PAGE8-第3節電能的生產與利用第4節電和磁的完備統一學習目標知識脈絡1．知道電能的生產方法，了解生產電能的各種方式．了解電能輸送的過程，知道為什么要高壓輸電．(重點)2．了解發電機、電動機對能源利用方式、工業發展所起的作用．了解電能的運用對于社會進步、經濟發展的貢獻．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，體會其在物理學發展中的意義．(重點、難點)5．了解赫茲證明電磁波存在的試驗，體會試驗驗證在物理理論發展中的地位和作用.一、電能的生產、輸送、利用與社會發展1．生產電能的常用方法：利用一次能源產生動力驅動渦輪機(如汽輪機、水輪機等)，渦輪機帶動發電機轉子轉動產生電能，再通過電線將電能輸送出去．2．產生電能的方式：依據運用的一次能源的不同，電能生產可分為火力發電、水力發電、風力發電、核能發電等．另外還有地熱能、太陽能、潮汐能等都可以用來發電．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，當輸送功率肯定時，提高電壓可以減小輸電電流．5．電能的利用與社會發展蒸汽機的廣泛運用使全社會的生產力得以飛躍發展，引發了第一次產業革命．電能的運用又一次使得全社會的生產力得到了飛躍發展，引發了其次次產業革命，人類社會跨入了電氣時代．二、場的概念、麥克斯韋的預言1．隨著電磁學的發展，英國科學家法拉第依據試驗事實，提出了電磁作用是“近距作用”的學說，認為在電荷或磁體四周存在著“場”，場是一種物質，又不同于實物，它可以相互滲透．現代生活中，人們已經接受了“場”這種物質，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．2．麥克斯韋電磁場理論(1)改變的磁場在四周產生電場，磁場改變快，產生的eq\a\vs4\al(電場強)，磁場改變慢，產生的電場弱．勻稱改變的磁場產生恒定的電場；不勻稱改變的磁場產生eq\a\vs4\al(改變)的電場．(2)改變的電場在四周產生磁場，勻稱改變的電場在四周空間產生穩定的磁場，非勻稱改變的電場在四周產生改變的磁場．3．電磁場改變的電場在四周空間產生磁場，改變的磁場在四周空間產生電場……于是，改變的電場和改變的磁場交替產生，構成一個完整的整體，這就是電磁場．4．電磁波改變的電場和改變的磁場交替產生，并由發生區域向四周空間傳播，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，電磁波的放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，從而預言光是電磁波的一種．三、赫茲的求證、電磁場理論的意義1．赫茲的求證在麥克斯韋建立電磁場理論后20多年，年輕的德國物理學家赫茲第一次用試驗證明了電磁波的存在．他還測定了電磁波的波長、頻率，得到電磁波的傳播速度，證明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，能產生反射、折射、干涉、衍射、偏振等，充分證明了麥克斯韋的電磁場理論．2．電磁波是一種物質，這種物質和它具有的能量一起傳播，電磁波是改變的電磁場，所以我們說場是一種物質．3．電磁波理論的探討，開創了“弱電”利用的新領域，推動了無線電技術的發展．電報、廣播、電視、電腦的獨創和應用，使人們在瞬息間就能知道世界各地發生的任何事情．人類文明得到廣泛傳播，學問快速普及．1．思索推斷(1)輸電線路存在電阻，就肯定會有電能的損耗．(√)(2)減小輸電損耗的最好方法是提高輸電電壓．(√)(3)勻稱改變的電場四周肯定產生勻稱改變的磁場．(×)(4)周期性改變的磁場四周空間肯定產生周期性改變的電場．(√)(5)改變的磁場四周產生電場跟閉合電路的存在有關．(×)(6)電磁波是改變的電磁場．(√)(7)赫茲的電磁場理論是物理學發展史上一個重要的里程碑．(×)(8)改變的磁場可以產生電場，肯定能產生電磁波．(×)2．合作探究(1)目前我國最大的供電工程三峽工程，已經正常運行了，你知道三峽發出來的電是怎么供到千家萬戶的嗎？【提示】發電機組產生的電壓通過升壓變壓器，使電壓上升，通過輸電線向外輸送，到用戶時運用降壓變壓器使電壓降低．(2)電磁波是如何形成的？【提示】振蕩的電場產生振蕩的磁場，振蕩的磁場產生振蕩的電場，這種振蕩的電場、磁場交替產生，由近及遠地向四周空間傳播，形成電磁波.電能的生產、輸送、利用與社會發展1．采納高壓輸電的緣由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，依據功率公式P損＝I2R可知，減小線路上功率損失的方法有兩個途徑：第一，減小輸電導線上的電阻R.依據R＝ρeq\f(l,S)知，在實際輸電線路中，輸電導線的長度不能減小，可以用電阻率ρ小的導體材料，像銅和鋁等．金、銀屬珍貴金屬，做輸電導線不現實，但在大規模集成電路里是要用這種金屬導體的，最終一點是增大導體的橫截面積，這又給架線工作帶來困難，同時也會耗費大量的金屬材料．其次，減小輸電電流I.依據公式I＝eq\f(P,U)知，要減小電流，不能以減小輸送功率為代價，在輸送功率肯定、輸電線電阻肯定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，依據公式P損＝(eq\f(P,U))2R可以推算，輸電線上的功率損失將降為原來的eq\f(1,n2).依據以上分析，采納高電壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經濟的措施．2．遠距離輸電過程的示意圖(如圖所示)志向變壓器P1＝P2，P3＝P4，P2－P3＝P損．【例1】(多選)遠距離輸送肯定功率的溝通電，若輸送電壓上升到原來的n倍，關于輸電線上的電壓損失和功率損失正確的是()A．輸電線上的功率損失是原來的eq\f(1,n)B．輸電線上的功率損失是原來的eq\f(1,n2)C．輸電線上的電壓損失是原來的eq\f(1,n)D．輸電線上的電壓損失是原來的eq\f(1,n2)BC[當輸電電壓上升為原來的n倍時，輸電電流減小為原來的eq\f(1,n)，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eq\f(1,n2)；因輸電線上的電壓損失U損＝IR，所以電壓損失是原來的eq\f(1,n)，故B、C正確．]1．(多選)遠距離輸送溝通電都采納高壓輸電，采納高壓輸電的優點是()A．可節約輸電線的材料B．可依據須要調整溝通電的頻率C．可削減輸電線上的能量損失D．可加快輸電的速度AC[由P＝IU得I＝eq\f(P,U)，當輸送功率P肯定，采納高壓輸電，U變大時I減小，輸電線中的電流就減小，由P損＝I2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))2R得，在距離肯定時，輸電線電阻越小，損耗越少；若P損、P肯定，則R∝U2，又R＝ρeq\f(l,S)，ρ、l肯定時輸電導線的橫截面積S∝eq\f(1,U2)，采納高壓輸電可使輸電導線的橫截面積大大減小，從而節約輸電線的材料，故選項A、C正確．溝通電的頻率是固定的，不需調整，輸電的速度不會由于電壓上升而變快，故選項B、D不正確．]2．(多選)某電站向遠處輸送肯定功率的電能，則下列說法中正確的是()A．輸電線不變，將送電電壓上升到原來的10倍時，輸電線損耗的功率減為原來的eq\f(1,10)B．輸電線不變，將送電電壓上升到原來的10倍時，輸電線損耗的功率減為原來的eq\f(1,100)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BC[輸電線上功率損失P損＝I2R線＝(eq\f(P,U))2R線，則R線、P肯定時，U上升到原來的10倍，P損減為原來的eq\f(1,100)，A項錯，B項對．P、U肯定時，P損與R線成正比，R線減半，P損也減半，故C對，D錯．]場的概念、麥克斯韋的預言1．改變的磁場產生電場如圖所示，麥克斯韋認為在改變的磁場四周產生電場，是一種普遍存在的現象，跟閉合電路(導體環)是否存在無關．導體環的作用只是用來顯示電流的存在．2．改變的電場產生磁場(1)運動的電荷產生改變的電場：一個靜止的電荷，它產生的是靜電場，即空間各點的電場強度不隨時間而改變．這個電荷一旦運動起來，電場就發生改變，即空間各點的電場強度將隨著時間而改變．(2)改變的電場產生磁場：運動的電荷在四周空間要產生磁場．這個磁場是由改變的電場產生的．例如：在電容器充、放電的時候，不僅導體中的電流產生磁場，而且在電容器兩極板間周期性改變的電場也產生磁場(如右圖所示)．【例2】(多選)關于電磁場的理論，下列說法正確的是()A．改變的電場四周產生的磁場肯定是改變的B．改變的電場四周產生的磁場不肯定是改變的C．勻稱改變的磁場四周產生的電場也是勻稱改變的D．振蕩電場四周產生的磁場也是振蕩的思路點撥：麥克斯韋電磁場理論的核心是改變的電場(磁場)產生磁場(電場)，穩定的電場(磁場)不產生磁場(電場)．BD[依據麥克斯韋電磁場理論，假如電場的改變是勻稱的，產生的磁場就是恒定的；假如電場的改變是不勻稱的，產生的磁場就是改變的，故A選項錯誤，B選項正確．勻稱改變的磁場產生恒定的電場，C選項錯誤．振蕩電場在四周空間產生同頻率的振蕩磁場，故D選項正確．]3．(多選)依據麥克斯韋電磁理論，以下說法中正確的是()A．恒定的電場四周產生恒定的磁場，恒定的磁場四周產生恒定的電場B．改變的電場四周產生磁場，改變的磁場四周產生電場C．勻稱改變的電場四周產生勻稱改變的磁場，勻稱改變的磁場四周產生勻稱改變的電場D．勻稱改變的電場四周產生穩定的磁場，勻稱改變的磁場四周產生穩定的電場BD[對此理論全面正確的理解為：不改變的電場四周不產生磁場；改變的電場四周可以產生改變的磁場，也可以產生不改變的磁場；勻稱改變的電場四周產生穩定的磁場；周期性改變的電場產生同頻率的周期性改變的磁場．改變的磁場產生電場的規律與以上類似，故正確答案為B、D.]4．關于電磁場理論，下列說法正確的是()A．在電場四周肯定產生磁場，磁場四周肯定產生電場B．在改變的電場四周肯定產生改變的磁場，改變的磁場四周肯定產生改變的電場C．勻稱改變的電場四周肯定產生改變的磁場D．周期性改變的電場四周肯定產生周期性改變的磁場D[依據麥克斯韋的電磁場理論，只有改變的電場四周才產生磁場，所以A錯；而非勻稱改變的電場產生改變的磁場，勻稱改變的電場四周產生恒定的磁場，所以B、C錯．故選D.]赫茲的求證、電磁場理論的意義1．電磁波的產生假如空間某區域有不勻稱改變的電場，那么這個改變的電場就在空間引起改變的磁場，這個改變的磁場又會引起新的改變的電場……于是改變的電場和磁場就會交替產生，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)麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲證明了電磁波的存在，測出了波長、頻率，證明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、衍射和干涉等現象．(4)電磁波可以在介質中傳播，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3×1085．(多選)下列關于電磁波的說法中正確的是()A．只要電場和磁場發生改變，就能產生電磁波B．電磁波傳播須要介質C．停止放射電磁波，放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CD[對電磁波的產朝氣制及傳播途徑要搞清，假如電場(或磁場)是勻稱改變的，產生的磁場(或電場)是恒定的，就不能產生新的電場(或磁場)，也就不能產生電磁波．電磁波不同于機械波，它的傳播不須要介質，故應選C、D.]6．下列關于電磁波的說法中，正確的是()A．電磁波可以在真空中傳播B．電磁波不能在空氣中傳播C．麥克斯韋第一次通過試驗驗證了電磁波的存在D．法拉第第一次通過試驗驗證了電磁波的存在A[電磁波可以在真空中傳播，A對，B錯；麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲第一次用試驗證明了電磁波的存在，故C、D錯．]7．某電路的電場隨時間改變的圖象如圖所示，能放射電磁波的電場是()D[圖A中的電場不隨時間改變，不產生磁場．圖B和圖C中的電場都隨時間勻稱改變，只能產生穩定的磁場，不會產生和放射電磁波，圖D中的電場隨時間做周期性的不勻稱的改變，能在四周產生同頻率周期性改變的磁場．改變的磁場又會產生改變的電場，電磁場由近及遠傳播，形成電磁波，故D選項正確．]1．發電廠發電機輸出電壓為U1，發電廠至學校的輸電導線總電阻為R，通過導線的電流為I，學校得到的電壓為U2.則輸電導線上損耗的功率表達錯誤的是()A．eq\f(U1－U22,R) B．.I2RC．(U1－U2)I D．eq\f(U\o\al(2,1),R)D[輸電線路損失電壓為(