2025人教高中物理同步講義練習必修三12.4能源與可持續發展（人教版2019必修第三冊）（含答案）第十二章電能能量守恒定律第4節能源與可持續發展課程標準學習目標知道不同形式的能量可互相轉化，在轉化過程中能量總量保持不變，能量轉化是有方向性的。了解可再生能源和不可再生能源的分類，認識能源的過度開發和利用對環境的影響1.掌握能量守恒定律的內容和重要意義.2.了解什么是能源的耗散和品質降低，認識自然界中能量轉移或轉化的方向性.3.了解能源的分類與應用.4.認識當前環境問題，增強環境保護和可持續發展的意識．（一）課前閱讀：1.近幾年流行一種“自發電電動車”，基本原理是將一小型發電機緊靠車輪處，車輪轉動時，帶動發電機運轉，發出的電又繼續供給電動車，你認為僅靠這種方式，電動車能持續運動下去嗎？2．內能可以轉化為電能，電能可以轉化為光能、內能、機械能……既然能量是守恒的，不會憑空消失，為什么還要節約能源呢？（二）基礎梳理一、能量守恒定律、能量轉移或轉化的方向性1．能量守恒定律能量既不會憑空，也不會憑空，它只能從一種形式為其他形式，或者從一個物體到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量．2．能量轉移或轉化的方向性（1）一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是的．（2）能量的耗散：其他形式的能轉化為內能后不能再重復利用，這種現象叫作能量的耗散．（3）能量的耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有【拓展補充】把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發生這樣的現象:原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發地降低，而雞蛋的溫度上升?二、能量的分類與應用1．能源的分類(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作能源．化石能源無法在短時間內再生，所以這類能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能和風能等能源，歸根結底來源于太陽能．這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的開發與應用近年來，我國在能源開發方面取得了很大的成就：如：發電、水力發電、發電、發電．【即學即練】判斷下列說法的正誤.(1)由能量守恒定律知，能量是取之不盡、用之不竭的，也不必要節約能源．()(2)熱量可以自發地由高溫物體傳向低溫物體，也可以自發地從低溫物體傳向高溫物體．()三、能源與社會發展1．隨著人口迅速增長、經濟快速發展以及工業化程度的提高，能源短缺和過度使用帶來的環境惡化已經成為關系到人類社會能否持續發展的大問題．2．可持續發展(1)可持續發展的核心：追求發展與、的平衡：既滿足當代人的需求，又不損害子孫后代的需求．(2)需要做好兩方面：①要大力提倡；②發展能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產及消費過程中對生態環境的污染程度低的能源．【即學即練】判斷下列說法的正誤.(3)大量消耗常規能源會使環境惡化，故提倡開發利用新能源．()(4)能量的耗散就是能量的總量在減少．()能量守恒定律能量守恒定律的理解與應用1．自然界中不同形式的能量可以相互轉化，一種形式的能量減少一定伴隨著其他形式的能量增加，能量的總量保持不變．2．能量守恒定律的適用范圍能量守恒定律是貫穿物理學的基本規律，是在各種自然現象中普遍適用的一條規律．3．能量守恒定律的表達式(1)E初＝E末，初狀態各種能量的總和等于末狀態各種能量的總和．(2)ΔE增＝ΔE減，某些能量的增加量等于其他能量的減少量．4．應用步驟(1)明確研究對象及研究過程；(2)明確該過程中，哪些形式的能量在變化；(3)確定參與轉化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少；(4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態能量相等的守恒式)．【典例精析】例1．能量守恒定律的建立是人類認識自然的一次重大飛躍，它是最普遍、最重要、最可靠的自然規律之一．下列說法正確的是()A．因為能量守恒，所以能量可以隨意使用B．不同形式的能量之間可以相互轉化C．因為能量不會消失，所以不可能有能源危機D．能量可以被消滅，也可以被創生例2．某地強風的風速約為v，空氣的密度為ρ，如果把通過橫截面積S的風的動能完全轉化為電能，則用上述已知量計算電功率的公式為()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4二、能量轉移或轉化的方向性對“能量的耗散和品質降低”的理解(1)各種形式的能最終都轉化為內能，流散到周圍的環境中，分散在環境中的內能不管數量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅動機器做功了．(2)從可被利用的價值來看，內能較之機械能、電能等，是一種低品質的能量．由此可知，能量的耗散雖然不會導致能量的總量減少，卻會導致能量品質的降低，實際上是將能量從高度有用的形式降級為不太可用的形式．(3)能量的耗散導致可利用能源減少，所以要節約能源．【典例精析】例3．(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內部傳給溫度較高的外界空氣，下列說法正確的是()A．熱量能自發地從低溫物體傳到高溫物體B．在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體C．熱量的傳遞過程不具有方向性D．在自發的條件下熱量的傳遞過程具有方向性例4．熱現象過程中不可避免地出現能量耗散的現象．所謂能量耗散是指在能量轉化的過程中無法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列關于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散是指在一定條件下，能量在轉化過程中總量減少了B．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數量上并未減少，但在可利用的品質上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正確三、能源的分類與應用能源與社會發展1．能源的分類按可否再生分為可再生能源與不可再生能源(1)不可再生能源：人們把煤炭、石油、天然氣叫作化石能源．化石能源無法在短時間內再生，被叫作不可再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、風能、潮汐能、生物能、地熱能等．2．能源和環境污染(1)溫室效應：石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，因此加劇了溫室效應．溫室效應使得兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海城市，使海水倒流入河流，從而使耕地鹽堿化；溫室效應使全球降水量變化，影響氣候和植被變化，影響人體健康．(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水．形成酸雨的主要原因是燃燒煤炭和石油，以及工業生產等釋放到大氣中的二氧化硫等物質使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑物、酸化土壤．(3)光化學煙霧：內燃機工作時的高溫使空氣和燃料中的多種物質發生化學反應，產生氮的氧化物和碳氫化合物．這些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產生二次污染物質——光化學煙霧．這些物質有毒，會引起人的多種疾病．另外，常規能源燃燒時產生的浮塵也是一種主要的污染物．3．能源與社會發展要實現可持續發展就要樹立新的能源安全觀，并轉變能源的供需模式．一方面大力提倡節約能源，另一方面要發展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等清潔能源，推動人類與自然的和諧發展．【典例精析】例5．某市有20萬臺空調機，每臺空調機在夏季平均使用60天，每天耗電8kW·h.為了節約能源，該市政府建議大家都把室內設定溫度提高1℃，這樣每臺空調機每天可節省6%的電能．那么這樣做能使該市在夏季節省多少電能？已知標準煤的熱值是2.92×107J/kg.發電廠的發電效率是30%.請計算一下，這項節能建議的實現能在1年內節約多少噸標準煤？(結果均保留兩位有效數字)1．能量的存在形式及相互轉化(1)各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有其他運動中的電磁能、化學能、原子能等。(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉化為內能；煤燃燒，化學能轉化為內能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉化為內能。2．應用能量轉化與守恒解題的步驟(1)首先分析研究對象的受力和做功情況，能量的轉化方向及初、末狀態能量的具體形式。(2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式。(3)依據ΔE減＝ΔE增列式求解。3．能源的分類方式及能源特點對比分類方法分類名稱特點舉例按形式或轉換特點分一次能源自然形成，未經加工太陽能、風能、地熱能、核能、潮汐能二次能源由一次能源經加工轉換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術分常規能源已大規模正常使用煤、石油、天然氣、水能新能源正在開發，或有新的利用方式太陽能、核能、地熱能、海洋能、沼氣、風能按可否再生分可再生能源可循環使用水能、風能、生物質能、地熱能不可再生能源短期內無法轉換獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對環境的污染情況分清潔能源對環境基本沒有污染太陽能、海洋能、風能、水能污染能源會嚴重污染環境化石燃料(煤、石油、天然氣)4．能源對環境的影響(1)常規能源對環境的影響：石油和煤燃燒產生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，產生了“溫室效應”，引發了一系列問題，如兩極的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地鹽堿化……這些都是人類過度開發自然所產生的嚴重問題。(2)做好環境保護工作：目前的任務是采用能源新技術，解決突出的環境污染問題。例如，城市生活垃圾問題，變垃圾為能源；提高汽車發動機效率，解決尾氣問題，達到廢氣“零排放”；環境污染的綜合治理問題，解決廢物、廢水、廢氣等，變廢為寶。一、單選題1．（2022·山西·高二統考學業考試）2021年全國青年科普創新實驗大賽中風帆車項目是利用自然風吹動風帆車前進，2022年該大賽中太空車項目是利用電池驅動電動機帶動太空車攀爬障礙物。關于它們的能量轉化，以下說法正確的是（）A．都是將電能轉化為機械能B．都是將風能轉化為機械能C．風帆車將風能轉化為機械能，太空車將電能轉化為機械能D．風帆車將電能轉化為機械能，太空車將風能轉化為機械能2．（2022春·海南省直轄縣級單位·高一校考期中）以下幾種發電方式，屬于利用機械能轉化為電能的是（）A．核電站發電 B．太陽能發電C．風力發電 D．火力發電3．（2023·浙江金華·統考模擬預測）碳酸飲料具有高熱量，過量飲用會影響身體健康。如圖所示是一款碳酸飲料的相關信息，與圖中“大卡”對應的單位是（）A．W B．J C．K D．4．（2023春·寧夏銀川·高二統考學業考試）能量守恒定律是人類認識自然的最普遍、最重要、最可靠的自然規律之一，下列說法正確的是（）A．不同形式的能量之間可以相互轉化B．能量可以被創生，也可以被消滅C．因為能量是守恒的，所以不需要節約能源D．因為能量是守恒的，所以不可能發生能源危機5．（2023春·遼寧遼陽·高二統考期末）一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會形成一定的電壓，這種現象稱為壓電效應。一種燃氣打火機，就是應用了該元件的壓電效應制成的。只要用大拇指壓一下打火機上的按鈕，壓電陶瓷片就會產生10kV~20kV的高壓，形成火花放電，從而點燃可燃氣體。上述過程中，壓電陶瓷片完成的能量轉化是（）A．化學能轉化為電能 B．內能轉化為電能C．光能轉化為電能 D．機械能轉化為電能6．（2023春·浙江衢州·高一統考期末）如圖所示，為我國某地的一風力發電機，其葉片的半徑為R，若風速恰好與葉片轉動所在圓面垂直，風力發電機將風能轉化為電能的效率為η。已知空氣密度為ρ，風速為v。下列說法正確的是（）

A．單位時間內沖擊發電機葉片圓面的氣流的質量為B．單位時間內沖擊發電機葉片圓面的氣流的動能為C．該風力發電機的輸出功率為D．若每天平均有的風能資源，則每天發電量為7．（2023春·江蘇徐州·高一徐州市第一中學校考期中）2022年6月30日位于浙江安吉的長龍山抽水蓄能電站全部機組正式投產發電。該項目是華東地區最大的抽水蓄能電站，主要承擔整個華東電網調峰、填谷的雙倍調峰功能。電站在電網用電低谷時將水抽到高處，在電網用電高峰時再利用水能發電，平均用4度谷電能換3度峰電。電站每年可生產清潔電能2.435×109kwh。已知峰電價格0.50元，谷電價格0.30元。下列說法正確的是（）A．水能是不可再生能源B．該電站產生的電能小于消耗的電能，從經濟的角度沒有實際意義C．電站實現電能轉化為勢能儲存，需要時再轉化為電能，說明能量不僅數量上守恒，在可利用的品質上也不變D．電站每年發電直接產生的經濟效益約為2.435×104萬元8．（2023春·浙江臺州·高一浙江省臨海市大田中學校考階段練習）風能是一種潔凈、無污染、可再生的能源，臨海括蒼山山頂上建有全國第四大風力發電場，如圖所示。已知該地區的風速約為6m/s，空氣密度約，已知風力發電機的風葉葉片長度為40m，且風能的30％可轉化為電能，則一臺發電機發電功率約為（）A． B．C． D．二、多選題9．（2023春·內蒙古包頭·高一統考期末）現代社會倡導“綠色、低碳、節能”的新型生活方式。下列做法符合節能要求的是（

）A．電腦使用完畢后關機并切斷電源B．電視機長時間處于待機狀態C．長時間外出需要切斷熱水器電源D．手機充電結束后拔掉充電器10．（2022·高二課時練習）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃燒既浪費資源又污染環境。某企業利用“煤粉加壓氣化制備合成氣”新技術，讓煤變成合成氣（一氧化碳及氫氣總含量≥90%），把煤“吃干榨盡”。下列有關說法正確的是（）A．煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化和物理變化B．煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化但沒有物理變化C．該技術實現了煤的清潔利用D．該技術實現了煤的高效利用11．（2023·全國·高三專題練習）下列關于能量轉化或轉移過程的說法中不正確的是（）A．所有能量守恒的過程都能自發地發生B．摩擦生熱的過程是不可逆過程C．人們對太陽能的開發和利用，說明能量可以憑空產生D．能的轉化過程符合能量守恒定律，因此不會發生能源危機12．（2022·高三課時練習）下列關于能量耗散的說法正確的是（）A．能量耗散使能量的總量減少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散是指耗散在環境中的內能再也不能被人類利用D．能量耗散導致能量品質的降低13．（2023·全國·高三專題練習）細繩一端固定在天花板上，另一端拴一質量為m的小球，如圖所示。使小球在豎直平面內擺動，經過一段時間后，小球停止擺動，下列說法正確的是（）A．小球機械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球擺動過程中，只有動能和重力勢能在相互轉化D．總能量守恒，但小球的機械能減少14．（2023·全國·高三專題練習）如圖為裝在屋頂上的太陽能電池板，每塊電池板的面積為2m2。晴天時，電池板每平方米每分鐘接收到的太陽能為6×104J，電池板的光電轉化效率為25%。以下說法不正確的是（）A．太陽能為可再生能源B．電池板的光電轉化效率25%表示此過程能量不守恒C．晴天時太陽照射2h，每塊電池板的產生的電能1.44×107JD．晴天時的一天，一塊電池板產生的電能可以提供十盞60W的白熾燈正常工作20小時15．（2023·浙江溫州·樂清市知臨中學校考模擬預測）三峽水力發電站是我國最大的水力發電站，三峽水庫蓄水后，平均水位落差約為100m，水的流量約為。船只通航需要約的流量，其余流量可全部用來發電。水流沖擊水輪機發電時，水流減少的機械能有20%轉化為電能。則三峽發電站（）A．最大功率約為B．年發電量約為C．天發電量能充滿約輛新能源汽車D．通航一天流失的能量16．（2022春·山西·高一統考期末）2022年2月18日，我國選手谷愛凌榮獲北京冬奧會女子滑雪U型槽項目的冠軍。如圖所示，型槽可簡化成由、兩個相同的四分之一圓弧與水平雪道組成，與圓弧雪道相切。質量為的谷愛凌（可視為質點）從點自由下落，由左側點進入型槽中，從右側點自由飛出后上升至點。其中，，圓弧半徑。不計空氣阻力，下列判斷正確的是（）A．谷愛凌運動到點的速度為B．谷愛凌首次運動到點時，對點的壓力為C．谷愛凌由到過程損耗的機械能比到過程的大D．谷愛凌第二次離開型槽后，最高能夠到達相對于點的位置

第十二章電能能量守恒定律第4節能源與可持續發展課程標準學習目標知道不同形式的能量可互相轉化，在轉化過程中能量總量保持不變，能量轉化是有方向性的。了解可再生能源和不可再生能源的分類，認識能源的過度開發和利用對環境的影響1.掌握能量守恒定律的內容和重要意義.2.了解什么是能源的耗散和品質降低，認識自然界中能量轉移或轉化的方向性.3.了解能源的分類與應用.4.認識當前環境問題，增強環境保護和可持續發展的意識．（一）課前閱讀：1.近幾年流行一種“自發電電動車”，基本原理是將一小型發電機緊靠車輪處，車輪轉動時，帶動發電機運轉，發出的電又繼續供給電動車，你認為僅靠這種方式，電動車能持續運動下去嗎？答案僅靠這種方式，不能使電動車持續運動下去．因為靠這種方式，只能將電動車的一部分能量收集起來，但電動車運動時受到的阻力做負功，不斷把電動車的機械能轉化為內能，根據能量守恒定律，要想使電動車持續運動下去，必須不斷地給電動車補充新的能量，如用腳蹬電動車或給電動車的電源充電．2．內能可以轉化為電能，電能可以轉化為光能、內能、機械能……既然能量是守恒的，不會憑空消失，為什么還要節約能源呢？答案雖然能量的總量沒有減少，但由于能量轉化的方向性，使能量從便于利用的形式轉化為不便于利用的形式，導致了可利用的能源減少，因此我們仍要節約能源．（二）基礎梳理一、能量守恒定律、能量轉移或轉化的方向性1．能量守恒定律能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變．2．能量轉移或轉化的方向性（1）一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的．（2）能量的耗散：其他形式的能轉化為內能后不能再重復利用，這種現象叫作能量的耗散．（3）能量的耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性【拓展補充】把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發生這樣的現象:原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發地降低，而雞蛋的溫度上升?答案：不能發生二、能量的分類與應用1．能源的分類(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作化石能源．化石能源無法在短時間內再生，所以這類能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能和風能等能源，歸根結底來源于太陽能．這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的開發與應用近年來，我國在能源開發方面取得了很大的成就：如：太陽能發電、水力發電、風能發電、核能發電．【即學即練】判斷下列說法的正誤.(1)由能量守恒定律知，能量是取之不盡、用之不竭的，也不必要節約能源．(×)(2)熱量可以自發地由高溫物體傳向低溫物體，也可以自發地從低溫物體傳向高溫物體．(×)三、能源與社會發展1．隨著人口迅速增長、經濟快速發展以及工業化程度的提高，能源短缺和過度使用化石能源帶來的環境惡化已經成為關系到人類社會能否持續發展的大問題．2．可持續發展(1)可持續發展的核心：追求發展與資源、環境的平衡：既滿足當代人的需求，又不損害子孫后代的需求．(2)需要做好兩方面：①要大力提倡節能；②發展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產及消費過程中對生態環境的污染程度低的清潔能源．【即學即練】判斷下列說法的正誤.(3)大量消耗常規能源會使環境惡化，故提倡開發利用新能源．(√)(4)能量的耗散就是能量的總量在減少．(×)能量守恒定律能量守恒定律的理解與應用1．自然界中不同形式的能量可以相互轉化，一種形式的能量減少一定伴隨著其他形式的能量增加，能量的總量保持不變．2．能量守恒定律的適用范圍能量守恒定律是貫穿物理學的基本規律，是在各種自然現象中普遍適用的一條規律．3．能量守恒定律的表達式(1)E初＝E末，初狀態各種能量的總和等于末狀態各種能量的總和．(2)ΔE增＝ΔE減，某些能量的增加量等于其他能量的減少量．4．應用步驟(1)明確研究對象及研究過程；(2)明確該過程中，哪些形式的能量在變化；(3)確定參與轉化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少；(4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態能量相等的守恒式)．【典例精析】例1．能量守恒定律的建立是人類認識自然的一次重大飛躍，它是最普遍、最重要、最可靠的自然規律之一．下列說法正確的是()A．因為能量守恒，所以能量可以隨意使用B．不同形式的能量之間可以相互轉化C．因為能量不會消失，所以不可能有能源危機D．能量可以被消滅，也可以被創生答案B解析能量是守恒的，但在利用能量的過程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切與熱現象有關的宏觀過程都有方向性，是不可逆的，應節約能源，故A、C錯誤；自然界中的能量可以從一種形式轉化為另一種形式，不同形式的能量間可以相互轉化，故B正確；能量不能被創生，也不能被消滅，故D錯誤．例2．某地強風的風速約為v，空氣的密度為ρ，如果把通過橫截面積S的風的動能完全轉化為電能，則用上述已知量計算電功率的公式為()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4答案C解析風能完全轉化為電能，由能量守恒定律得eq\f(1,2)mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，聯立解得P＝eq\f(ρv3tS,2t)＝eq\f(1,2)ρSv3，A、B、D錯誤，C正確．二、能量轉移或轉化的方向性對“能量的耗散和品質降低”的理解(1)各種形式的能最終都轉化為內能，流散到周圍的環境中，分散在環境中的內能不管數量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅動機器做功了．(2)從可被利用的價值來看，內能較之機械能、電能等，是一種低品質的能量．由此可知，能量的耗散雖然不會導致能量的總量減少，卻會導致能量品質的降低，實際上是將能量從高度有用的形式降級為不太可用的形式．(3)能量的耗散導致可利用能源減少，所以要節約能源．【典例精析】例3．(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內部傳給溫度較高的外界空氣，下列說法正確的是()A．熱量能自發地從低溫物體傳到高溫物體B．在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體C．熱量的傳遞過程不具有方向性D．在自發的條件下熱量的傳遞過程具有方向性答案BD解析自然界一切自發過程都有方向性，如熱傳導，熱量總是由高溫物體自發地傳向低溫物體；又如擴散，氣體總是自發地由密度大的地方向密度小的地方擴散．在外界幫助下氣體可以由密度小的地方向密度大的地方擴散，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，電冰箱就是借助外界做功把熱量從低溫物體傳向高溫物體，故選B、D.例4．熱現象過程中不可避免地出現能量耗散的現象．所謂能量耗散是指在能量轉化的過程中無法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列關于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散是指在一定條件下，能量在轉化過程中總量減少了B．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數量上并未減少，但在可利用的品質上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正確答案B解析能量雖然有耗散但總的能量是守恒的，在轉化的過程中總量不會減少，故A、C錯誤；能量耗散表明在能源的利用過程中，能量在數量上并未減少，但是在可利用的品質上降低了，故B正確；自然界中的宏觀過程具有方向性，能量耗散就是從能量轉化的角度反映了這種方向性，故D錯誤．三、能源的分類與應用能源與社會發展1．能源的分類按可否再生分為可再生能源與不可再生能源(1)不可再生能源：人們把煤炭、石油、天然氣叫作化石能源．化石能源無法在短時間內再生，被叫作不可再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、風能、潮汐能、生物能、地熱能等．2．能源和環境污染(1)溫室效應：石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，因此加劇了溫室效應．溫室效應使得兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海城市，使海水倒流入河流，從而使耕地鹽堿化；溫室效應使全球降水量變化，影響氣候和植被變化，影響人體健康．(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水．形成酸雨的主要原因是燃燒煤炭和石油，以及工業生產等釋放到大氣中的二氧化硫等物質使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑物、酸化土壤．(3)光化學煙霧：內燃機工作時的高溫使空氣和燃料中的多種物質發生化學反應，產生氮的氧化物和碳氫化合物．這些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產生二次污染物質——光化學煙霧．這些物質有毒，會引起人的多種疾病．另外，常規能源燃燒時產生的浮塵也是一種主要的污染物．3．能源與社會發展要實現可持續發展就要樹立新的能源安全觀，并轉變能源的供需模式．一方面大力提倡節約能源，另一方面要發展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等清潔能源，推動人類與自然的和諧發展．【典例精析】例5．某市有20萬臺空調機，每臺空調機在夏季平均使用60天，每天耗電8kW·h.為了節約能源，該市政府建議大家都把室內設定溫度提高1℃，這樣每臺空調機每天可節省6%的電能．那么這樣做能使該市在夏季節省多少電能？已知標準煤的熱值是2.92×107J/kg.發電廠的發電效率是30%.請計算一下，這項節能建議的實現能在1年內節約多少噸標準煤？(結果均保留兩位有效數字)答案2.1×1013J2.4×103t解析設可節省的電能為E，則E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h≈2.1×1013J，設1年內節約的標準煤的質量為m，由能量守恒定律有2.92×107J/kg×m×30%＝E，解得m≈2.4×106kg＝2.4×103t.1．能量的存在形式及相互轉化(1)各種運動形式都有對應的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內能，還有其他運動中的電磁能、化學能、原子能等。(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉化為內能；煤燃燒，化學能轉化為內能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉化為內能。2．應用能量轉化與守恒解題的步驟(1)首先分析研究對象的受力和做功情況，能量的轉化方向及初、末狀態能量的具體形式。(2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式。(3)依據ΔE減＝ΔE增列式求解。3．能源的分類方式及能源特點對比分類方法分類名稱特點舉例按形式或轉換特點分一次能源自然形成，未經加工太陽能、風能、地熱能、核能、潮汐能二次能源由一次能源經加工轉換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能按利用技術分常規能源已大規模正常使用煤、石油、天然氣、水能新能源正在開發，或有新的利用方式太陽能、核能、地熱能、海洋能、沼氣、風能按可否再生分可再生能源可循環使用水能、風能、生物質能、地熱能不可再生能源短期內無法轉換獲得煤、石油、天然氣、核燃料按對環境的污染情況分清潔能源對環境基本沒有污染太陽能、海洋能、風能、水能污染能源會嚴重污染環境化石燃料(煤、石油、天然氣)4．能源對環境的影響(1)常規能源對環境的影響：石油和煤燃燒產生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，產生了“溫室效應”，引發了一系列問題，如兩極的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地鹽堿化……這些都是人類過度開發自然所產生的嚴重問題。(2)做好環境保護工作：目前的任務是采用能源新技術，解決突出的環境污染問題。例如，城市生活垃圾問題，變垃圾為能源；提高汽車發動機效率，解決尾氣問題，達到廢氣“零排放”；環境污染的綜合治理問題，解決廢物、廢水、廢氣等，變廢為寶。一、單選題1．（2022·山西·高二統考學業考試）2021年全國青年科普創新實驗大賽中風帆車項目是利用自然風吹動風帆車前進，2022年該大賽中太空車項目是利用電池驅動電動機帶動太空車攀爬障礙物。關于它們的能量轉化，以下說法正確的是（）A．都是將電能轉化為機械能B．都是將風能轉化為機械能C．風帆車將風能轉化為機械能，太空車將電能轉化為機械能D．風帆車將電能轉化為機械能，太空車將風能轉化為機械能【答案】C【解析】風帆車項目是利用自然風吹動風帆車前進，風帆車是將風能轉化為機械能，太空車項目是利用電池驅動電動機帶動太空車攀爬障礙物，太空車是將電能轉化為機械能。故選C。2．（2022春·海南省直轄縣級單位·高一校考期中）以下幾種發電方式，屬于利用機械能轉化為電能的是（）A．核電站發電 B．太陽能發電C．風力發電 D．火力發電【答案】C【解析】A．核電站發電是利用核能最終轉化為電能發電，故A錯誤；B．太陽能發電利用太陽能轉化為電能發電，故B錯誤；C．風力發電是利用空氣的動能轉化為電能發電，即利用機械能轉化為電能發電，故C正確；D．火力發電是先將燃料的化學能轉化為熱能，接著轉化為機械能，然后轉化為電能，故D錯誤。故選C。3．（2023·浙江金華·統考模擬預測）碳酸飲料具有高熱量，過量飲用會影響身體健康。如圖所示是一款碳酸飲料的相關信息，與圖中“大卡”對應的單位是（）A．W B．J C．K D．【答案】B【解析】“大卡”是熱量單位，熱量的國際單位為焦耳一大卡等于1000卡約等于4200焦耳。故B正確，ACD錯誤。故選B。4．（2023春·寧夏銀川·高二統考學業考試）能量守恒定律是人類認識自然的最普遍、最重要、最可靠的自然規律之一，下列說法正確的是（）A．不同形式的能量之間可以相互轉化B．能量可以被創生，也可以被消滅C．因為能量是守恒的，所以不需要節約能源D．因為能量是守恒的，所以不可能發生能源危機【答案】A【解析】A．不同形式的能量之間可以相互轉化，總量不變。故A正確；B．能量不能被創生，也不能被消滅。故B錯誤；CD．雖然能量是守恒的，總量不變，但是我們可以利用的能源是有限的，故一定要節約能源防止能源危機。故CD錯誤。故選A。5．（2023春·遼寧遼陽·高二統考期末）一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會形成一定的電壓，這種現象稱為壓電效應。一種燃氣打火機，就是應用了該元件的壓電效應制成的。只要用大拇指壓一下打火機上的按鈕，壓電陶瓷片就會產生10kV~20kV的高壓，形成火花放電，從而點燃可燃氣體。上述過程中，壓電陶瓷片完成的能量轉化是（）A．化學能轉化為電能 B．內能轉化為電能C．光能轉化為電能 D．機械能轉化為電能【答案】D【解析】壓電陶瓷片能量轉化前要消耗機械能（大拇指壓一下打火機上的按鈕），轉化后得到了電能（產生10kV~20kV的高壓，形成火花放電），故ABC錯誤，D正確。故選D。6．（2023春·浙江衢州·高一統考期末）如圖所示，為我國某地的一風力發電機，其葉片的半徑為R，若風速恰好與葉片轉動所在圓面垂直，風力發電機將風能轉化為電能的效率為η。已知空氣密度為ρ，風速為v。下列說法正確的是（）

A．單位時間內沖擊發電機葉片圓面的氣流的質量為B．單位時間內沖擊發電機葉片圓面的氣流的動能為C．該風力發電機的輸出功率為D．若每天平均有的風能資源，則每天發電量為【答案】C【解析】AB．單位時間內沖擊發電機葉片圓面的氣流的質量為單位時間內沖擊發電機葉片圓面的氣流的動能為故AB錯誤；C．該風力發電機的輸出功率為故C正確；D．若每天平均有的風能資源，則每天發電量滿足故D錯誤。故選C。7．（2023春·江蘇徐州·高一徐州市第一中學校考期中）2022年6月30日位于浙江安吉的長龍山抽水蓄能電站全部機組正式投產發電。該項目是華東地區最大的抽水蓄能電站，主要承擔整個華東電網調峰、填谷的雙倍調峰功能。電站在電網用電低谷時將水抽到高處，在電網用電高峰時再利用水能發電，平均用4度谷電能換3度峰電。電站每年可生產清潔電能2.435×109kwh。已知峰電價格0.50元，谷電價格0.30元。下列說法正確的是（）A．水能是不可再生能源B．該電站產生的電能小于消耗的電能，從經濟的角度沒有實際意義C．電站實現電能轉化為勢能儲存，需要時再轉化為電能，說明能量不僅數量上守恒，在可利用的品質上也不變D．電站每年發電直接產生的經濟效益約為2.435×104萬元【答案】D【解析】A．水能是可再生能源，故A錯誤；B．雖然該電站產生的電能小于消耗的電能，消耗4度谷電能換3度峰電，但峰電價格0.50元，谷電價格0.30元，則可知每4度谷電能換3度峰電產生的直接經濟效益為元，因此從經濟的角度是有意義的，故B錯誤；C．電站實現電能轉化為勢能儲存，在轉化的過程中，雖然能量是守恒的，但有一部分能量被耗散，不能實現百分之百的轉化，而需要時再轉化為電能的量減少了，利用的品質下降了，故C錯誤；D．電站每年可生產清潔電能則需要消耗的電能為直接產生的經濟效益為故D正確。故選D。8．（2023春·浙江臺州·高一浙江省臨海市大田中學校考階段練習）風能是一種潔凈、無污染、可再生的能源，臨海括蒼山山頂上建有全國第四大風力發電場，如圖所示。已知該地區的風速約為6m/s，空氣密度約，已知風力發電機的風葉葉片長度為40m，且風能的30％可轉化為電能，則一臺發電機發電功率約為（）A． B．C． D．【答案】B【解析】在1s內經葉片的空氣體積為空氣質量空氣的動能風能的30％可轉化為電能，則有1s的電能，就是發電功率，約為。故選B。二、多選題9．（2023春·內蒙古包頭·高一統考期末）現代社會倡導“綠色、低碳、節能”的新型生活方式。下列做法符合節能要求的是（

）A．電腦使用完畢后關機并切斷電源B．電視機長時間處于待機狀態C．長時間外出需要切斷熱水器電源D．手機充電結束后拔掉充電器【答案】ACD【解析】A．電腦使用完畢后關機并切斷電源符合現代社會倡導“綠色、低碳、節能”的新型生活方式，故A正確；B．電視機長時間處于待機狀態，仍會消耗電能，不節能，因此不符合現代社會倡導“綠色、低碳、節能”的新型生活方式，故B錯誤；C．長時間外出需要切斷熱水器電源符合現代社會倡導“綠色、低碳、節能”的新型生活方式，故C正確；D．手機充電結束后拔掉充電器符合現代社會倡導“綠色、低碳、節能”的新型生活方式，故D正確。故選ACD。10．（2022·高二課時練習）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃燒既浪費資源又污染環境。某企業利用“煤粉加壓氣化制備合成氣”新技術，讓煤變成合成氣（一氧化碳及氫氣總含量≥90%），把煤“吃干榨盡”。下列有關說法正確的是（）A．煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化和物理變化B．煤粉加壓氣化制備合成氣過程涉及化學變化但沒有物理變化C．該技術實現了煤的清潔利用D．該技術實現了煤的高效利用【答案】ACD【解析】AB．煤粉加壓氣化制備合成氣過程中既有物理變化，又有化學變化，故A正確，B錯誤；CD．該技術使煤得以良好利用又環保，故CD正確。故選ACD。11．（2023·全國·高三專題練習）下列關于能量轉化或轉移過程的說法中不正確的是（）A．所有能量守恒的過程都能自發地發生B．摩擦生熱的過程是不可逆過程C．人們對太陽能的開發和利用，說明能量可以憑空產生D．能的轉化過程符合能量守恒定律，因此不會發生能源危機【答案】ACD【解析】A．并非所有能量守恒的過程都能自發地進行，如在沒有引起其他變化的情況下，熱量不能自發地從低溫向高溫傳遞，A錯誤，符合題意；B．根據熱力學第二定律，機械能向內能轉化具有方向性可知，摩擦生熱的過程是不可逆過程，B正確，不符合題意；C．能量是不能憑空產生的，此說法違背了能量守恒定律，C錯誤，符合題意；D．能的轉化過程雖然符合能量守恒定律，但是在轉化過程中存在著“能量耗散”和“品質降低”，能量向品質低的大氣內能轉化，不能再重復利用，因此會發生能源危機，D錯誤，符合題意。故選ACD。12．（2022·高三課時練習）下列關于能量耗散的說法正確的是（）A．能量耗散使能量的總量減少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散是指耗散在環境中的內能再也不能被人類利用D．能量耗散導致能量品質的降低【答案】BCD【解析】ABD．能量耗散是能量在轉化的過程中有一部分以內能的形式被周圍環境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質降低，故A錯誤，BD正確；C．耗散在環境中的內能無法再被人類利用，故C正確。故選BCD。13．（2023·全國·高三專題練習）細繩一端固定在天花板上，另一端拴一質量為m的小球，如圖所示。使小球在豎直平面內擺動，經過一段時間后，小球停止擺動，下列說法正確的是（）A．小球機械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球擺動過程中，只有動能和重力勢能在相互轉化D．總能量守恒，但小球的機械能減少【答案】AD【解析】A．小球在豎直平面內擺動，經過一段時間后，小球停止擺動，說明機械能通過克服阻力做功不斷地轉化為內能，即機械能不守恒，故A正確；B．小球的機械能轉化為內能，能量的種類變了，但能量不會消失，故B錯誤；CD．小球長時間擺動過程中，重力勢能和動能相互轉化的同時，機械能不斷地轉化為內能，故擺動的幅度越來越小，但總能量守恒，故C錯誤，D正確。故選AD。14．（2023·全國·高三專題練習）如圖為裝在屋頂上的太陽能電池板，每塊電池板的面積為2m2。晴天時，電池板每平方米每分鐘接收到的太陽能為6×104J，電池板的光電轉化效率為25%。以下說法不正確的是（）A．太陽能為可再生能源B．電池板的光電轉化效率25%表示此過程能量不守恒C．晴天時太陽照射2h，每塊電池板的產生的電能1.44×107JD．晴天時的一天，一塊電池板產生的電能可以提供十盞60W的白熾燈正常工作20小時【答案】BCD【解析】A．太陽能可以從自然界里源源不斷的得到補充，屬于可再生能源，故A正確，不符題意；B．電池板的光電轉化效率25%只是表示太陽能有25%能轉化成電能，并不代表能量不守恒，故B錯誤，符合題意；C．由題意可知晴天時太陽照射2h，每塊電池板的產生的電能故C錯誤，符合題意；D．晴天時的一天，日照按8h計算，一塊電池板產生的電能為能讓十盞60W的白熾燈工作的時間故D錯誤，符合題意。本題選不正確的，故選BCD。15．（2023·浙江溫州·樂清市知臨中學校考模擬預測）三峽水力發電站是我國最大的水力發電站，三峽水庫蓄水后，平均水位落差約為100m，水的流量約為。船只通航需要約的流量，其余流量可全部用來發電。水流沖擊水輪機發電時，水流減少的機械能有20%轉化為電能。則三峽發電站（）A．最大功率約為B．年發電量約為C．天發電量能充滿約輛新能源汽車D．通航一天流失的能量【答案】AB【解析】A．三峽發電站的最大功率為P=ρ（Q1-Q2）gh×20%=1.0×103×（1.35×104×-3500）×10×100×20%=2×109W故A正確；B．年發電量約為故B正確；C．一天的發電量為每臺新能源汽車需要的電量為不符合實際，故C錯誤；D．通航一天流失的能量W=ρQ2ght×20%=1.0×103×0.35×104×10×100×20%×24×3.6×106J=6×1016J故D錯誤。故選AB。16．（2022春·山西·高一統考期末）2022年2月18日，我國選手谷愛凌榮獲北京冬奧會女子滑雪U型槽項目的冠軍。如圖所示，型槽可簡化成由、兩個相同的四分之一圓弧與水平雪道組成，與圓弧雪道相切。質量為的谷愛凌（可視為質點）從點自由下落，由左側點進入型槽中，從右側點自由飛出后上升至點。其中，，圓弧半徑。不計空氣阻力，下列判斷正確的是（）A．谷愛凌運動到點的速度為B．谷愛凌首次運動到點時，對點的壓力為C．谷愛凌由到過程損耗的機械能比到過程的大D．谷愛凌第二次離開型槽后，最高能夠到達相對于點的位置【答案】AC【解析】A．谷愛凌從點自由下落到點過程，則有解得谷愛凌運動到點的速度為A正確；B．谷愛凌從點自由下落到第一次到點過程，根據動能定理可得谷愛凌經過點時，根據牛頓第二定律可得解得根據牛頓第三定律可知谷愛凌首次運動到點時，對點的壓力小于，B錯誤；C．谷愛凌從到的過程，由于軌道存在摩擦，谷愛凌在運動過程中克服摩擦力做功，機械能越來越小，在左右圓弧軌道對稱的同高度位置重力勢能相同，左側的動能大于右側的動能，故左側運動時需要提供較大的向心力，軌道支持力較大，比較左右圓弧軌道對稱的同高度位置，左側的運動時受到的摩擦力也較大，故從到過程中克服摩擦力做的功比從到過程中克服摩擦力做的功多，可知谷愛凌由到過程損耗的機械能比到過程的大，C正確；D．設谷愛凌第一次經過型槽過程，克服摩擦力做功為，根據動能定理可得解得谷愛凌第二次經過型槽過程，克服摩擦力做功為，由于第二次經過型槽的平均速率小于第一次經過型槽的平均速率，可知假設谷愛凌第二次離開型槽后，最高能夠到達相對于點的位置，根據動能定理可得聯立解得D錯誤；故選AC。

第十三章電磁感應與電磁波初步第1節磁場磁感線課程標準學習目標能列舉磁現象在生產生活中的應用。了解我國古代在磁現象方面的研究成果及其對人類文明的影響。關注與磁相關的現代技術發展1.知道磁場的概念，知道磁體與磁體間、磁體與電流間、電流與電流間的作用是通過磁場發生的.2.理解磁感線的概念，知道磁感線的特點.3.理解安培定則，會用安培定則判斷電流的磁場方向．（一）課前閱讀：1.如圖所示，通電導線放在蹄形磁體附近，懸掛導線的細線偏離豎直方向，說明通電導線受到力的作用，磁體對通電導線的作用力是如何產生的？2．演示實驗：將一根與電源、開關相連接的直導線用架子架高，沿南北方向水平放置．將小磁針平行地放在直導線的上方或下方，請觀察直導線通、斷電時小磁針的偏轉情況．觀察到什么現象？通過這種現象可以得出什么結論呢？3．重做上面的實驗，請觀察當電流的方向改變時，小磁針N極的偏轉方向是否發生變化．觀察到什么現象？這說明什么？（二）基礎梳理一、電和磁的聯系磁場1．磁極之間的相互作用：同名磁極相互，異名磁極相互．2．奧斯特實驗：把導線放置在小磁針的，通電時磁針發生了轉動．3．磁場：磁體與磁體之間、磁體與通電導體之間，以及通電導體與通電導體之間的相互作用，是通過發生的，磁場是磁體或電流周圍一種看不見、摸不著的客觀存在的【拓展補充】通電導線使小磁針偏轉1820年4月，在一次講課中，奧斯特偶然地把導線放置在一個指南針的上方，通電時磁針轉動了(如上圖)。這個現象雖然沒有引起聽眾的注意，但卻是奧斯特盼望已久的他連續進行了大量研究，同年7月發表論文，宣布發現了電流的磁效應，首次揭示了電與磁的聯系。為此，安培寫道:“奧斯特先生···.··已經永遠把他的名字和一個新紀元聯系在一起了。”二、磁感線1．磁場的方向：物理學規定，在磁場中的某一點，小磁針靜——所指方向就是該點磁場的方向．2．磁感線(1)定義：在磁場中畫出一些有方向的曲線，曲線上每一點的都跟這點磁場的方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線．(2)特點①磁感線的表示磁場的強弱．磁場強的地方，磁感線；磁場弱的地方，磁感線．②磁感線上某點的表示該點磁場的方向．【即學即練】判斷下列說法的正誤.(1)磁極之間的相互作用是通過磁場發生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質．()(2)磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時N極所指的方向一致．()(3)磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的．()(4)通電直導線周圍磁場的磁感線是以導線為圓心的圓．()三、安培定則1．直線電流的磁場安培定則：如圖甲所示，用握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，所指的方向就是磁感線環繞的方向．直線電流周圍的磁感線分布情況如圖乙所示．2．環形電流的磁場安培定則：如圖甲所示，讓右手與環形電流的方向一致，——就是環形導線軸線上磁場的方向．3．通電螺線管的磁場安培定則：如圖所示，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指與————一致，伸直的拇指所指的方向就是磁場的方向．【拓展補充】磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力來推動的列車，它通過電磁力實現列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導向，再利用直線電機產生的電磁力牽引列車運行。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，減少了摩擦力，行走時不同于其他列車需要接觸地面，只受來自空氣的阻力，高速磁懸浮列車的速度可達每小時400公里以上，中低速磁懸浮則多數在100-200公里/小時。磁場磁感線1．磁場(1)磁場的客觀性：磁場與電場一樣，也是一種物質，是一種看不見而又客觀存在的特殊物質．存在于磁體、通電導線、運動電荷、變化電場、地球的周圍．(2)磁場的基本性質：對放入其中的磁極、通電導體、運動的電荷有力的作用，而且磁體與磁體、磁體與通電導體、通電導體與通電導體間的相互作用都是通過磁場發生的．2．磁感線(1)定義：磁感線是為了形象地描述磁場而人為假想的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟這點磁場的方向一致．(2)特點：①在磁體外部，磁感線從N極發出，進入S極；在磁體內部由S極回到N極．②磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強；磁場方向與過該點的磁感線的切線方向一致．③磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．④磁感線是人們為了形象描述磁場而假想的線，并不真實存在．(3)幾種特殊磁體外部的磁感線分布(如圖所示)：3．地磁場及其磁感線(1)地磁場地球在地面附近空間產生的磁場，叫作地磁場，如圖所示，地球實際上就是一個巨大的磁體，它也有兩個磁極，分別是地磁南極和地磁北極．(2)對地磁場的理解雖然地磁兩極與地理兩極并不重合，但它們的位置相對來說差別不是很大，因此，一般我們認為：①地磁的北極在地理南極附近，地磁的南極在地理北極附近，地球的地理兩極和地磁兩極不重合，形成了磁偏角．②地磁場在水平方向總是從地磁南極指向北極，而豎直方向則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距離地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同，且方向均與地面平行．【典例精析】例1．(多選)下列有關磁場的說法，正確的是()A．磁體周圍的空間存在看不見、摸不著的磁場B．磁極間的相互作用是通過磁場發生的C．磁場是有方向的，在條形磁體的磁場中的不同位置，其磁場方向一般不同D．在磁場中的某點，小磁針S極所受磁場力的方向與該點的磁場方向相同例2．關于磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都跟小磁針在該點靜止時N極所指的方向一致B．磁感線總是從磁體的N極出發，到S極終止C．磁感線分布圖中沒有畫磁感線的地方，表明該處沒有磁場D．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的二、安培定則用安培定則判斷電流磁場的方向安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環形電流環內磁場比環外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內部磁場為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部磁場類似條形磁體的磁場，方向由N極指向S極【典例精析】例3．如圖所示，a、b是直線電流的磁場截面圖，c、d是環形電流的磁場截面圖，e、f是螺線管電流的磁場的截面圖．試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向．例4．(多選)(2021·南寧市期末)如圖所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q分別表示螺線管兩端．當閉合開關時，發現小磁針N極偏向螺線管Q端．下列判斷正確的是()A．F為蓄電池正極B．螺線管P端為S極C．流過電阻R的電流方向向下D．管內磁場方向由Q指向P三、安培分子電流假說1.法國學者安培提出：在物質內部，存在著一種環形電流——分子電流，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極．(如圖所示)2．當鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性；當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性．【典例精析】例5．安培觀察到通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場很相似，提出了“分子電流”假說．他認為，在物質內部存在著一種環形電流——分子電流(分子電流實際上是由原子內部電子繞核運動形成的，如圖所示)，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極．下列將分子電流(箭頭表示電子運動方向)等效為小磁體的選項圖中正確的是()1．常見永磁體的磁感線分布2．磁感線的特點(1)為形象描述磁場而引入的假想曲線，實際并不存在。(2)磁感線的疏密表示磁場的強弱，磁感線密集的地方磁場強，稀疏的地方磁場弱。(3)磁感線上某點的切線方向表示該點的磁場方向。(4)磁體外部磁感線從N極指向S極，磁體內部磁感線從S極指向N極。(5)磁感線閉合而不相交、不相切，也不中斷。3．電場和磁場的比較電場磁場不同點產生電荷周圍磁體、電流、運動電荷周圍基本性質對放入其中的電荷有靜電力的作用對放入其中的磁體、電流有力的作用作用特點對放入其中的磁體不產生力的作用對放入其中的靜止電荷無力的作用相同點都是不依賴于人的意志而客觀存在的特殊物質，和實物一樣具有質量和能量等物質的基本屬性三種常見電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心垂直于導線的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環形電流內部磁場比環外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內部磁場比外部強，內部磁場方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，方向由N極指向S極一、單選題1．在宇宙環境中，地磁場保護著地球，地質記錄表明，自地球在46億年前形成以來，已經有過數百次地磁反轉，也就是說，地球的磁場在“反極性”（地磁場方向與現在的方向相反）和“正極性”（地磁場方向與現在的方向相同）之間不斷變換。物理學家的研究認為，地球的磁極反轉在未來仍可能會發生。下列關于地磁反轉期間的說法正確的是（）A．對依靠磁場進行導航的物種不會有影響B．若地磁場處于最弱的狀態時，就不會對地球生物的生存有影響C．太陽輻射的高能粒子直接轟擊地球的大氣層，可能引發一些疾病D．地球磁場的反轉可能是瞬間發生，而不是一個緩慢、漸進的過程2．如圖所示，為電磁鐵，C為膠木秤盤，和C（包括支架）的總重量，為鐵片，質量為，整個裝置用輕繩懸于點，當電磁鐵通電，鐵片被吸引上升的過程中，輕繩上拉力（）A． B．C． D．3．關于電流周圍的磁感線分布情況，圖中正確的是()A． B．C． D．4．如圖所示的磁場中,穩定時小磁針位置正確的是()A． B．C． D．5．磁場中某區域的磁感線如圖所示，下列論述正確的是()A．a、b兩處的磁場強弱不同，a處磁場強B．a、b兩點在同一條磁感線上，所以兩點磁場方向相同C．磁感線上某點的切線方向就是該點磁場的方向D．兩條磁感線的空隙處不存在磁場6．當導線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時北極指向讀者的是（）A． B．C． D．7．圖中能正確表示通電導線周圍磁場或條形磁鐵周圍磁場的是（）A． B．C． D．8．兩根彼此絕緣且緊貼在一起的直導線分別通有方向如圖所示的電流，在其角平分線M上的點P處放一個小磁針，小磁針靜止時N極垂直于紙面向外。下列關于I1、I2大小的判斷正確的是（

）A．I1>I2 B．I1=I2 C．I1<I2 D．無法判斷二、多選題9．如圖所示，可自由轉動的小磁針上方有一根長直導線，開始時兩者在紙面內平行放置。當導線中通過如圖所示的電流I時，發現小磁針的N極向里，S極向外，停留在與紙面垂直的位置上，這一現象說明（）A．小磁針感知到了電流的磁場B．小磁針處的磁場方向垂直紙面向外C．小磁針處的磁場方向垂直紙面向里D．把小磁針移走，該處就沒有磁場了10．電流的磁效應揭示了電與磁的關系。下面四幅圖中描述磁場方向與電流方向之間的關系，其中磁感線分布正確的是（）A． B．C． D．11．如圖所示，以O點為圓心的圓周上有六個等分點a、b、c、d、e、f，兩根直導線垂直紙面放在a、d兩點。現給導線通有大小相等、方向垂直紙面向里的電流，下列說法正確的是（）A．O處磁感應強度最大 B．a、d兩處磁場方向相同C．a、d兩處磁場方向相反 D．b、c、e、f四點的磁感應強度大小相等12．如圖所示，紙面上a、b、c三點構成一個等邊三角形，a、b、d三點構成一個等腰直角三角形，兩根長直導線垂直紙面分別放置在a、b兩點處，通以圖示方向的大小相等的電流，整個裝置處在一勻強磁場當中，c點處磁感應強度為零。已知通電長直導線在周圍某點產生的磁感應強度的大小滿足（式中I為電流強度，r為該點到導線的距離，k為常量且大于零），a、b間的距離為L，導線中電流強度大小為。下列說法正確的是（）A．勻強磁場的磁感應強度大小為，方向垂直ab向右B．勻強磁場的磁感應強度大小為，方向平行于ab向上C．點的磁感應強度大小為，方向平行于ab向上D．點的磁感應強度大小為，方向垂直ab向右13．如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向飛過小磁針上方．若帶電粒子飛過小磁針上方的瞬間，小磁針N極向紙面內偏轉，則帶電粒子可能是（）A．向右飛行的正離子束 B．向左飛行的正離子束C．向右飛行的負離子束 D．向左飛行的負離子束14．如圖所示，放在通電螺線管內部中間的小磁針，靜止時小磁針的N極指向右側（螺線管的c端），則下列判斷正確的是（）A．c為通電螺線管的S極，d為通電螺線管的N極B．d為通電螺線管的S極，c為通電螺線管的N極C．a為電源的正極、b為電源的負極D．a為電源的負極、b為電源的正極

第十三章電磁感應與電磁波初步第1節磁場磁感線課程標準學習目標能列舉磁現象在生產生活中的應用。了解我國古代在磁現象方面的研究成果及其對人類文明的影響。關注與磁相關的現代技術發展1.知道磁場的概念，知道磁體與磁體間、磁體與電流間、電流與電流間的作用是通過磁場發生的.2.理解磁感線的概念，知道磁感線的特點.3.理解安培定則，會用安培定則判斷電流的磁場方向．（一）課前閱讀：1.如圖所示，通電導線放在蹄形磁體附近，懸掛導線的細線偏離豎直方向，說明通電導線受到力的作用，磁體對通電導線的作用力是如何產生的？答案磁體在周圍產生了磁場，磁場對通電導線產生了作用力．2．演示實驗：將一根與電源、開關相連接的直導線用架子架高，沿南北方向水平放置．將小磁針平行地放在直導線的上方或下方，請觀察直導線通、斷電時小磁針的偏轉情況．觀察到什么現象？通過這種現象可以得出什么結論呢？答案觀察到通電時小磁針發生偏轉，斷電時小磁針又回到原來的位置．通電后導線上方或下方的小磁針發生偏轉，說明通電后導線周圍的空間對小磁針產生力的作用，由此我們可以得出：通電導線和磁體一樣，周圍存在著磁場．3．重做上面的實驗，請觀察當電流的方向改變時，小磁針N極的偏轉方向是否發生變化．觀察到什么現象？這說明什么？答案觀察到電流的方向改變時，小磁針N極的偏轉方向發生改變，說明電流的磁場方向也發生變化．（二）基礎梳理一、電和磁的聯系磁場1．磁極之間的相互作用：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引．2．奧斯特實驗：把導線放置在小磁針的上方，通電時磁針發生了轉動．磁效應電與磁3．磁場：磁體與磁體之間、磁體與通電導體之間，以及通電導體與通電導體之間的相互作用，是通過磁場發生的，磁場是磁體或電流周圍一種看不見、摸不著的客觀存在的物質【拓展補充】通電導線使小磁針偏轉1820年4月，在一次講課中，奧斯特偶然地把導線放置在一個指南針的上方，通電時磁針轉動了(如上圖)。這個現象雖然沒有引起聽眾的注意，但卻是奧斯特盼望已久的他連續進行了大量研究，同年7月發表論文，宣布發現了電流的磁效應，首次揭示了電與磁的聯系。為此，安培寫道:“奧斯特先生···.··已經永遠把他的名字和一個新紀元聯系在一起了。”二、磁感線1．磁場的方向：物理學規定，在磁場中的某一點，小磁針靜止時N極所指方向就是該點磁場的方向．2．磁感線(1)定義：在磁場中畫出一些有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟這點磁場的方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線．(2)特點①磁感線的疏密表示磁場的強弱．磁場強的地方，磁感線較密；磁場弱的地方，磁感線較疏．②磁感線上某點的切線方向表示該點磁場的方向．【即學即練】判斷下列說法的正誤.(1)磁極之間的相互作用是通過磁場發生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質．(√)(2)磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時N極所指的方向一致．(√)(3)磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的．(×)(4)通電直導線周圍磁場的磁感線是以導線為圓心的圓．(√)三、安培定則1．直線電流的磁場安培定則：如圖甲所示，用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環繞的方向．直線電流周圍的磁感線分布情況如圖乙所示．2．環形電流的磁場安培定則：如圖甲所示，讓右手彎曲的四指與環形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環形導線軸線上磁場的方向．3．通電螺線管的磁場安培定則：如圖所示，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指與螺線管電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管軸線上磁場的方向．【拓展補充】磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力來推動的列車，它通過電磁力實現列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導向，再利用直線電機產生的電磁力牽引列車運行。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，減少了摩擦力，行走時不同于其他列車需要接觸地面，只受來自空氣的阻力，高速磁懸浮列車的速度可達每小時400公里以上，中低速磁懸浮則多數在100-200公里/小時。磁場磁感線1．磁場(1)磁場的客觀性：磁場與電場一樣，也是一種物質，是一種看不見而又客觀存在的特殊物質．存在于磁體、通電導線、運動電荷、變化電場、地球的周圍．(2)磁場的基本性質：對放入其中的磁極、通電導體、運動的電荷有力的作用，而且磁體與磁體、磁體與通電導體、通電導體與通電導體間的相互作用都是通過磁場發生的．2．磁感線(1)定義：磁感線是為了形象地描述磁場而人為假想的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟這點磁場的方向一致．(2)特點：①在磁體外部，磁感線從N極發出，進入S極；在磁體內部由S極回到N極．②磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強；磁場方向與過該點的磁感線的切線方向一致．③磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．④磁感線是人們為了形象描述磁場而假想的線，并不真實存在．(3)幾種特殊磁體外部的磁感線分布(如圖所示)：3．地磁場及其磁感線(1)地磁場地球在地面附近空間產生的磁場，叫作地磁場，如圖所示，地球實際上就是一個巨大的磁體，它也有兩個磁極，分別是地磁南極和地磁北極．(2)對地磁場的理解雖然地磁兩極與地理兩極并不重合，但它們的位置相對來說差別不是很大，因此，一般我們認為：①地磁的北極在地理南極附近，地磁的南極在地理北極附近，地球的地理兩極和地磁兩極不重合，形成了磁偏角．②地磁場在水平方向總是從地磁南極指向北極，而豎直方向則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距離地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同，且方向均與地面平行．【典例精析】例1．(多選)下列有關磁場的說法，正確的是()A．磁體周圍的空間存在看不見、摸不著的磁場B．磁極間的相互作用是通過磁場發生的C．磁場是有方向的，在條形磁體的磁場中的不同位置，其磁場方向一般不同D．在磁場中的某點，小磁針S極所受磁場力的方向與該點的磁場方向相同答案ABC解析磁場雖然看不見、摸不著，但它是一種客觀存在的特殊物質，它的基本性質是對放入其中的磁體產生力的作用；磁極間的相互作用就是通過磁場發生的；磁場具有方向性，在磁場中的某點，小磁針N極所受磁場力的方向與該點的磁場方向一致，小磁針S極所受磁場力的方向與該點的磁場方向相反，在條形磁體的磁場中的不同位置，其磁場方向一般不同，故A、B、C正確，D錯誤．例2．關于磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都跟小磁針在該點靜止時N極所指的方向一致B．磁感線總是從磁體的N極出發，到S極終止C．磁感線分布圖中沒有畫磁感線的地方，表明該處沒有磁場D．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的答案A解析磁感線的切線方向表示磁場方向，磁感線上每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時，N極所指的方向一致，A正確；對于磁體的磁感線，在外部由N極指向S極，在內部由S極指向N極，B項錯誤；磁感線分布圖中沒有畫磁感線的地方，并不表示那里沒有磁場存在，因為我們不能將整個區域都畫滿線條，通過磁場中的任意一點總能而且只能畫出一條磁感線，我們常常選擇畫出需要的條數，C項錯誤；磁感線的形狀可以用細鐵屑來模擬，但磁感線是一種假想曲線，實際上是不存在的，D項錯誤．二、安培定則用安培定則判斷電流磁場的方向安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環形電流環內磁場比環外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內部磁場為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部磁場類似條形磁體的磁場，方向由N極指向S極【典例精析】例3．如圖所示，a、b是直線電流的磁場截面圖，c、d是環形電流的磁場截面圖，e、f是螺線管電流的磁場的截面圖．試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向．答案見解析解析根據安培定則，可以確定題圖a中電流方向垂直紙面向里，題圖b中電流方向從下向上，題圖c中電流方向沿逆時針方向，題圖d中磁感線方向從上向下，題圖e中磁感線方向向左，題圖f中磁感線方向向右．例4．(多選)(2021·南寧市期末)如圖所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q分別表示螺線管兩端．當閉合開關時，發現小磁針N極偏向螺線管Q端．下列判斷正確的是()A．F為蓄電池正極B．螺線管P端為S極C．流過電阻R的電流方向向下D．管內磁場方向由Q指向P答案AD解析閉合開關后，小磁針N極偏向螺線管Q端，說明小磁針所在位置磁場方向向左，即螺線管的P端為N極，Q端為S極，螺旋管內部的磁感應強度方向由Q指向P，由安培定則可知，電流從右端流出、左端流入，因此，電源的F為正極，E為負極，流過電阻R的電流方向向上，故B、C錯誤，A、D正確．三、安培分子電流假說1.法國學者安培提出：在物質內部，存在著一種環形電流——分子電流，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極．(如圖所示)2．當鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性；當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性．【典例精析】例5．安培觀察到通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場很相似，提出了“分子電流”假說．他認為，在物質內部存在著一種環形電流——分子電流(分子電流實際上是由原子內部電子繞核運動形成的，如圖所示)，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極．下列將分子電流(箭頭表示電子運動方向)等效為小磁體的選項圖中正確的是()答案B解析繞核運動的電子帶負電，則環形電流方向與其運動方向相反，根據安培定則可知其左側為N極，故選B.1．常見永磁體的磁感線分布2．磁感線的特點(1)為形象描述磁場而引入的假想曲線，實際并不存在。(2)磁感線的疏密表示磁場的強弱，磁感線密集的地方磁場強，稀疏的地方磁場弱。(3)磁感線上某點的切線方向表示該點的磁場方向。(4)磁體外部磁感線從N極指向S極，磁體內部磁感線從S極指向N極。(5)磁感線閉合而不相交、不相切，也不中斷。3．電場和磁場的比較電場磁場不同點產生電荷周圍磁體、電流、運動電荷周圍基本性質對放入其中的電荷有靜電力的作用對放入其中的磁體、電流有力的作用作用特點對放入其中的磁體不產生力的作用對放入其中的靜止電荷無力的作用相同點都是不依賴于人的意志而客觀存在的特殊物質，和實物一樣具有質量和能量等物質的基本屬性三種常見電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心垂直于導線的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環形電流內部磁場比環外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內部磁場比外部強，內部磁場方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，方向由N極指向S極一、單選題1．在宇宙環境中，地磁場保護著地球，地質記錄表明，自地球在46億年前形成以來，已經有過數百次地磁反轉，也就是說，地球的磁場在“反極性”（地磁場方向與現在的方向相反）和“正極性”（地磁場方向與現在的方向相同）之間不斷變換。物理學家的研究認為，地球的磁極反轉在未來仍可能會發生。下列關于地磁反轉期間的說法正確的是（）A．對依靠磁場進行導航的物種不會有影響B．若地磁場處于最弱的狀態時，就不會對地球生物的生存有影響C．太陽輻射的高能粒子直接轟擊地球的大氣層，可能引發一些疾病D．地球磁場的反轉可能是瞬間發生，而不是一個緩慢、漸進的過程【答案】C【解析】A．地磁反轉期間，對依靠磁場進行導航的物種會有影響，A錯誤；B．地磁場能使太陽輻射的高能帶電粒子發生偏轉，對地球的生物有一定的變化作