁波的
17、存在,測出了波長、頻率,證實(shí)了真空中電磁波的傳播速度等于光速,驗證了電磁波的反射、折射、衍射和干涉等現(xiàn)象.
(4)電磁波可以在介質(zhì)中傳播,也可以在真空中傳播,且任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是3×108 m/s.
7.(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是( )
A.只要電場和磁場發(fā)生變化,就能產(chǎn)生電磁波
B.電磁波傳播需要介質(zhì)
C.停止發(fā)射電磁波,發(fā)射出去的電磁波仍能獨(dú)立存在
D.電磁波具有能量,電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的
【解析】 對電磁波的產(chǎn)生機(jī)制及傳播途徑要搞清,如果電場(或磁場)是均勻變化的,產(chǎn)生的磁場(或電場)是恒定的,就不能產(chǎn)生新的電場(或磁場)
18、,也就不能產(chǎn)生電磁波.電磁波不同于機(jī)械波,它的傳播不需要介質(zhì),故應(yīng)選C、D.
【答案】 CD
8.電磁波與機(jī)械波相比較有( ) 【導(dǎo)學(xué)號:18152092】
A.電磁波、機(jī)械波傳播都需要介質(zhì)
B.電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速率都相同,機(jī)械波在同一介質(zhì)中的傳播速率都相同
C.電磁波與機(jī)械波都不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象
D.電磁波與機(jī)械波都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象
【解析】 電磁波傳播不需要介質(zhì),A錯誤.電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同,B錯誤.電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象,故D正確,C錯誤.
【答案】 D
9.某電路的電場隨時間變化的圖象如圖所示,能發(fā)射電磁波的電場是( )
【解析】 圖A中的電場不隨時間變化,不產(chǎn)生磁場.圖B和圖C中的電場都隨時間均勻變化,只能產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波,圖D中的電場隨時間做周期性的不均勻的變化,能在周圍產(chǎn)生同頻率周期性變化的磁場.變化的磁場又會產(chǎn)生變化的電場,電磁場由近及遠(yuǎn)傳播,形成電磁波,故D選項正確.
【答案】 D
8