17 電能的生產(chǎn)與利用電和磁的完美統(tǒng)一

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)2.了解發(fā)電機、電動機對能源利用方式、工業(yè)發(fā)展所起的作用了解電能的使用對于社會進步、經(jīng)濟發(fā)展的貢獻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、難點)5.了解赫茲證實電磁波存在的實驗，體會實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 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(如汽輪

2、機、水輪機等)，渦輪機帶動發(fā)電機轉(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)崮堋⑻柲?、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PUI可知，當輸送功率一定時，提高電壓可以減小輸電電流5電能的利用與社會發(fā)展蒸汽機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

3、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知，在實際輸電線路中，輸電導(dǎo)線的長度不能減小，可以用電阻率小的導(dǎo)體材料，像

4、銅和鋁等金、銀屬貴重金屬，做輸電導(dǎo)線不現(xiàn)實，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.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)濟的措施2遠距離輸電過程的示意圖(如圖4­3­1所示)圖4­3­1理想變壓器P1P2，P3P4，P2P3P耗1遠距離輸送交流電都采

5、用高壓輸電，我國正在研究用比330 kV高得多的電壓進行輸電，采用高壓輸電的優(yōu)點是()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PIU得I，當輸送功率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，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】C2(多選)遠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

6、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】BC3(多選)某電站向遠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

7、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，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)實驗事實，提出了電磁作用是“近距作用”的學(xué)說，認為在電荷或磁體周圍存在著“場”，場是一種物質(zhì)，又不同于實物，它可以相互滲透現(xiàn)代生活中，

8、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、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

9、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

10、場如圖4­3­2所示，麥克斯韋認為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，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4­3­22變化的電場產(chǎn)生磁場(1)運動的電荷產(chǎn)生變化的電場：一個靜止的電荷，它產(chǎn)生的是靜電場，即空間各點的電場強度不隨時間而變化這個電荷一旦運動起來，電場就發(fā)生變化，即空間各點的電場強度將隨著時間而變化(2)變化的電場產(chǎn)生磁場：運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

11、3­3所示)圖4­3­34關(guān)于電磁場，下列說法中不正確的是()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】A5(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

12、場周圍產(chǎn)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】BD6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均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場D周期性變化

13、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)家赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在他還測定了電磁波的波長、頻率，得到電磁波的傳播速度，證實了這個速度等于光速，還進一步證明，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

14、，充分證實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(×)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，由近及遠地向周圍空間傳播，形

15、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，由近及遠地傳播，就形成電磁波2電磁波的特點(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，赫茲證實了電磁波的存在，測出了波長、頻率，證實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

16、15;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)，也就不能產(chǎn)生電磁波電磁波不同于機械波，它的傳播不需要介質(zhì)，故應(yīng)選C、D.【答案】CD8電磁波與機械波相比較有() 【導(dǎo)學(xué)號：18152092】A電磁波、機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，機械波在同一介質(zhì)中的傳播速率都相同C電磁波與機械波都不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D電磁波與機