2018版高中物理 第4章 揭开电磁关系的奥秘 第3节 电能的生产与利用 第4节 电和磁的完美统一学案 鲁科版选修1 -1.doc

第3节电能的生产与利用第4节电和磁的完美统一学习目标知识脉络1.知道电能的生产方法，了解生产电能的各种方式了解电能输送的过程，知道为什么要高压输电(重点)2.了解发电机、电动机对能源利用方式、工业发展所起的作用了解电能的使用对于社会进步、经济发展的贡献3.了解历史上超距作用与近距作用之争，知道场是物质存在的形式之一4.知道什么是电磁波了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，体会其在物理学发展中的意义(重点、难点)5.了解赫兹证实电磁波存在的实验，体会实验验证在物理理论发展中的地位和作用.电 能 的 生 产、输 送、利 用 与 社 会 发 展1生产电能的常用方法：利用一次能源产生动力驱动涡轮机(如汽轮机、水轮机等)，涡轮机带动发电机转子转动产生电能，再通过电线将电能输送出去2产生电能的方式：根据使用的一次能源的不同，电能生产可分为火力发电、水力发电、风力发电、核能发电等另外还有地热能、太阳能、潮汐能等都可以用来发电3输电线路上的能量损失输电线路上有电阻，有电流通过时会发热，损失能量损失的电能跟输电线上的电阻成正比，跟电流的二次方成正比4降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻(2)减小输电线中的电流，由PUI可知，当输送功率一定时，提高电压可以减小输电电流5电能的利用与社会发展蒸汽机的广泛使用使全社会的生产力得以飞跃发展，引发了第一次产业革命电能的使用又一次使得全社会的生产力得到了飞跃发展，引发了第二次产业革命，人类社会跨入了电气时代1输电线路存在电阻，就一定会有电能的损耗()2减小输电损耗的最好方法是提高输电电压()目前我国最大的供电工程三峡工程，已经正常运行了，你知道三峡发出来的电是怎么供到千家万户的吗？【提示】发电机组产生的电压通过升压变压器，使电压升高，通过输电线向外输送到用户时使用降压变压器使电压降低1采用高压输电的原因线路中的电阻是要消耗电能的，电阻越大，流过的电流越大，线路中的损耗就越多，根据功率公式P损I2R可知，减小线路上功率损失的方法有两个途径：第一，减小输电导线上的电阻R.根据R知，在实际输电线路中，输电导线的长度不能减小，可以用电阻率小的导体材料，像铜和铝等金、银属贵重金属，做输电导线不现实，但在大规模集成电路里是要用这种金属导体的，最后一点是增大导体的横截面积，这又给架线工作带来困难，同时也会耗费大量的金属材料第二，减小输电电流I.根据公式I知，要减小电流，不能以减小输送功率为代价，在输送功率一定、输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，根据公式P损()2R可以推算，输电线上的功率损失将降为原来的.根据以上分析，采用高电压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施2远距离输电过程的示意图(如图431所示)图431理想变压器P1P2，P3P4，P2P3P耗1远距离输送交流电都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV高得多的电压进行输电，采用高压输电的优点是()A可节省输电线的铜材料B可根据需要调节交流电的频率C可减少输电线上的能量损失D可加快输电的速度【解析】由PIU得I，当输送功率P一定，采用高压输电，U变大时I减小，输电线中的电流就减小，由P损I2R得，在距离一定时，输电线电阻越小，损耗越少，但铜价高，且密度大，架线成本太高，一般不用，减小电流可以减少输电线上的能量损失，故选项C正确，交流电的频率是固定的，不需调节，输电的速度不会由于电压升高而变快，故选项B、D不正确【答案】C2(多选)远距离输送一定功率的交流电，若输送电压升高到原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是() 【导学号：18152090】A输电线上的功率损失是原来的B输电线上的功率损失是原来的C输电线上的电压损失是原来的D输电线上的电压损失是原来的【解析】当输电电压升高为原来的n倍时，输电电流减小为原来的，输电线上损失的功率为P损I2R，所以输电线上的功率损失降低到原来的；因输电线上的电压损失U损IR，所以电压损失是原来的，故B、C正确【答案】BC3(多选)某电站向远处输送一定功率的电能，则下列说法中正确的是()A输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的B输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的C送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率减为原来的一半D送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率增为原来的4倍【解析】输电线上功率损失P损I2R线()2R线，则R线、P一定时，U升高到原来的10倍，P损减为原来的，A项错，B项对P、U一定时，P损与R线成正比，R线减半，P损也减半，故C对，D错【答案】BC在分析这类问题时，要注意输送功率一定时，电压、电流、电阻和功率的关系.场 的 概 念、麦 克 斯 韦 的 预 言1随着电磁学的发展，英国科学家法拉第根据实验事实，提出了电磁作用是“近距作用”的学说，认为在电荷或磁体周围存在着“场”，场是一种物质，又不同于实物，它可以相互渗透现代生活中，人们已经接受了“场”这种物质，它就存在于我们生活的空间，电视、手机、电脑等都在利用着这种物质2麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场在周围产生电场，磁场变化快，产生的，磁场变化慢，产生的电场弱均匀变化的磁场产生恒定的电场；不均匀变化的磁场产生的电场(2)变化的电场在周围产生磁场，均匀变化的电场在周围空间产生稳定的磁场，非均匀变化的电场在周围产生变化的磁场3电磁场变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在周围空间产生电场于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，构成一个完整的整体，这就是电磁场4电磁波变化的电场和变化的磁场交替产生，并由发生区域向周围空间传播，由电磁场的传播形成的波就是电磁波电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播5电、磁、光的统一麦克斯韦通过计算得出电磁波的传播速度等于光速，从而预言光是电磁波的一种1均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场()2周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场()3变化的磁场周围产生电场跟闭合电路的存在有关()麦克斯韦在建立电磁场理论的过程中，提出了什么假说？运用了哪些物理思想？【提示】麦克斯韦提出了“变化的磁场产生电场”、“变化的电场产生磁场”两个假说，研究中麦克斯韦采用了联想、推理、类比、对称等物理学的思想方法1.变化的磁场产生电场如图432所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关导体环的作用只是用来显示电流的存在图4322变化的电场产生磁场(1)运动的电荷产生变化的电场：一个静止的电荷，它产生的是静电场，即空间各点的电场强度不随时间而变化这个电荷一旦运动起来，电场就发生变化，即空间各点的电场强度将随着时间而变化(2)变化的电场产生磁场：运动的电荷在周围空间要产生磁场这个磁场是由变化的电场产生的例如：在电容器充、放电的时候，不仅导体中的电流产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化的电场也产生磁场(如图433所示)图4334关于电磁场，下列说法中不正确的是()A在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场B电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场C电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体 D电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的【解析】电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合所以A选项错【答案】A5(多选)按照麦克斯韦电磁理论，以下说法中正确的是() 【导学号：18152091】A恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场C均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场【解析】对此理论全面正确的理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化的磁场，也可以产生不变化的磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案为B、D.【答案】BD6关于电磁场理论，下列说法正确的是()A在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C均匀变化的电场周围一定产生变化的磁场D周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场【解析】根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才产生磁场，所以A错；而非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，所以B、C错故选D.【答案】D注意电场的变化是均匀的还是不均匀的是解决此类题的关键，只有交替变化的电场或磁场才能产生电磁波.赫 兹 的 求 证、 电 磁 场 理 论 的 含 义1赫兹的求证在麦克斯韦建立电磁场理论后20多年，年轻的德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在他还测定了电磁波的波长、频率，得到电磁波的传播速度，证实了这个速度等于光速，还进一步证明，电磁波和其他的波一样，能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等，充分证实了麦克斯韦的电磁场理论2电磁波是一种物质，这种物质和它具有的能量一起传播，电磁波是变化的电磁场，所以我们说场是一种物质3电磁波理论的研究，开创了“弱电”利用的新领域，推动了无线电技术的发展电报、广播、电视、电脑的发明和应用，使人们在瞬息间就能知道世界各地发生的任何事情人类文明得到广泛传播，知识迅速普及1电磁波是变化的电磁场()2赫兹的电磁场理论是物理学发展史上一个重要的里程碑()3变化的磁场可以产生电场，一定能产生电磁波()电磁波是如何形成的？【提示】振荡的电场产生振荡的磁场，振荡的磁场产生振荡的电场，这种振荡的电场、磁场交替产生，由近及远地向周围空间传播，形成电磁波1电磁波的产生如果空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场，这个变化的磁场又会引起新的变化的电场于是变化的电场和磁场就会交替产生，由近及远地传播，就形成电磁波2电磁波的特点(1)在真空中电磁波的传播速度等于光速，光是一种电磁波(2)电磁场中以电场和磁场的形式贮存着能量电磁能，电磁波的传播过程是能量传播的过程(3)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，测出了波长、频率，证实了真空中电磁波的传播速度等于光速，验证了电磁波的反射、折射、衍射和干涉等现象(4)电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播，且任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是3108 m/s.7(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是()A只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波B电磁波传播需要介质C停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在D电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的【解析】对电磁波的产生机制及传播途径要搞清，如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，就不能产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质，故应选C、D.【答案】CD8电磁波与机械波相比较有() 【导学号：18152092】A电磁波、机械波传播都需要介质B电磁波在任何介质中的传播速率都相同，机械波在同一介质中的传播速率都相同C电磁波与机械波都不能产生干涉现象D电磁波与机械波都能产生衍射现象【解析】电磁波传播不需要介质，A错误电磁波在不同介质中的传播速度不同，B错误电磁波和机械波都能产生干涉、衍射现象，故D正确，C错误【答案】D9某电路的电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是()【解析】图A中的电场不随时间变化，不产生磁场图B和图C中的电场都随时间均匀变化，只能产生稳定的磁场，不会产生和发射电磁波，图D中的电场随时间做周期性的不均匀的变化，能在周围产生同频率周期性变化的磁场变化的磁场又会产生变化的电场，电磁场由近及远传播，形成电磁波，故D选项正确【答案】D