学年高中物理第3章划时代的发现33发电机与电动机34电能与社会35伟大的丰碑麦克斯韦的电磁场理.docx
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学年高中物理第3章划时代的发现33发电机与电动机34电能与社会35伟大的丰碑麦克斯韦的电磁场理
3.3 发电机与电动机
3.4 电能与社会
3.5伟大的丰碑——麦克斯韦的电磁场理论
1．（3分）如图3 3 1所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05s，第二次用0.1s，设插入方式相同，下面的叙述，正确的是（ ）
图3 3 1
A．两次线圈中磁通量变化相同
B．两次线圈中磁通量变化不同
C．两次线圈中磁通量变化率相同
D．两次线圈中磁通量变化率不相同
【解析】 两次插入，线圈中磁通量的变化是相同的，但由于插入的时间不同，故磁通量的变化率不同，选项A、D正确．
【答案】 AD
2．（3分）如图3 3 2所示，电流表与螺线管组成闭合电路．以下关于电流表指针偏转情况的陈述中正确的是（ ）
图3 3 2
A．磁铁快速插入螺线管时比慢速插入螺线管时电流表指针偏转大
B．磁铁快速插入螺线管和慢速插入螺线管，磁通量变化相同，故电流表指针偏转相同
C．磁铁放在螺线管中不动时螺线管中的磁通量最大，所以电流表指针偏转最大
D．将磁铁从螺线管中拉出时，磁通量减小，所以电流表指针偏转一定减小
【解析】 电流表的指针的偏转角度是由螺线管产生的感应电动势的大小决定，而感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，所以A正确．
【答案】 A
3．（4分）（多选）如图3 3 3所示，原线圈M与电源相连接，副线圈N与电流计G相连接，如副线圈中产生的感应电流流过电流计，则这时正在进行的实验过程可能的是（ ）
图3 3 3
A．滑动变阻器的滑动头没有移动
B．滑动变阻器的滑动头P向B端移动
C．开关S突然断开
D．M中插入磁芯的过程
【解析】 如果滑动头P不动，线圈M中电流不变，则穿过N的磁通量不变，A选项没有可能，B选项可能，C、D两项可使穿过N的磁通量发生变化，产生感应电流．
【答案】 BCD
课
标
导
思
1.了解发电机的发展过程，知道什么是交变电流．（重点）
2．了解电能对社会的重要性及能量的转化．
3．知道“场”概念，以及概念提出的重大意义．
4．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容．（难点）
一、把机械能转化为电能——发电机的发明
1．发电机的发展史
法拉第发明了圆盘发电机．
1832年法国的皮克西发明了用永久磁铁制造的发电机．
1834年英国的克拉克制造了一台带有整流子的手摇永磁发电机．
英国的霍姆斯对永磁发电机的发展起了很大作用．
1867年德国人西门子和英国人瓦利分别发明了自激发电机．
制造第一台能够产生真正连续电流的具有实用尺寸的直流发电机的荣誉应归于比利时的格拉姆．
美国发明家爱迪生改进了西门子发电机，使它得以广泛的应用，开始了以电的应用为标志的世界“第二次产业革命”．
2．交变电流
大小、方向周期性变化的电流叫做交变电流．
二、把电能转化为机械能——电动机的发明
1．电动机的发展史
1834年俄国的雅各比制成第一台实用的电动机．美国发明家特斯拉于1883年制成了一台感应电动机．
1889年俄国的多利沃——多布罗沃利斯基制成了实用的三相感应电动机．
2．感应电动机的原理
三相交变电流能在空间产生旋转磁场，会使放置其中的闭合铝框转动．
三、重要的能源——电能
1．电能可以作为其他各种形式能量的转换中心．
2．电能的应用主要体现在能量的转换与传递、电照明和电通信三个方面．
四、电能与社会
电气化的程度已成为衡量社会物质文明发展水平的重要标志．
五、场和力线的新概念
场的概念是牛顿时代以来物理学概念、基本理论方面最重要的变革．
六、麦克斯韦的发展——一座伟大的丰碑
麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：
1．变化的磁场产生电场．
2．变化的电场产生磁场.
一、发电机的工作原理
1．发电机：
把机械能转化成电能的装置，和电动机的原理正好相反．
2．直流电：
干电池和蓄电池等电源提供的电流，方向不发生变化，称为直流电．简称DC.
3．交流电：
让矩形线圈在磁场中转动产生了大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称AC.
4．交流发电机的工作原理：
如图3 3 4所示，线圈平面从垂直于磁感线开始转动，当线圈的一个边向上运动，另一个边向下运动，切割磁感线，线圈中产生了感应电流．电流从线圈的一个边流出，从另一个边流进．当线圈转过半周后，线圈的左右两个边在磁场中发生了变化，原来向上运动的改为向下运动，原来向下运动的改为向上运动，结果使得线圈中的电流方向发生了改变．这就产生了大小和方向都随时间作周期性变化的电流．
图3 3 4
【深化探究】 我们生活中用的电就是由交流发电机产生的，并且电流的频率为50Hz，那么发电机每秒要转多少圈？
提示：
线圈每转动一圈电流周期性变化一次，所以50Hz的交变电流其发电机每秒转50圈.
二、揭开电动机旋转的奥秘
1．电动机的工作原理
电动机是利用通电线圈在磁场中受到安培力的作用而发生扭转的原理设计的．电动机由定子和转子组成，定子是电动机中固定不动的部分，转子是电动机中转动的部分．
2．直流电动机持续转动的奥秘
电动机中线圈的电流方向要不断改变，从而实现线圈持续转动，如图3 3 5所示．
图3 3 5
【特别提醒】 直流电动机外电路中的电流方向是不变的.但是电动机线圈中的电流方向每半圈改变一次，这是靠一对电刷实现的.
三、麦克斯韦电磁场理论综述
1．变化的磁场产生电场
2．变化的电场产生磁场
【特别提醒】 在变化的磁场中产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的.
一、发电机和电动机的探究
（多选）下列说法正确的是（ ）
A．旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机从实质上讲都是改变了线圈中的磁通量
B．发电机与电动机都是符合能量的转化与守恒定律的
C．电动机的电源必须是直流电
D．以上说法都不正确
【导析】 发电机与电动机都是物理学的研究成果，在生产、生活中的应用都遵从物理学的规律，在解题时要注意生活、生产中都用了哪些物理规律．
【解析】 根据法拉第电磁感应定律可知只要闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电动势，故A正确；任何机器都遵守能量的转化与守恒定律，故B选项正确；电动机有直流电动机和交流电动机，故C、D错误．故选AB.
【答案】 AB
1．下列说法中正确的是（ ）
A．雅各比发明第一台实用电动机
B．电动机是将磁场能转化成机械能
C．电动机有直流电动机和交流电动机
D．电动机的发明开启了以电的应用为标志的“第二次工业革命”
【解析】 雅各比发明了第一台实用电动机，A项正确；电动机是将电能转化成机械能，故B项错误；电动机分为直流电动机和交流电动机，故C项正确；第二次工业革命以电的应用为标志，D项正确．
【答案】 ACD
二、电能的应用
第二次工业革命的重要标志是（ ）
A．发明了电磁波 B．发明了发电机
C．发明了热机D．发明了互联网
【导析】 第二次工业革命电力得到广泛的应用，推动了生产力的迅猛发展，对物理学技术的进步起到了决定性作用．
【解析】 第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特点．推动了电力工业和电器制造业等一系列新兴工业的迅速发展．人类历史从“蒸汽时代”跨入了“电气时代”．故选B.
【答案】 B
2．人类利用新能源历程中，新能源的开发利用对当时社会生活、工业的进程，有何影响？
【解析】 煤的利用是人类开发能源的伟大创举，它支持了以蒸汽机为动力的第一次工业革命，英国凭借煤的利用技术优势，一跃成为世界工业强国．后来，随着石油的普及，石油成为工业的“血液”，大大加快了世界工业的发展．美国则由于对石油利用技术的开发和创新，超过了英国，跃居为世界工业强国之首．又如蒸汽机的发明和改进，第一次改变了人们利用能源的方式，为工业发
展提供了巨大的动力，引发了历史上第一次工业革命，建立起以机器为基础的大工业体系，很多国家很快就完成了工业化的过程，进入到工业文明时代，而工业文明时代最有代表性的装置就是发电机和电动机，是电动机解放了劳动力，使人类完成了跨跃式发展的步伐．
【答案】 见解析
三、麦克斯韦电磁场理论的理解
（多选）下列说法正确的是（ ）
A．电荷的周围一定有电场，也一定有磁场
B．均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场
C．任何变化的电场在其周围空间一定产生变化的磁场
D．正弦交变的电场在其周围空间一定产生交变的磁场
【解析】 只有变化的电场才能激发磁场，A错误；均匀变化的电场周围存在恒定的磁场，B正确，C错误；周期性变化的电场在其周围产生周期性变化的磁场，D正确．
【答案】 BD
对麦克斯韦电磁场的理解
在理解麦克斯韦的电磁场理论时，要注意静电场不产生磁场，稳定磁场也不产生电场．
3．（多选）下列说法正确的是（ ）
A．恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场
B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场
C．均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场
D．均匀变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远的电磁场
【解析】 电流周围存在磁场，A对．稳定电场（磁场）不能产生磁场（电场），B错．均匀变化的电场周围空间产生稳定的磁场，但不能形成电磁波，C对D错．
【答案】 AC
1．下列说法正确的是（ ）
A．第一台有实用意义的自激发电机是法拉第发明的
B．世界上第一台有实用意义的自激发电机是由法国的皮克西发明的
C．世界上第一台有实用意义的自激发电机是由西门子和瓦利发明的
D．发电机是根据电流的磁效应制成的
【解析】 法拉第发现电磁感应的第二年，受法拉第发现的启示，法国人皮克西应用电磁感应原理制成了最初的发电机．皮克西发明的这种发电机在世界上是首创的，当然也有其不足之处。
需要对它进行改进的地方，一是转动磁铁不如转动线圈更为方便灵活；二是通过整流可以得到定向电流，但是电流的强弱还是不断变化的.1867年，德国发明家西门子和英国人瓦利分别发明了自激发电机，即在发电机上不用磁铁（即永久磁铁），而用电磁铁，这样可以使磁力增强，产生强大的电流．自激发电机称得上是现代实用发电机的雏形，由此可知C正确．
【答案】 C
2．电动机是一种高效率，低污染的动力设备，广泛地应用在日常生活和生产实践中．下列家用电器中应用了电动机的是（ ）
A．洗衣机B．电饭锅
C．电热水壶D．电热毯
【解析】 电动机主要将电能转化为机械能；电饭锅、电热水壶、电热毯都是主要将电能转为内能，所以B，C，D错，A正确．
【答案】 A
3．甲、乙两电路中电流与时间关系如图3 3 6所示，属于交变电流的是
（ ）【导学号：
22940026】
图3 3 6
A．甲乙都是 B．甲是乙不是
C．乙是甲不是D．甲乙都不是
【解析】 方向不变化的电流叫做直流电．大小和方向都不变化的电流叫做恒定电流．方向随时间做周期性变化是交变电流的重要特征．甲是方波形交流电，乙是脉动直流电．
【答案】 B
4．（多选）某电路的电场随时间变化的图像如图所示，能产生磁场的电场是
（ ）
【解析】 题图A中电场不随时间变化，不产生磁场，题图B和题图C中电场都随时间做均匀变化，能产生稳定的磁场．题图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场．
【答案】 BCD
5．英国物理学家法拉第经过10年不懈努力，终于在1831年发现了________现象，发明了发电机，开创了获取电能的先例．我国兴建的长江三峡超大型发电厂，是将水的________能转化为电能．一些城市还建造了垃圾焚烧发电厂，是将垃圾焚烧后获得的________能，最终转化为电能．
【答案】 电磁感应 机械 内
学业达标测评（九）
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45分钟）
1．（多选）下列说法正确的是（ ）
A．皮克西发明了第一台发电机
B．法拉第发明了第一台发电机
C．发电机是将机械能转化成了电能
D．发电机只能发出交流电
【解析】 皮克西发明了第一台发电机，故A对，B错，从能量转化的角度分析，发电机将机械能转化成了电能，C对，发电机也可以发出直流电，故D错．
【答案】 AC
2．关于电磁场理论，下列说法正确的是（ ）
A．在静电场的周围空间一定产生磁场
B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场
C．均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
D．周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场
【解析】 在静电场的周围空间不能产生磁场，故A错；任何变化的电场周围空间一定产生磁场，但均匀变化的电场周围只能产生稳定的磁场，故B错、C错；周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场，D对．
【答案】 D
3．能源按基本形态分类，可分为一次能源和二次能源，下列能源属于二次能源的是（ ）
A．天然气B．风力
C．石油制品D．太阳能
【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进行加工转化而得到的能源产品．天然气、风力、太阳能是自然界天然存在的，属于一次能源，而石油制品是一次能源石油的加工产品，属于二次能源．故应选C.
【答案】 C
4．（多选）以下电场能产生变化的磁场的是（ ）
A．E＝10V/mB．E＝5sin（4t＋1）V/m
C．E＝（3t＋2）V/mD．E＝（4t2－2t）V/m
【解析】 根据麦克斯韦的电磁理论，只要是随时间变化的电场均能产生磁场，故B、C、D均正确．
【答案】 BCD
5．（多选）如图3 3 7所示，有一水平放置内壁光滑、绝缘的真空圆形管．有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处在竖直向上的磁场中．要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加磁场可能是（ ）
图3 3 7
A．匀强磁场
B．均匀增加的磁场
C．均匀减小的磁场
D．由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子绕管运动
【解析】 均匀增加或均匀减小的磁场都能产生恒定的电场，会使带电粒子在管中做圆周运动，B、C正确．
【答案】 BC
6．如图3 3 8中乙所示的四种磁场变化情况，能产生图3 3 8中甲电场的是
（ ）【导学号：
22940027】
图3 3 8
【解析】 A项中是稳定的磁场，不产生电场；B项中是均匀变化的磁场，将产生稳定的电场，符合图甲所示；C、D两项中是周期性变化的磁场，产生同频率周期性变化的电场，故选B.
【答案】 B
7.将图3 3 9所示的带电的平行板电容器C的两个极板用绝缘工具缓缓拉大板间距离的过程中，在电容器周围空间（ ）
图3 3 9
A．会产生变化的磁场
B．会产生稳定的磁场
C．不产生磁场
D．会产生周期性变化的磁场
【解析】 由于电容器始终跟电源相连，两极板间电压不变，根据E＝
可知在d缓慢增大的时候，E是非均匀变化的，因此在周围空间产生变化的磁场，选项A正确．
【答案】 A
8．（多选）应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图3 3 10所示的表示电场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图像中（每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场），正确的是（ ）
图3 3 10
【解析】 A图中的上图磁场是恒定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图中的磁场是稳定的，所以B正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，C图是正确的；D图中的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，故D正确．
【答案】 BCD
9．如图3 3 11，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率
＝k，k为负的常量．用电阻率为ρ，横截面积为S的硬导线做成一边长为l的方框．将方框固定于纸面内，其右半部位于磁场区域中．求：
导线中感应电流的大小．
图3 3 11
【解析】 本题考查电磁感应现象．线框中产生的感应电动势
E＝ΔΦ/Δt＝
＝
l2k①
在线框产生的感应电流I＝
，②
R＝ρ
，③
联立①②③得I＝
.
【答案】
为什么灯泡摔破会很响？
普通白炽照明灯泡是依靠电流将灯丝加热到白炽温度（2500℃左右）而发光的．温度很高的灯丝在空气中很容易被氧化，所以它必须隔绝空气工作，即将灯泡内抽成真空或充入与灯丝不起化学作用的氮气等惰性气体．
一般灯泡40W以下的抽成真空.40W以上的充入氩气、氮气等惰性气体．这样可以防止钨在高温时升华．灯泡内部气体的压强很小，远小于外面的大气压强．当灯泡破裂的时候，灯泡周围的空气就会填充灯泡内部的空间而发生碰撞从而发出很大的响声．这同马德堡半球被拉开时发出很大的响声道理是一样的．
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