28電能從哪里來

二十八、電能從哪里來知識導航知識導航考點一：磁生電1.電磁感應：閉合電路中的一部分導體在磁場中作切割磁感線運動時，導體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生的感應電流方向與磁場方向、導體切割磁感線的運動方向有關。2.發(fā)電機：發(fā)電機是利用電磁感應原理制成的，工作時將機械能轉化為電能。動圈式話筒(麥克風)是通過電磁感應現(xiàn)象將聲音變成電流。3.交流電：周期性改變方向和大小的電流，電流1秒鐘內(nèi)周期性變化的次數(shù)叫做頻率，我國交流電的頻率是50Hz，周期是0.02s，電流方向每秒改變100次。4.電動機與發(fā)電機的比較直流電動機交流發(fā)電機原理利用通電線圈在磁場中受到力的作用的原理制成的利用電磁感應原理制成的原理圖主要構造直流電動機主要由磁體、線圈、換向器、電刷構成交流發(fā)電機主要由轉子和定子以及滑環(huán)、電刷構成能量的轉化將電能轉化為機械能將轉化為電能機械能在電路中的作用用電器電源電磁應用上電生磁現(xiàn)象的應用磁生電現(xiàn)象的應用5.電磁現(xiàn)象的綜合比較項目電生磁磁生電磁場對電流的作用實物圖產(chǎn)生的結果產(chǎn)生磁產(chǎn)生感應電流受力的作用(運動或轉動)判斷方法安培定則右手定則左手定則影響因素磁場方向與電流方向有關電流方向與磁場方向和導體切割磁感線運動方向有關受力方向與磁場方向和電流方向有關導體中電流由電源通電提供因感應而生由電源通電提供能的轉化電能→磁能機械能→電能電能→機械能應用電磁鐵、電磁繼電器發(fā)電機、話筒電動機6.拓展：①電生磁：無條件，只要有電流，在其周圍就存在磁場；②磁生電：有條件，有外力的參與且做切割磁感線運動；③磁場對電流的作用：有條件，電流必須在磁場中且電流方向與磁場方向不平行；④機械能和電能的相互轉化離不開磁場這個媒介物，即都是在磁場中完成的.例題演練例題演練一．選擇題（共8小題）1．在日常生活或自然現(xiàn)象中，蘊含很多物理知識，下列說法正確的是（）A．餃子煮熟后浮于水面，此時其受到的浮力大于重力 B．日食和月食現(xiàn)象是因為光的折射現(xiàn)象形成的 C．給電池充電的過程中，電能主要轉化為化學能 D．足球在草地上減速滾動的過程中其慣性變小【解答】解：A、餃子在水里漂浮，受到的浮力等于其受到的重力。故A錯誤；B、發(fā)生日食和月食時，太陽、月球、地球三者都在同一直線上，都可以用光沿直線傳播來解釋，不同的是發(fā)生日食時月球在中間；發(fā)生月食時地球在中間。故B錯誤；C、充電的過程中，消耗了電能，將電能主要轉化為化學能。故C正確；D、慣性大小只跟物體的質(zhì)量有關，足球在草地上滾動的過程中質(zhì)量不變，所以慣性大小不會改變。故D錯誤。故選：C。2．如圖所示，小芳自制水果電池的正極是銅片，負極是鋁片，下列說法正確的是（）A．電路中電流方向是從銅片經(jīng)發(fā)光二極管流向鋁片 B．電路中電流方向與電子定向移動方向一致 C．水果的作用是給電路提供自由電子 D．水果中發(fā)生的能量轉化是電能轉化為化學能【解答】解：A、由題意可知，水果電池的正極是銅片，負極是鋁片，所以電路中電流方向是從銅片經(jīng)發(fā)光二極管流向鋁片，故A正確；B、我們規(guī)定，正電荷定向移動的方向為電流的方向，因此，電路中電流方向與電子定向移動方向相反，故B錯誤；C、水果的作用是給電路提供電壓，而不是提供自由電子，故C錯誤；D、水果中發(fā)生的能量轉化是化學能轉化為電能，故D錯誤。故選：A。3．2021年淮安馬拉松比賽中采用感應芯片計時，芯片里的線圈一旦有電流通過，就會激發(fā)芯片發(fā)送編碼信息，系統(tǒng)實時獲取計時信息。正確佩帶芯片的參賽者，通過起點和終點設置的有磁場地帶，就會計時。與此工作原理相同的器件是（）A．電風扇 B．門吸 C．手搖發(fā)電電筒 D．電鈴【解答】解：采用感應芯片計時，參賽者須按要求正確佩帶計時芯片，當參賽者通過起點、終點設置的磁感應帶時，芯片里的線圈切割磁感線運動，因此線圈中就會產(chǎn)生感應電流，從而激發(fā)芯片發(fā)送編碼信息，系統(tǒng)實時獲取計時信息；A、電風扇利用的是通電線圈在磁場中受力轉動的原理；故A錯誤，B、門吸利用的是磁極間的相互作用規(guī)律；故B錯誤，C、手搖發(fā)電電筒的工作原理是電磁感應；故C正確，D、電鈴利用的是電流的磁效應，故D錯誤，故選：C。4．如圖所示是某款智能手表，可續(xù)航兩周，其內(nèi)置線圈，當它貼近充電底座附近時，手表實現(xiàn)無線充電。以下圖片與手表充電過程工作原理相同的（）A． B． C． D．【解答】解：從題意中知道，手表中的線圈，能將底座產(chǎn)生的變化的磁場轉化為電流給電池充電，是利用電磁感應原理工作的；A、該圖是奧斯特實驗，奧斯特實驗說明電流的周圍存在磁場，即電流的磁效應，故A不符合題意；B、通電螺線管的周圍存在磁場，是電流的磁效應，故B不符合題意；C、該圖是電動機的原理，電動機是利用通電線圈在磁場中受力運動的原理工作的，故C不符合題意；D、該圖是發(fā)電機的原理圖，發(fā)電機是利用閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動能夠產(chǎn)生感應電流，是電磁感應現(xiàn)象，故D符合題意。故選：D。5．現(xiàn)代社會我們每天都在和各種各樣的“卡片”打交道，飯卡、信用卡、借記卡、打折卡、購物卡等等，我們發(fā)現(xiàn)它們的后面都有一塊黑色的長方塊，這一部分就是記錄用戶個人信息的區(qū)域，它利用磁性原理記錄信息，當磁卡在電磁感應線圈附近刷過時，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電流，再通過計算機轉變成我們需要的信息，下列與磁卡刷卡時工作原理相同的是（）A． B． C． D．【解答】解：刷卡機檢測頭利用的是電磁感應原理，閉合電路的一部分導體在磁場中進行切割磁感線運動時，導體中有感應電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象；A、如圖電路中沒有電源，當閉合開關，閉合電路的一部分導體在磁場中進行切割磁感線運動時，導體中有感應電流產(chǎn)生，這是電磁感應，故A正確；B、如圖電路中有電源，是通電導體在磁場中受力運動，故B錯誤C、如圖是奧斯特實驗，即反映電流周圍存在著磁場，故C錯誤；D、如圖是電磁鐵的實驗。探究電磁鐵磁性的大小與電磁鐵匝數(shù)的關系，故D錯誤。故選：A。6．下列四幅圖的說法正確的是（）A．說明磁場能產(chǎn)生電流 B．電磁感應現(xiàn)象的實驗裝置 C．發(fā)電機原理 D．應用了磁場對電流的作用【解答】解：A、如圖是奧斯特實驗，奧斯特實驗表明電流周圍存在磁場，故A錯誤。B、如圖，電路中有電源有磁場，是通電導體在磁場中受力而運動，故B錯誤。C、如圖，電路中只有磁場沒有電源，是電磁感應原理，根據(jù)電磁感應原理制成發(fā)電機，故C正確。D、如圖，話筒是根據(jù)電磁感應原理工作的，故D錯誤。故選：C。7．如圖所示是一款科學實驗玩具，右側的風車連接的元件接通電源，左側風車連接的元件連接燈泡。當右側元件通電后，右側風車旋轉吹動左側風車轉動帶動元件使燈泡發(fā)光，關于玩具下列說法正確的是（）A．右側風車連接的元件是發(fā)電機 B．右側風車連接元件的工作原理是電流的磁效應 C．左側風車連接的元件工作時把電能轉化為機械能 D．左側風車連接的元件的工作原理是電磁感應【解答】解：AB、當右側元件通電后，右側風車旋轉，此時右側元件通電后在磁場中受力運動，與電動機的原理相同，故AB錯誤；CD、左側風車轉動帶動元件使燈泡發(fā)光，這說明電路中產(chǎn)生的感應電流，這是電磁感應現(xiàn)象，此過程中是機械能轉化為電能，故C錯誤，D正確。故選：D。8．如圖所示是研究產(chǎn)生感應電流的實驗，下列說法正確的是（）A．電磁感應是把電能轉化為機械能 B．只對調(diào)兩個磁極，電流表的指針偏轉方向發(fā)生改變 C．只要導體ab在磁場中運動，電流表的指針就會發(fā)生偏轉 D．只改變導體ab切割磁感線的方向，電流表的指針偏轉方向不發(fā)生改變【解答】解：A、電磁感應是把機械能轉化為電能，故A錯誤。B、只對調(diào)兩個磁極，改變了磁場方向，切割磁感線方向不變，感應電流方向改變，電流表指針偏轉方向發(fā)生改變，故B正確。C、閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中有感應電流產(chǎn)生，三個條件缺一不可，故C錯誤。D、感應電流方向跟導體切割磁感線的方向和磁場方向有關，只改變導體ab切割磁感線的方向，感應電流方向變化，電流表的指針偏轉方向發(fā)生改變，故D錯誤。故選：B。二．填空題（共4小題）9．我國電廠利用發(fā)電機發(fā)出的電是交流電（選填“直流”或“交流”），它的頻率是50Hz，家庭電路的電壓為220V。【解答】解：我國日常照明用電是交流電，頻率50Hz，家庭用電的電壓為220V。故答案為：交流電；50；220。10．干電池的作用是把化學能轉化為電能。干電池外部的鋅筒是負極?！窘獯稹拷猓焊呻姵氐墓ぷ髟硎请姵貎?nèi)部發(fā)生化學變化并把化學能轉化為電能；干電池的鋅筒是它的負極，碳棒是它的正極。故答案為：化學；電；負。11．額定功率為1.2千瓦的取暖器連續(xù)正常工作2小時，消耗的電能為2.4度。遠距離輸電過程中為減少輸電線上電能的損耗，采用高壓輸電（選填“高壓”或“低壓”）?；瑒幼冏杵魍ㄟ^改變接入電路中的電阻絲的長度改變電阻的大小（選填“長度”“橫截面積”或“材料”）。【解答】解：（1）根據(jù)P＝可知，額定功率為1.2千瓦的取暖器連續(xù)正常工作消耗電能：W＝Pt＝1.2kW×2h＝2.4kW?h＝2.4度；（2）根據(jù)P＝UI可知，在輸電功率一定時，電壓越高，電流越小；輸電線的電阻一定，由Q＝I2Rt可知，在通電時間一定時，電流越小，產(chǎn)生的電熱越少，輸送過程中能量損失越小，所以從發(fā)電站到用電區(qū)采用高壓輸電；（3）根據(jù)滑動變阻器的原理可知，滑動變阻器是通過改變電阻絲接入電路的長度來改變電阻的。故答案為：2.4；高壓；長度。12．學習電流的磁場后，甲乙兩同學繼續(xù)探究磁能否生電，他們利用如圖（a）所示的裝置進行實驗：將金屬棒P懸掛于蹄形磁鐵的磁場中，并用導線將金屬棒P與靈敏電流計、開關串聯(lián)連接。閉合開關，當金屬棒P靜止時的實驗現(xiàn)象如圖（b）所示；當金屬棒P以不同方式運動時的實驗現(xiàn)象分別如圖（c）、圖（d）所示。（1）甲同學根據(jù)圖（b）、圖（c）中的實驗現(xiàn)象，認為：當閉合電路中的一部分導體在磁場中運動時，會產(chǎn)生電流。乙同學不同意甲的結論，他判斷的依據(jù)是圖（d）中的導體在磁場中沿平行于磁場方向運動時，不會產(chǎn)生電流。（2）他倆改用塑料棒代替金屬棒進行實驗，你認為能不能產(chǎn)生電流？請判斷并說明理由。不能；塑料棒是絕緣體，不會產(chǎn)生電流。?！窘獯稹拷猓海?）根據(jù)圖（b）、圖（d）中的實驗現(xiàn)象可知，當閉合電路中的一部分導體在磁場中沿平行于磁場方向運動時，不會產(chǎn)生電流。（2）磁生電需要導體，塑料棒是絕緣體，所以也不會產(chǎn)生電流。故答案為：（1）圖（d）中的導體在磁場中沿平行于磁場方向運動時，不會產(chǎn)生電流；（2）不能；塑料棒是絕緣體，不會產(chǎn)生電流。三．實驗探究題（共3小題）13．小明在探究“怎樣產(chǎn)生感應電流”的實驗中，用導線將金屬棒、開關、靈敏電流計連接成如圖所示的電路。請你參與探究并回答下列問題：（1）懸掛金屬棒靜置于U形磁鐵的磁場中，此時兩極正對區(qū)域磁感線的箭頭方向是豎直向下（選填：“上”或“下”）。（2）靈敏電流計的作用是用來檢測感應電流的；若閉合開關后并未發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉，經(jīng)檢查器材均完好，各器材間連接無誤，那么接下來你認為最應該關注的器材是金屬棒。（3）小明認為是原來磁鐵的磁性太弱所致，他提出更換磁性更強的磁鐵，就在他移動原磁鐵時，你發(fā)現(xiàn)電流計的指針出現(xiàn)了晃動，你認為接下來最應該做什么來找到讓電流計指針偏轉的原因讓金屬棒向不同的方向運動。（僅寫出最應該進行的一步操作）（4）就根據(jù)上述探究過程，小明就說：“我們找到產(chǎn)生感應電流的秘密了!”此時你對小明的“成果發(fā)布”作何評價？不合理的，因為只做了一次實驗，得出的結論具有偶然性，不具有普遍性，應該用不同種類的金屬棒，還要使金屬棒朝各個方向運動。（5）此實驗獲得感應電流的過程，實際就是將機械能轉化為電能的過程?！窘獯稹拷猓海?）在磁體外部磁場方向總是從N極出發(fā)指向S極，如圖所示此時兩極正對區(qū)域磁感線的箭頭方向是豎直向下；（2）靈敏電流計是測量電流的儀表，所以在此實驗中是用來檢測感應電流的；閉合開關，電流表指針未偏轉，說明沒有感應電流產(chǎn)生。此時金屬棒是靜止的，所以接下來最應該關注的是金屬棒，觀察金屬棒運動后會不會有電流的產(chǎn)生；（3）閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時會產(chǎn)生感應電流，移動原磁鐵時，發(fā)現(xiàn)電流計的指針出現(xiàn)了晃動，產(chǎn)生了感應電流，所以下一步我們應使讓金屬棒向不同的方向運動，觀察電流表指針的偏轉情況；（4）在整個的實驗中，只進行了一次實驗就得出結論是不合理的，因為只做了一次實驗，得出的結論具有偶然性，不具有普遍性，應該用不同種類的金屬棒，還要使金屬棒朝各個方向運動；（5）獲得感應電流的過程中，消耗了機械能，轉化為了電能。故答案為：（1）下；（2）感應電流；金屬棒；（3）讓金屬棒向不同的方向運動；（4）不合理的，因為只做了一次實驗，得出的結論具有偶然性，不具有普遍性，應該用不同種類的金屬棒，還要使金屬棒朝各個方向運動；（5）機械能。14．在“探究什么情況下磁可以生電”的實驗中，小芳發(fā)現(xiàn)每次靈敏電流計指針擺動的角度不同，對此提出了“感應電流的大小與哪些因素有關”的問題。（1）小芳猜想感應電流的大小可能與導體切割磁感線的運動速度有關，速度越大，動能越大，轉化成的電能就越多。你的猜想是：可能還與磁場的強度有關。（2）小芳為了驗證自己的猜想，利用如圖﹣3﹣17所示的裝置進行實驗，足夠大的磁體放在水平桌面上，驅(qū)動裝置通過兩根絕緣硬棒ab、cd使導體PQ沿直線水平向右運動（導體運動區(qū)域的磁場強弱相同）。同一次實驗，應使導體做勻速（選填“勻速”或“變速”）運動。下表是實驗測得的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)可得出結論：感應電流的大小與導體切割磁感線的速度有關，其他條件相同，速度越大，感應電流越大實驗次數(shù)123456速度/（cm?s﹣1）123456電流/mA2.04.05.98.110.211.8（3）此實驗運用的研究方法是控制變量法（填一種）。（4）實驗時發(fā)現(xiàn)，無論怎樣水平移動導體PQ，靈敏電流計的指針都沒有明顯偏轉（儀器、接觸都完好），請寫出一條改進措施：換用磁性更強的磁體?！窘獯稹拷猓海?）導體的質(zhì)量不變，導體的速度越大，動能越大，轉化成電能就越多；要產(chǎn)生感應電流，還存在磁場這個因素，所以感應電流的大小還可能與磁場的強弱有關；（2）為了驗證感應電流與速度之間的關系，應保持導體運動區(qū)域的磁場強弱相同，改變導體的運動速度，但同一次實驗，應使導體做勻速運動；分析表格中的電流值和速度值，可得出結論：感應電流的大小與導體切割磁感線的速度有關，其他條件相同，速度越大，感應電流越大。（3）由（2）知，實驗運用的是控制變量法。（4）由已知條件，閉合電路的導體在做切割磁感線運動，所以電路中會有感應電流產(chǎn)生，但無論怎樣水平移動金屬棒，指針都沒有明顯偏轉，這說明電路中的感應電流太弱。所以可能是磁場太弱，可以換用磁性更強的磁體（或?qū)w換成多匝線圈）。故答案為：（1）動；磁場的強度；（2）勻速；感應電流的大小與導體切割磁感線的速度有關，其他條件相同，速度越大，感應電流越大；（3）控制變量法；（4）換用磁性更強的磁體（或?qū)w換成多匝線圈）。15．如圖所示是“探究感應電流產(chǎn)生的條件”實驗裝置。（1）實驗中，AB棒的