高中物理滬科版1第三章劃時代的發(fā)現(xiàn) 教師用書第3章2

發(fā)電機與電動機電能與社會偉大的豐碑——麥克斯韋的電磁場理論1．(3分)如圖3-3-1所示，將一條形磁鐵插入某一閉合線圈，第一次用s，第二次用s，設插入方式相同，下面的敘述，正確的是()圖3-3-1A．兩次線圈中磁通量變化相同B．兩次線圈中磁通量變化不同C．兩次線圈中磁通量變化率相同D．兩次線圈中磁通量變化率不相同【解析】兩次插入，線圈中磁通量的變化是相同的，但由于插入的時間不同，故磁通量的變化率不同，選項A、D正確．【答案】AD2．(3分)如圖3-3-2所示，電流表與螺線管組成閉合電路．以下關于電流表指針偏轉情況的陳述中正確的是()圖3-3-2A．磁鐵快速插入螺線管時比慢速插入螺線管時電流表指針偏轉大B．磁鐵快速插入螺線管和慢速插入螺線管，磁通量變化相同，故電流表指針偏轉相同C．磁鐵放在螺線管中不動時螺線管中的磁通量最大，所以電流表指針偏轉最大D．將磁鐵從螺線管中拉出時，磁通量減小，所以電流表指針偏轉一定減小【解析】電流表的指針的偏轉角度是由螺線管產(chǎn)生的感應電動勢的大小決定，而感應電動勢的大小取決于磁通量的變化率，所以A正確．【答案】A3．(4分)(多選)如圖3-3-3所示，原線圈M與電源相連接，副線圈N與電流計G相連接，如副線圈中產(chǎn)生的感應電流流過電流計，則這時正在進行的實驗過程可能的是()圖3-3-3A．滑動變阻器的滑動頭沒有移動B．滑動變阻器的滑動頭P向B端移動C．開關S突然斷開D．M中插入磁芯的過程【解析】如果滑動頭P不動，線圈M中電流不變，則穿過N的磁通量不變，A選項沒有可能，B選項可能，C、D兩項可使穿過N的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流．【答案】BCD課標導思1.了解發(fā)電機的發(fā)展過程，知道什么是交變電流．(重點)2．了解電能對社會的重要性及能量的轉化．3．知道“場”概念，以及概念提出的重大意義．4．知道麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容．(難點)一、把機械能轉化為電能——發(fā)電機的發(fā)明1．發(fā)電機的發(fā)展史法拉第發(fā)明了圓盤發(fā)電機．1832年法國的皮克西發(fā)明了用永久磁鐵制造的發(fā)電機．1834年英國的克拉克制造了一臺帶有整流子的手搖永磁發(fā)電機．英國的霍姆斯對永磁發(fā)電機的發(fā)展起了很大作用．1867年德國人西門子和英國人瓦利分別發(fā)明了自激發(fā)電機．制造第一臺能夠產(chǎn)生真正連續(xù)電流的具有實用尺寸的直流發(fā)電機的榮譽應歸于比利時的格拉姆．美國發(fā)明家愛迪生改進了西門子發(fā)電機，使它得以廣泛的應用，開始了以電的應用為標志的世界“第二次產(chǎn)業(yè)革命”．2．交變電流大小、方向周期性變化的電流叫做交變電流．二、把電能轉化為機械能——電動機的發(fā)明1．電動機的發(fā)展史1834年俄國的雅各比制成第一臺實用的電動機．美國發(fā)明家特斯拉于1883年制成了一臺感應電動機．1889年俄國的多利沃——多布羅沃利斯基制成了實用的三相感應電動機．2．感應電動機的原理三相交變電流能在空間產(chǎn)生旋轉磁場，會使放置其中的閉合鋁框轉動．三、重要的能源——電能1．電能可以作為其他各種形式能量的轉換中心．2．電能的應用主要體現(xiàn)在能量的轉換與傳遞、電照明和電通信三個方面．四、電能與社會電氣化的程度已成為衡量社會物質文明發(fā)展水平的重要標志．五、場和力線的新概念場的概念是牛頓時代以來物理學概念、基本理論方面最重要的變革．六、麥克斯韋的發(fā)展——一座偉大的豐碑麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：1．變化的磁場產(chǎn)生電場．2．變化的電場產(chǎn)生磁場.一、發(fā)電機的工作原理1．發(fā)電機：把機械能轉化成電能的裝置，和電動機的原理正好相反．2．直流電：干電池和蓄電池等電源提供的電流，方向不發(fā)生變化，稱為直流電．簡稱DC.3．交流電：讓矩形線圈在磁場中轉動產(chǎn)生了大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱AC.4．交流發(fā)電機的工作原理：如圖3-3-4所示，線圈平面從垂直于磁感線開始轉動，當線圈的一個邊向上運動，另一個邊向下運動，切割磁感線，線圈中產(chǎn)生了感應電流．電流從線圈的一個邊流出，從另一個邊流進．當線圈轉過半周后，線圈的左右兩個邊在磁場中發(fā)生了變化，原來向上運動的改為向下運動，原來向下運動的改為向上運動，結果使得線圈中的電流方向發(fā)生了改變．這就產(chǎn)生了大小和方向都隨時間作周期性變化的電流．圖3-3-4【深化探究】我們生活中用的電就是由交流發(fā)電機產(chǎn)生的，并且電流的頻率為50Hz，那么發(fā)電機每秒要轉多少圈？提示：線圈每轉動一圈電流周期性變化一次，所以50Hz的交變電流其發(fā)電機每秒轉50圈.二、揭開電動機旋轉的奧秘1．電動機的工作原理電動機是利用通電線圈在磁場中受到安培力的作用而發(fā)生扭轉的原理設計的．電動機由定子和轉子組成，定子是電動機中固定不動的部分，轉子是電動機中轉動的部分．2．直流電動機持續(xù)轉動的奧秘電動機中線圈的電流方向要不斷改變，從而實現(xiàn)線圈持續(xù)轉動，如圖3-3-5所示．圖3-3-5【特別提醒】直流電動機外電路中的電流方向是不變的.但是電動機線圈中的電流方向每半圈改變一次，這是靠一對電刷實現(xiàn)的.三、麥克斯韋電磁場理論綜述1．變化的磁場產(chǎn)生電場eq\a\vs4\al(磁場)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(穩(wěn)定的磁場：不產(chǎn)生電場,變化的磁場\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(均勻變化：產(chǎn)生穩(wěn)定的電場,不均勻變化：產(chǎn)生變化的電場)),周期性變化的磁場：產(chǎn)生周期性變化的電場))2．變化的電場產(chǎn)生磁場eq\a\vs4\al(電場)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(穩(wěn)定的電場：不產(chǎn)生磁場,變化的電場\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(均勻變化：產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,不均勻變化：產(chǎn)生變化的磁場)),周期性變化的電場產(chǎn)生周期性變化的磁場))【特別提醒】在變化的磁場中產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的.一、發(fā)電機和電動機的探究(多選)下列說法正確的是()A．旋轉電樞式發(fā)電機和旋轉磁極式發(fā)電機從實質上講都是改變了線圈中的磁通量B．發(fā)電機與電動機都是符合能量的轉化與守恒定律的C．電動機的電源必須是直流電D．以上說法都不正確【導析】發(fā)電機與電動機都是物理學的研究成果，在生產(chǎn)、生活中的應用都遵從物理學的規(guī)律，在解題時要注意生活、生產(chǎn)中都用了哪些物理規(guī)律．【解析】根據(jù)法拉第電磁感應定律可知只要閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感應電動勢，故A正確；任何機器都遵守能量的轉化與守恒定律，故B選項正確；電動機有直流電動機和交流電動機，故C、D錯誤．故選AB.【答案】AB1．下列說法中正確的是()A．雅各比發(fā)明第一臺實用電動機B．電動機是將磁場能轉化成機械能C．電動機有直流電動機和交流電動機D．電動機的發(fā)明開啟了以電的應用為標志的“第二次工業(yè)革命”【解析】雅各比發(fā)明了第一臺實用電動機，A項正確；電動機是將電能轉化成機械能，故B項錯誤；電動機分為直流電動機和交流電動機，故C項正確；第二次工業(yè)革命以電的應用為標志，D項正確．【答案】ACD二、電能的應用第二次工業(yè)革命的重要標志是()A．發(fā)明了電磁波 B．發(fā)明了發(fā)電機C．發(fā)明了熱機 D．發(fā)明了互聯(lián)網(wǎng)【導析】第二次工業(yè)革命電力得到廣泛的應用，推動了生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展，對物理學技術的進步起到了決定性作用．【解析】第二次工業(yè)革命以電力的廣泛應用為顯著特點．推動了電力工業(yè)和電器制造業(yè)等一系列新興工業(yè)的迅速發(fā)展．人類歷史從“蒸汽時代”跨入了“電氣時代”．故選B.【答案】B2．人類利用新能源歷程中，新能源的開發(fā)利用對當時社會生活、工業(yè)的進程，有何影響？【解析】煤的利用是人類開發(fā)能源的偉大創(chuàng)舉，它支持了以蒸汽機為動力的第一次工業(yè)革命，英國憑借煤的利用技術優(yōu)勢，一躍成為世界工業(yè)強國．后來，隨著石油的普及，石油成為工業(yè)的“血液”，大大加快了世界工業(yè)的發(fā)展．美國則由于對石油利用技術的開發(fā)和創(chuàng)新，超過了英國，躍居為世界工業(yè)強國之首．又如蒸汽機的發(fā)明和改進，第一次改變了人們利用能源的方式，為工業(yè)發(fā)展提供了巨大的動力，引發(fā)了歷史上第一次工業(yè)革命，建立起以機器為基礎的大工業(yè)體系，很多國家很快就完成了工業(yè)化的過程，進入到工業(yè)文明時代，而工業(yè)文明時代最有代表性的裝置就是發(fā)電機和電動機，是電動機解放了勞動力，使人類完成了跨躍式發(fā)展的步伐．【答案】見解析三、麥克斯韋電磁場理論的理解(多選)下列說法正確的是()A．電荷的周圍一定有電場，也一定有磁場B．均勻變化的電場在其周圍空間一定產(chǎn)生磁場C．任何變化的電場在其周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場D．正弦交變的電場在其周圍空間一定產(chǎn)生交變的磁場【解析】只有變化的電場才能激發(fā)磁場，A錯誤；均勻變化的電場周圍存在恒定的磁場，B正確，C錯誤；周期性變化的電場在其周圍產(chǎn)生周期性變化的磁場，D正確．【答案】BD對麥克斯韋電磁場的理解在理解麥克斯韋的電磁場理論時，要注意靜電場不產(chǎn)生磁場，穩(wěn)定磁場也不產(chǎn)生電場．3．(多選)下列說法正確的是()A．恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B．穩(wěn)定電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場C．均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場D．均勻變化的電場和磁場互相激發(fā)，形成由近及遠的電磁場【解析】電流周圍存在磁場，A對．穩(wěn)定電場(磁場)不能產(chǎn)生磁場(電場)，B錯．均勻變化的電場周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，但不能形成電磁波，C對D錯．【答案】AC1．下列說法正確的是()A．第一臺有實用意義的自激發(fā)電機是法拉第發(fā)明的B．世界上第一臺有實用意義的自激發(fā)電機是由法國的皮克西發(fā)明的C．世界上第一臺有實用意義的自激發(fā)電機是由西門子和瓦利發(fā)明的D．發(fā)電機是根據(jù)電流的磁效應制成的【解析】法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應的第二年，受法拉第發(fā)現(xiàn)的啟示，法國人皮克西應用電磁感應原理制成了最初的發(fā)電機．皮克西發(fā)明的這種發(fā)電機在世界上是首創(chuàng)的，當然也有其不足之處。需要對它進行改進的地方，一是轉動磁鐵不如轉動線圈更為方便靈活；二是通過整流可以得到定向電流，但是電流的強弱還是不斷變化的.1867年，德國發(fā)明家西門子和英國人瓦利分別發(fā)明了自激發(fā)電機，即在發(fā)電機上不用磁鐵(即永久磁鐵)，而用電磁鐵，這樣可以使磁力增強，產(chǎn)生強大的電流．自激發(fā)電機稱得上是現(xiàn)代實用發(fā)電機的雛形，由此可知C正確．【答案】C2．電動機是一種高效率，低污染的動力設備，廣泛地應用在日常生活和生產(chǎn)實踐中．下列家用電器中應用了電動機的是()A．洗衣機 B．電飯鍋C．電熱水壺 D．電熱毯【解析】電動機主要將電能轉化為機械能；電飯鍋、電熱水壺、電熱毯都是主要將電能轉為內(nèi)能，所以B，C，D錯，A正確．【答案】A3．甲、乙兩電路中電流與時間關系如圖3-3-6所示，屬于交變電流的是()【導學號：22940026】圖3-3-6A．甲乙都是 B．甲是乙不是C．乙是甲不是 D．甲乙都不是【解析】方向不變化的電流叫做直流電．大小和方向都不變化的電流叫做恒定電流．方向隨時間做周期性變化是交變電流的重要特征．甲是方波形交流電，乙是脈動直流電．【答案】B4．(多選)某電路的電場隨時間變化的圖像如圖所示，能產(chǎn)生磁場的電場是()【解析】題圖A中電場不隨時間變化，不產(chǎn)生磁場，題圖B和題圖C中電場都隨時間做均勻變化，能產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場．題圖D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場．【答案】BCD5．英國物理學家法拉第經(jīng)過10年不懈努力，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了________現(xiàn)象，發(fā)明了發(fā)電機，開創(chuàng)了獲取電能的先例．我國興建的長江三峽超大型發(fā)電廠，是將水的________能轉化為電能．一些城市還建造了垃圾焚燒發(fā)電廠，是將垃圾焚燒后獲得的________能，最終轉化為電能．【答案】電磁感應機械內(nèi)學業(yè)達標測評(九)(建議用時：45分鐘)1．(多選)下列說法正確的是()A．皮克西發(fā)明了第一臺發(fā)電機B．法拉第發(fā)明了第一臺發(fā)電機C．發(fā)電機是將機械能轉化成了電能D．發(fā)電機只能發(fā)出交流電【解析】皮克西發(fā)明了第一臺發(fā)電機，故A對，B錯，從能量轉化的角度分析，發(fā)電機將機械能轉化成了電能，C對，發(fā)電機也可以發(fā)出直流電，故D錯．【答案】AC2．關于電磁場理論，下列說法正確的是()A．在靜電場的周圍空間一定產(chǎn)生磁場B．任何變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場C．均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場D．周期性變化的電場在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場【解析】在靜電場的周圍空間不能產(chǎn)生磁場，故A錯；任何變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生磁場，但均勻變化的電場周圍只能產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，故B錯、C錯；周期性變化的電場在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，D對．【答案】D3．能源按基本形態(tài)分類，可分為一次能源和二次能源，下列能源屬于二次能源的是()A．天然氣 B．風力C．石油制品 D．太陽能【解析】一次能源是指自然界天然存在的，二次能源是指由一次能源進行加工轉化而得到的能源產(chǎn)品．天然氣、風力、太陽能是自然界天然存在的，屬于一次能源，而石油制品是一次能源石油的加工產(chǎn)品，屬于二次能源．故應選C.【答案】C4．(多選)以下電場能產(chǎn)生變化的磁場的是()A．E＝10V/m B．E＝5sin(4t＋1)V/mC．E＝(3t＋2)V/m D．E＝(4t2－2t)V/m【解析】根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，只要是隨時間變化的電場均能產(chǎn)生磁場，故B、C、D均正確．【答案】BCD5．(多選)如圖3-3-7所示，有一水平放置內(nèi)壁光滑、絕緣的真空圓形管．有一帶正電的粒子靜止在管內(nèi)，整個裝置處在豎直向上的磁場中．要使帶電粒子能沿管做圓周運動，所加磁場可能是()圖3-3-7A．勻強磁場B．均勻增加的磁場C．均勻減小的磁場D．由于洛倫茲力不做功，不管加什么磁場都不能使帶電粒子繞管運動【解析】均勻增加或均勻減小的磁場都能產(chǎn)生恒定的電場，會使帶電粒子在管中做圓周運動，B、C正確．【答案】BC6．如圖3-3-8中乙所示的四種磁場變化情況，能產(chǎn)生圖3-3-8中甲電場的是()【導學號：22940027】圖3-3-8【解析】A項中是穩(wěn)定的磁場，不產(chǎn)生電場；B項中是均勻變化的磁場，將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，符合圖甲所示；C、D兩項中是周期性變化的磁場，產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場，故選B.【答案】B7.將圖3-3-9所示的帶電的平行板電容器C的兩個極板用絕緣工具緩緩拉大板間距離的過程中，在電容器周圍空間()圖3-3-9A．會產(chǎn)生變化的磁場B．會產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場C．不產(chǎn)生磁場D．會產(chǎn)生周期性變化的磁場【解析】由于電容器始終跟電源相連，兩極板間電壓不變，根據(jù)E＝eq\f(U,d)可知在d緩慢增大的時候，E是非均勻變化的，因此在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，選項A正確．【答案】A8．(多選)應用麥克斯韋的電磁場理論判斷如圖3-3-10所示的表示電場產(chǎn)生磁場(或磁場產(chǎn)生電場)的關系圖像中(每個選項中的上圖是表示變化的場，下圖是表示變化的場產(chǎn)生的另外的場)，正確的是()圖3-3-10【