2019-2020学年高中物理 第4章 第3节 电能的生产与利用 第4节 电和磁的完美统一课件 鲁科

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习目标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.知识脉络自主预习探新知一、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_____转动产生电能，再通过电线将_____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_____发电、_____发电、_____发电、_____发电等．另外还有地热能、太阳能、潮汐能等都可以用来发电．转子电能火力水力风力核能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_____，损失能量．损失的电能跟输电线上的_____成正比，跟_____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______．(2)减小输电线中的______，由P＝UI可知，当输送功率一定时，提高_____可以减小输电电流．发热电阻电流电阻电流电压5．电能的利用与社会发展________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．_____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_____时代．蒸汽机电能电气二、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_____或_____周围存在着“场”，场是一种_____，又不同于实物，它可以_________．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．电荷磁体物质相互渗透2．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场在周围产生_____，磁场变化快，产生的_______，磁场变化慢，产生的_______．均匀变化的磁场产生_____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_____，均匀变化的电场在周围空间产生_____的磁场，非均匀变化的电场在周围产生_____的磁场．电场电场弱恒定电场强变化磁场稳定变化3．电磁场变化的电场在周围空间产生_____，变化的磁场在周围空间产生_____……于是，变化的电场和变化的磁场_________，构成一个完整的整体，这就是_______．磁场电场交替产生电磁场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_____能，电磁波的发射过程就是辐射_____的过程，电磁波在空间传播，_______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_____，从而预言光是_______的一种．电磁能量电磁能光速电磁波三、赫兹的求证、电磁场理论的意义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_____第一次用实验证实了_______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_____，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．赫兹电磁波光速2．电磁波是一种_____，这种物质和它具有的_____一起传播，电磁波是变化的电磁场，所以我们说场是一种_____．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．物质能量物质1．思考判断(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．()(3)均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场．()(4)周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场．()(5)变化的磁场周围产生电场跟闭合电路的存在有关．()(6)电磁波是变化的电磁场．()(7)赫兹的电磁场理论是物理学发展史上一个重要的里程碑．()(8)变化的磁场可以产生电场，一定能产生电磁波．()√√×√×√××2．合作探究(1)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．(2)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.合作探究攻重难电能的生产、输送、利用与社会发展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＝ρlS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ρ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＝PU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＝(PU)2R可以推算，输电线上的功率损失将降为原来的1n2.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(如图所示)理想变压器P1＝P2，P3＝P4，P2－P3＝P损．【例1】(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()A．输电线上的功率损失是原来的1nB．输电线上的功率损失是原来的1n2C．输电线上的电压损失是原来的1nD．输电线上的电压损失是原来的1n2BC[当输电电压升高为原来的n倍时，输电电流减小为原来的1n，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1n2；因输电线上的电压损失U损＝IR，所以电压损失是原来的1n，故B、C正确．]1．(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，采用高压输电的优点是()A．可节省输电线的材料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AC[由P＝IU得I＝PU，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＝PU2R得，在距离一定时，输电线电阻越小，损耗越少；若P损、P一定，则R∝U2，又R＝ρlS，ρ、l一定时输电导线的横截面积S∝1U2，采用高压输电可使输电导线的横截面积大大减小，从而节省输电线的材料，故选项A、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．]2．(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110B．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1100BC[输电线上功率损失P损＝I2R线＝(PU)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1100，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．]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倍场的概念、麦克斯韦的预言1．变化的磁场产生电场如图所示，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．2．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(如右图所示)．【例2】(多选)关于电磁场的理论，下列说法正确的是()A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的BD[根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场的变化是均匀的，产生的磁场就是恒定的；如果电场的变化是不均匀的，产生的磁场就是变化的，故A选项错误，B选项正确．均匀变化的磁场产生恒定的电场，C选项错误．振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场，故D选项正确．]思路点拨：麦克斯韦电磁场理论的核心是变化的电场(磁场)产生磁场(电场)，稳定的电场(磁场)不产生磁场(电场)．3．(多选)按照麦克斯韦电磁理论，以下说法中正确的是()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BD[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.]4．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D[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.]赫兹的求证、电磁场理论的意义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3×108m/s.5．(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CD[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.]6．