28、电能从哪里来(原卷版+解析)

二十八、电能从哪里来知识导航知识导航考点一：磁生电1.电磁感应：闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象，产生的感应电流方向与磁场方向、导体切割磁感线的运动方向有关。2.发电机：发电机是利用电磁感应原理制成的，工作时将机械能转化为电能。动圈式话筒(麦克风)是通过电磁感应现象将声音变成电流。3.交流电：周期性改变方向和大小的电流，电流1秒钟内周期性变化的次数叫做频率，我国交流电的频率是50Hz，周期是0.02s，电流方向每秒改变100次。4.电动机与发电机的比较直流电动机交流发电机原理利用通电线圈在磁场中受到力的作用的原理制成的利用电磁感应原理制成的原理图主要构造直流电动机主要由磁体、线圈、换向器、电刷构成交流发电机主要由转子和定子以及滑环、电刷构成能量的转化将电能转化为机械能将转化为电能机械能在电路中的作用用电器电源电磁应用上电生磁现象的应用磁生电现象的应用5.电磁现象的综合比较项目电生磁磁生电磁场对电流的作用实物图产生的结果产生磁产生感应电流受力的作用(运动或转动)判断方法安培定则右手定则左手定则影响因素磁场方向与电流方向有关电流方向与磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关受力方向与磁场方向和电流方向有关导体中电流由电源通电提供因感应而生由电源通电提供能的转化电能→磁能机械能→电能电能→机械能应用电磁铁、电磁继电器发电机、话筒电动机6.拓展：①电生磁：无条件，只要有电流，在其周围就存在磁场；②磁生电：有条件，有外力的参与且做切割磁感线运动；③磁场对电流的作用：有条件，电流必须在磁场中且电流方向与磁场方向不平行；④机械能和电能的相互转化离不开磁场这个媒介物，即都是在磁场中完成的.例题演练例题演练一．选择题（共8小题）1．在日常生活或自然现象中，蕴含很多物理知识，下列说法正确的是（）A．饺子煮熟后浮于水面，此时其受到的浮力大于重力 B．日食和月食现象是因为光的折射现象形成的 C．给手机电池充电的过程中，电能主要转化为化学能 D．足球在草地上减速滚动的过程中其惯性变小2．如图所示，小芳自制水果电池的正极是铜片，负极是铝片，下列说法正确的是（）A．电路中电流方向是从铜片经发光二极管流向铝片 B．电路中电流方向与电子定向移动方向一致 C．水果的作用是给电路提供自由电子 D．水果中发生的能量转化是电能转化为化学能3．2021年淮安马拉松比赛中采用感应芯片计时，芯片里的线圈一旦有电流通过，就会激发芯片发送编码信息，系统实时获取计时信息。正确佩带芯片的参赛者，通过起点和终点设置的有磁场地带，就会计时。与此工作原理相同的器件是（）A．电风扇 B．门吸 C．手摇发电电筒 D．电铃4．如图所示是某款智能手表，可续航两周，其内置线圈，当它贴近充电底座附近时，手表实现无线充电。以下图片与手表充电过程工作原理相同的（）A． B． C． D．5．现代社会我们每天都在和各种各样的“卡片”打交道，饭卡、信用卡、借记卡、打折卡、购物卡等等，我们发现它们的后面都有一块黑色的长方块，这一部分就是记录用户个人信息的区域，它利用磁性原理记录信息，当磁卡在电磁感应线圈附近刷过时，会在线圈内产生感应电流，再通过计算机转变成我们需要的信息，下列与磁卡刷卡时工作原理相同的是（）A． B． C． D．6．下列四幅图的说法正确的是（）A．说明磁场能产生电流 B．电磁感应现象的实验装置 C．发电机原理 D．应用了磁场对电流的作用7．如图所示是一款科学实验玩具，右侧的风车连接的元件接通电源，左侧风车连接的元件连接灯泡。当右侧元件通电后，右侧风车旋转吹动左侧风车转动带动元件使灯泡发光，关于玩具下列说法正确的是（）A．右侧风车连接的元件是发电机 B．右侧风车连接元件的工作原理是电流的磁效应 C．左侧风车连接的元件工作时把电能转化为机械能 D．左侧风车连接的元件的工作原理是电磁感应8．如图所示是研究产生感应电流的实验，下列说法正确的是（）A．电磁感应是把电能转化为机械能 B．只对调两个磁极，电流表的指针偏转方向发生改变 C．只要导体ab在磁场中运动，电流表的指针就会发生偏转 D．只改变导体ab切割磁感线的方向，电流表的指针偏转方向不发生改变二．填空题（共4小题）9．我国电厂利用发电机发出的电是电（选填“直流”或“交流”），它的频率是Hz，家庭电路的电压为V。10．干电池的作用是把能转化为能。干电池外部的锌筒是极。11．额定功率为1.2千瓦的取暖器连续正常工作2小时，消耗的电能为度。远距离输电过程中为减少输电线上电能的损耗，采用输电（选填“高压”或“低压”）。滑动变阻器通过改变接入电路中的电阻丝的改变电阻的大小（选填“长度”“横截面积”或“材料”）。12．学习电流的磁场后，甲乙两同学继续探究磁能否生电，他们利用如图（a）所示的装置进行实验：将金属棒P悬挂于蹄形磁铁的磁场中，并用导线将金属棒P与灵敏电流计、开关串联连接。闭合开关，当金属棒P静止时的实验现象如图（b）所示；当金属棒P以不同方式运动时的实验现象分别如图（c）、图（d）所示。（1）甲同学根据图（b）、图（c）中的实验现象，认为：当闭合电路中的一部分导体在磁场中运动时，会产生电流。乙同学不同意甲的结论，他判断的依据是。（2）他俩改用塑料棒代替金属棒进行实验，你认为能不能产生电流？请判断并说明理由。。三．实验探究题（共3小题）13．小明在探究“怎样产生感应电流”的实验中，用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路。请你参与探究并回答下列问题：（1）悬挂金属棒静置于U形磁铁的磁场中，此时两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向（选填：“上”或“下”）。（2）灵敏电流计的作用是用来检测的；若闭合开关后并未发现电流计指针偏转，经检查器材均完好，各器材间连接无误，那么接下来你认为最应该关注的器材是。（3）小明认为是原来磁铁的磁性太弱所致，他提出更换磁性更强的磁铁，就在他移动原磁铁时，你发现电流计的指针出现了晃动，你认为接下来最应该做什么来找到让电流计指针偏转的原因。（仅写出最应该进行的一步操作）（4）就根据上述探究过程，小明就说：“我们找到产生感应电流的秘密了!”此时你对小明的“成果发布”作何评价？。（5）此实验获得感应电流的过程，实际就是将转化为电能的过程。14．在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，小芳发现每次灵敏电流计指针摆动的角度不同，对此提出了“感应电流的大小与哪些因素有关”的问题。（1）小芳猜想感应电流的大小可能与导体切割磁感线的运动速度有关，速度越大，能越大，转化成的电能就越多。你的猜想是：可能还与有关。（2）小芳为了验证自己的猜想，利用如图﹣3﹣17所示的装置进行实验，足够大的磁体放在水平桌面上，驱动装置通过两根绝缘硬棒ab、cd使导体PQ沿直线水平向右运动（导体运动区域的磁场强弱相同）。同一次实验，应使导体做（选填“匀速”或“变速”）运动。下表是实验测得的数据，分析数据可得出结论：实验次数123456速度/（cm•s﹣1）123456电流/mA2.04.05.98.110.211.8（3）此实验运用的研究方法是（填一种）。（4）实验时发现，无论怎样水平移动导体PQ，灵敏电流计的指针都没有明显偏转（仪器、接触都完好），请写出一条改进措施：。15．如图所示是“探究感应电流产生的条件”实验装置。（1）实验中，AB棒的材料可能是（填“塑料”或“铝”）。（2）我们可以通过灵敏电流计指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流产生；还可以通过指针偏转的方向判断。（3）闭合开关，实验探究过程记录如表所示：次数AB棒在磁场中的运动情况是否有感应电流1静止无2沿磁场方向运动（不切割磁感线运动）无3切割磁感线运动有根据实验现象，初步得出电路中产生感应电流的条件是：闭合电路的一部分导体在磁场中做运动，在该运动过程中，主要将机械能转化为能。（4）保持AB棒运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，重复上述实验，是为了探究感应电流方向与的关系。（5）若将此装置中灵敏电流计换成，可进一步探究电动机的工作原理。二十八、电能从哪里来知识导航知识导航考点一：磁生电1.电磁感应：闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象，产生的感应电流方向与磁场方向、导体切割磁感线的运动方向有关。2.发电机：发电机是利用电磁感应原理制成的，工作时将机械能转化为电能。动圈式话筒(麦克风)是通过电磁感应现象将声音变成电流。3.交流电：周期性改变方向和大小的电流，电流1秒钟内周期性变化的次数叫做频率，我国交流电的频率是50Hz，周期是0.02s，电流方向每秒改变100次。4.电动机与发电机的比较直流电动机交流发电机原理利用通电线圈在磁场中受到力的作用的原理制成的利用电磁感应原理制成的原理图主要构造直流电动机主要由磁体、线圈、换向器、电刷构成交流发电机主要由转子和定子以及滑环、电刷构成能量的转化将电能转化为机械能将转化为电能机械能在电路中的作用用电器电源电磁应用上电生磁现象的应用磁生电现象的应用5.电磁现象的综合比较项目电生磁磁生电磁场对电流的作用实物图产生的结果产生磁产生感应电流受力的作用(运动或转动)判断方法安培定则右手定则左手定则影响因素磁场方向与电流方向有关电流方向与磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关受力方向与磁场方向和电流方向有关导体中电流由电源通电提供因感应而生由电源通电提供能的转化电能→磁能机械能→电能电能→机械能应用电磁铁、电磁继电器发电机、话筒电动机6.拓展：①电生磁：无条件，只要有电流，在其周围就存在磁场；②磁生电：有条件，有外力的参与且做切割磁感线运动；③磁场对电流的作用：有条件，电流必须在磁场中且电流方向与磁场方向不平行；④机械能和电能的相互转化离不开磁场这个媒介物，即都是在磁场中完成的.例题演练例题演练一．选择题（共8小题）1．在日常生活或自然现象中，蕴含很多物理知识，下列说法正确的是（）A．饺子煮熟后浮于水面，此时其受到的浮力大于重力 B．日食和月食现象是因为光的折射现象形成的 C．给手机电池充电的过程中，电能主要转化为化学能 D．足球在草地上减速滚动的过程中其惯性变小【解答】解：A、饺子在水里漂浮，受到的浮力等于其受到的重力。故A错误；B、发生日食和月食时，太阳、月球、地球三者都在同一直线上，都可以用光沿直线传播来解释，不同的是发生日食时月球在中间；发生月食时地球在中间。故B错误；C、手机充电的过程中，消耗了电能，将电能主要转化为化学能。故C正确；D、惯性大小只跟物体的质量有关，足球在草地上滚动的过程中质量不变，所以惯性大小不会改变。故D错误。故选：C。2．如图所示，小芳自制水果电池的正极是铜片，负极是铝片，下列说法正确的是（）A．电路中电流方向是从铜片经发光二极管流向铝片 B．电路中电流方向与电子定向移动方向一致 C．水果的作用是给电路提供自由电子 D．水果中发生的能量转化是电能转化为化学能【解答】解：A、由题意可知，水果电池的正极是铜片，负极是铝片，所以电路中电流方向是从铜片经发光二极管流向铝片，故A正确；B、我们规定，正电荷定向移动的方向为电流的方向，因此，电路中电流方向与电子定向移动方向相反，故B错误；C、水果的作用是给电路提供电压，而不是提供自由电子，故C错误；D、水果中发生的能量转化是化学能转化为电能，故D错误。故选：A。3．2021年淮安马拉松比赛中采用感应芯片计时，芯片里的线圈一旦有电流通过，就会激发芯片发送编码信息，系统实时获取计时信息。正确佩带芯片的参赛者，通过起点和终点设置的有磁场地带，就会计时。与此工作原理相同的器件是（）A．电风扇 B．门吸 C．手摇发电电筒 D．电铃【解答】解：采用感应芯片计时，参赛者须按要求正确佩带计时芯片，当参赛者通过起点、终点设置的磁感应带时，芯片里的线圈切割磁感线运动，因此线圈中就会产生感应电流，从而激发芯片发送编码信息，系统实时获取计时信息；A、电风扇利用的是通电线圈在磁场中受力转动的原理；故A错误，B、门吸利用的是磁极间的相互作用规律；故B错误，C、手摇发电电筒的工作原理是电磁感应；故C正确，D、电铃利用的是电流的磁效应，故D错误，故选：C。4．如图所示是某款智能手表，可续航两周，其内置线圈，当它贴近充电底座附近时，手表实现无线充电。以下图片与手表充电过程工作原理相同的（）A． B． C． D．【解答】解：从题意中知道，手表中的线圈，能将底座产生的变化的磁场转化为电流给手机电池充电，是利用电磁感应原理工作的；A、该图是奥斯特实验，奥斯特实验说明电流的周围存在磁场，即电流的磁效应，故A不符合题意；B、通电螺线管的周围存在磁场，是电流的磁效应，故B不符合题意；C、该图是电动机的原理，电动机是利用通电线圈在磁场中受力运动的原理工作的，故C不符合题意；D、该图是发电机的原理图，发电机是利用闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动能够产生感应电流，是电磁感应现象，故D符合题意。故选：D。5．现代社会我们每天都在和各种各样的“卡片”打交道，饭卡、信用卡、借记卡、打折卡、购物卡等等，我们发现它们的后面都有一块黑色的长方块，这一部分就是记录用户个人信息的区域，它利用磁性原理记录信息，当磁卡在电磁感应线圈附近刷过时，会在线圈内产生感应电流，再通过计算机转变成我们需要的信息，下列与磁卡刷卡时工作原理相同的是（）A． B． C． D．【解答】解：刷卡机检测头利用的是电磁感应原理，闭合电路的一部分导体在磁场中进行切割磁感线运动时，导体中有感应电流产生，这种现象是电磁感应现象；A、如图电路中没有电源，当闭合开关，闭合电路的一部分导体在磁场中进行切割磁感线运动时，导体中有感应电流产生，这是电磁感应，故A正确；B、如图电路中有电源，是通电导体在磁场中受力运动，故B错误C、如图是奥斯特实验，即反映电流周围存在着磁场，故C错误；D、如图是电磁铁的实验。探究电磁铁磁性的大小与电磁铁匝数的关系，故D错误。故选：A。6．下列四幅图的说法正确的是（）A．说明磁场能产生电流 B．电磁感应现象的实验装置 C．发电机原理 D．应用了磁场对电流的作用【解答】解：A、如图是奥斯特实验，奥斯特实验表明电流周围存在磁场，故A错误。B、如图，电路中有电源有磁场，是通电导体在磁场中受力而运动，故B错误。C、如图，电路中只有磁场没有电源，是电磁感应原理，根据电磁感应原理制成发电机，故C正确。D、如图，话筒是根据电磁感应原理工作的，故D错误。故选：C。7．如图所示是一款科学实验玩具，右侧的风车连接的元件接通电源，左侧风车连接的元件连接灯泡。当右侧元件通电后，右侧风车旋转吹动左侧风车转动带动元件使灯泡发光，关于玩具下列说法正确的是（）A．右侧风车连接的元件是发电机 B．右侧风车连接元件的工作原理是电流的磁效应 C．左侧风车连接的元件工作时把电能转化为机械能 D．左侧风车连接的元件的工作原理是电磁感应【解答】解：AB、当右侧元件通电后，右侧风车旋转，此时右侧元件通电后在磁场中受力运动，与电动机的原理相同，故AB错误；CD、左侧风车转动带动元件使灯泡发光，这说明电路中产生的感应电流，这是电磁感应现象，此过程中是机械能转化为电能，故C错误，D正确。故选：D。8．如图所示是研究产生感应电流的实验，下列说法正确的是（）A．电磁感应是把电能转化为机械能 B．只对调两个磁极，电流表的指针偏转方向发生改变 C．只要导体ab在磁场中运动，电流表的指针就会发生偏转 D．只改变导体ab切割磁感线的方向，电流表的指针偏转方向不发生改变【解答】解：A、电磁感应是把机械能转化为电能，故A错误。B、只对调两个磁极，改变了磁场方向，切割磁感线方向不变，感应电流方向改变，电流表指针偏转方向发生改变，故B正确。C、闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中有感应电流产生，三个条件缺一不可，故C错误。D、感应电流方向跟导体切割磁感线的方向和磁场方向有关，只改变导体ab切割磁感线的方向，感应电流方向变化，电流表的指针偏转方向发生改变，故D错误。故选：B。二．填空题（共4小题）9．我国电厂利用发电机发出的电是交流电（选填“直流”或“交流”），它的频率是50Hz，家庭电路的电压为220V。【解答】解：我国日常照明用电是交流电，频率50Hz，家庭用电的电压为220V。故答案为：交流电；50；220。10．干电池的作用是把化学能转化为电能。干电池外部的锌筒是负极。【解答】解：干电池的工作原理是电池内部发生化学变化并把化学能转化为电能；干电池的锌筒是它的负极，碳棒是它的正极。故答案为：化学；电；负。11．额定功率为1.2千瓦的取暖器连续正常工作2小时，消耗的电能为2.4度。远距离输电过程中为减少输电线上电能的损耗，采用高压输电（选填“高压”或“低压”）。滑动变阻器通过改变接入电路中的电阻丝的长度改变电阻的大小（选填“长度”“横截面积”或“材料”）。【解答】解：（1）根据P＝可知，额定功率为1.2千瓦的取暖器连续正常工作消耗电能：W＝Pt＝1.2kW×2h＝2.4kW•h＝2.4度；（2）根据P＝UI可知，在输电功率一定时，电压越高，电流越小；输电线的电阻一定，由Q＝I2Rt可知，在通电时间一定时，电流越小，产生的电热越少，输送过程中能量损失越小，所以从发电站到用电区采用高压输电；（3）根据滑动变阻器的原理可知，滑动变阻器是通过改变电阻丝接入电路的长度来改变电阻的。故答案为：2.4；高压；长度。12．学习电流的磁场后，甲乙两同学继续探究磁能否生电，他们利用如图（a）所示的装置进行实验：将金属棒P悬挂于蹄形磁铁的磁场中，并用导线将金属棒P与灵敏电流计、开关串联连接。闭合开关，当金属棒P静止时的实验现象如图（b）所示；当金属棒P以不同方式运动时的实验现象分别如图（c）、图（d）所示。（1）甲同学根据图（b）、图（c）中的实验现象，认为：当闭合电路中的一部分导体在磁场中运动时，会产生电流。乙同学不同意甲的结论，他判断的依据是图（d）中的导体在磁场中沿平行于磁场方向运动时，不会产生电流。（2）他俩改用塑料棒代替金属棒进行实验，你认为能不能产生电流？请判断并说明理由。不能；塑料棒是绝缘体，不会产生电流。。【解答】解：（1）根据图（b）、图（d）中的实验现象可知，当闭合电路中的一部分导体在磁场中沿平行于磁场方向运动时，不会产生电流。（2）磁生电需要导体，塑料棒是绝缘体，所以也不会产生电流。故答案为：（1）图（d）中的导体在磁场中沿平行于磁场方向运动时，不会产生电流；（2）不能；塑料棒是绝缘体，不会产生电流。三．实验探究题（共3小题）13．小明在探究“怎样产生感应电流”的实验中，用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路。请你参与探究并回答下列问题：（1）悬挂金属棒静置于U形磁铁的磁场中，此时两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向下（选填：“上”或“下”）。（2）灵敏电流计的作用是用来检测感应电流的；若闭合开关后并未发现电流计指针偏转，经检查器材均完好，各器材间连接无误，那么接下来你认为最应该关注的器材是金属棒。（3）小明认为是原来磁铁的磁性太弱所致，他提出更换磁性更强的磁铁，就在他移动原磁铁时，你发现电流计的指针出现了晃动，你认为接下来最应该做什么来找到让电流计指针偏转的原因让金属棒向不同的方向运动。（仅写出最应该进行的一步操作）（4）就根据上述探究过程，小明就说：“我们找到产生感应电流的秘密了!”此时你对小明的“成果发布”作何评价？不合理的，因为只做了一次实验，得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，应该用不同种类的金属棒，还要使金属棒朝各个方向运动。（5）此实验获得感应电流的过程，实际就是将机械能转化为电能的过程。【解答】解：（1）在磁体外部磁场方向总是从N极出发指向S极，如图所示此时两极正对区域磁感线的箭头方向是竖直向下；（2）灵敏电流计是测量电流的仪表，所以在此实验中是用来检测感应电流的；闭合开关，电流表指针未偏转，说明没有感应电流产生。此时金属棒是静止的，所以接下来最应该关注的是金属棒，观察金属棒运动后会不会有电流的产生；（3）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，移动原磁铁时，发现电流计的指针出现了晃动，产生了感应电流，所以下一步我们应使让金属棒向不同的方向运动，观察电流表指针的偏转情况；（4）在整个的实验中，只进行了一次实验就得出结论是不合理的，因为只做了一次实验，得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，应该用不同种类的金属棒，还要使金属棒朝各个方向运动；（5）获得感应电流的过程中，消耗了机械能，转化为了电能。故答案为：（1）下；（2）感应电流；金属棒；（3）让金属棒向不同的方向运动；（4）不合理的，因为只做了一次实验，得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，应该用不同种类的金属棒，还要使金属棒朝各个方向运动；（5）机械能。14．在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，小芳发现每次灵敏电流计指针摆动的角度不同，对此提出了“感应电流的大小与哪些因素有关”的问题。（1）小芳猜想感应电流的大小可能与导体切割磁感线的运动速度有关，速度越大，动能越大，转化成的电能就越多。你的猜想是：可能还与磁场的强度有关。（2）小芳为了验证自己的猜想，利用如图﹣3﹣17所示的装置进行实验，足够大的磁体放在水平桌面上，驱动装置通过两根绝缘硬棒ab、cd使导体PQ沿直线水平向右运动（导体运动区域的磁场强弱相同）。同一次实验，应使导体做匀速（选填“匀速”或“变速”）运动。下表是实验测得的数据，分析数据可得出结论：感应电流的大小与导体切割磁感线的速度有关，其他条件相同，速度越大，感应电流越大实验次数123456速度/（cm•s﹣1）123456电流/mA2.04.05.98.110.211.8（3）此实验运用的研究方法是控制变量法（填一种）。（4）实验时发现，无论怎样水平移动导体PQ，灵敏电流计的指针都没有明显偏转（仪器、接触都完好），请写出一条改进措施：换用磁性更强的磁体。【解答】解：（1）导体的质量不变，导体的速度越大，动能越大，转化成电能就越多；要产生感应电流，还存在磁场这个因素，所以感应电流的大小还可能与磁场的强弱有关；（2）为了验证感应电流与速度之间的关系，应保持导体运动区域的磁场强弱相同，改变