2025人教高中物理同步讲义练习必修三12.4能源与可持续发展（人教版2019必修第三册）（含答案）

2025人教高中物理同步讲义练习必修三12.4能源与可持续发展（人教版2019必修第三册）（含答案）第十二章电能能量守恒定律第4节能源与可持续发展课程标准学习目标知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响1.掌握能量守恒定律的内容和重要意义.2.了解什么是能源的耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性.3.了解能源的分类与应用.4.认识当前环境问题，增强环境保护和可持续发展的意识．（一）课前阅读：1.近几年流行一种“自发电电动车”，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？2．内能可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？（二）基础梳理一、能量守恒定律、能量转移或转化的方向性1．能量守恒定律能量既不会凭空，也不会凭空，它只能从一种形式为其他形式，或者从一个物体到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量．2．能量转移或转化的方向性（1）一切与热现象有关的宏观自然过程都是的．（2）能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散．（3）能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有【拓展补充】把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的现象:原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升?二、能量的分类与应用1．能源的分类(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的开发与应用近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如：发电、水力发电、发电、发电．【即学即练】判断下列说法的正误.(1)由能量守恒定律知，能量是取之不尽、用之不竭的，也不必要节约能源．()(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体．()三、能源与社会发展1．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．2．可持续发展(1)可持续发展的核心：追求发展与、的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求．(2)需要做好两方面：①要大力提倡；②发展能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的能源．【即学即练】判断下列说法的正误.(3)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．()(4)能量的耗散就是能量的总量在减少．()能量守恒定律能量守恒定律的理解与应用1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．2．能量守恒定律的适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．3．能量守恒定律的表达式(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．4．应用步骤(1)明确研究对象及研究过程；(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．【典例精析】例1．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是()A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用B．不同形式的能量之间可以相互转化C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机D．能量可以被消灭，也可以被创生例2．某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4二、能量转移或转化的方向性对“能量的耗散和品质降低”的理解(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了．(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量的耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式．(3)能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．【典例精析】例3．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是()A．热量能自发地从低温物体传到高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性例4．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正确三、能源的分类与应用能源与社会发展1．能源的分类按可否再生分为可再生能源与不可再生能源(1)不可再生能源：人们把煤炭、石油、天然气叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，被叫作不可再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等．2．能源和环境污染(1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应．温室效应使得两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，会引起人的多种疾病．另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种主要的污染物．3．能源与社会发展要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式．一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展．【典例精析】例5．某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8kW·h.为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能．那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107J/kg.发电厂的发电效率是30%.请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字)1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有其他运动中的电磁能、化学能、原子能等。(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。2．应用能量转化与守恒解题的步骤(1)首先分析研究对象的受力和做功情况，能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。3．能源的分类方式及能源特点对比分类方法分类名称特点举例按形式或转换特点分一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气、水能新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能按可否再生分可再生能源可循环使用水能、风能、生物质能、地热能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料按对环境的污染情况分清洁能源对环境基本没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)4．能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。(2)做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题。例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。一、单选题1．（2022·山西·高二统考学业考试）2021年全国青年科普创新实验大赛中风帆车项目是利用自然风吹动风帆车前进，2022年该大赛中太空车项目是利用电池驱动电动机带动太空车攀爬障碍物。关于它们的能量转化，以下说法正确的是（）A．都是将电能转化为机械能B．都是将风能转化为机械能C．风帆车将风能转化为机械能，太空车将电能转化为机械能D．风帆车将电能转化为机械能，太空车将风能转化为机械能2．（2022春·海南省直辖县级单位·高一校考期中）以下几种发电方式，属于利用机械能转化为电能的是（）A．核电站发电 B．太阳能发电C．风力发电 D．火力发电3．（2023·浙江金华·统考模拟预测）碳酸饮料具有高热量，过量饮用会影响身体健康。如图所示是一款碳酸饮料的相关信息，与图中“大卡”对应的单位是（）A．W B．J C．K D．4．（2023春·宁夏银川·高二统考学业考试）能量守恒定律是人类认识自然的最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，下列说法正确的是（）A．不同形式的能量之间可以相互转化B．能量可以被创生，也可以被消灭C．因为能量是守恒的，所以不需要节约能源D．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机5．（2023春·辽宁辽阳·高二统考期末）一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（）A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能6．（2023春·浙江衢州·高一统考期末）如图所示，为我国某地的一风力发电机，其叶片的半径为R，若风速恰好与叶片转动所在圆面垂直，风力发电机将风能转化为电能的效率为η。已知空气密度为ρ，风速为v。下列说法正确的是（）

A．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的质量为B．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的动能为C．该风力发电机的输出功率为D．若每天平均有的风能资源，则每天发电量为7．（2023春·江苏徐州·高一徐州市第一中学校考期中）2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。该项目是华东地区最大的抽水蓄能电站，主要承担整个华东电网调峰、填谷的双倍调峰功能。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能2.435×109kwh。已知峰电价格0.50元，谷电价格0.30元。下列说法正确的是（）A．水能是不可再生能源B．该电站产生的电能小于消耗的电能，从经济的角度没有实际意义C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变D．电站每年发电直接产生的经济效益约为2.435×104万元8．（2023春·浙江台州·高一浙江省临海市大田中学校考阶段练习）风能是一种洁净、无污染、可再生的能源，临海括苍山山顶上建有全国第四大风力发电场，如图所示。已知该地区的风速约为6m/s，空气密度约，已知风力发电机的风叶叶片长度为40m，且风能的30％可转化为电能，则一台发电机发电功率约为（）A． B．C． D．二、多选题9．（2023春·内蒙古包头·高一统考期末）现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式。下列做法符合节能要求的是（

）A．电脑使用完毕后关机并切断电源B．电视机长时间处于待机状态C．长时间外出需要切断热水器电源D．手机充电结束后拔掉充电器10．（2022·高二课时练习）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。某企业利用“煤粉加压气化制备合成气”新技术，让煤变成合成气（一氧化碳及氢气总含量≥90%），把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是（）A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化C．该技术实现了煤的清洁利用D．该技术实现了煤的高效利用11．（2023·全国·高三专题练习）下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（）A．所有能量守恒的过程都能自发地发生B．摩擦生热的过程是不可逆过程C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机12．（2022·高三课时练习）下列关于能量耗散的说法正确的是（）A．能量耗散使能量的总量减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用D．能量耗散导致能量品质的降低13．（2023·全国·高三专题练习）细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（）A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少14．（2023·全国·高三专题练习）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为2m2。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104J，电池板的光电转化效率为25%。以下说法不正确的是（）A．太阳能为可再生能源B．电池板的光电转化效率25%表示此过程能量不守恒C．晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能1.44×107JD．晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏60W的白炽灯正常工作20小时15．（2023·浙江温州·乐清市知临中学校考模拟预测）三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100m，水的流量约为。船只通航需要约的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。则三峡发电站（）A．最大功率约为B．年发电量约为C．天发电量能充满约辆新能源汽车D．通航一天流失的能量16．（2022春·山西·高一统考期末）2022年2月18日，我国选手谷爱凌荣获北京冬奥会女子滑雪U型槽项目的冠军。如图所示，型槽可简化成由、两个相同的四分之一圆弧与水平雪道组成，与圆弧雪道相切。质量为的谷爱凌（可视为质点）从点自由下落，由左侧点进入型槽中，从右侧点自由飞出后上升至点。其中，，圆弧半径。不计空气阻力，下列判断正确的是（）A．谷爱凌运动到点的速度为B．谷爱凌首次运动到点时，对点的压力为C．谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大D．谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置

第十二章电能能量守恒定律第4节能源与可持续发展课程标准学习目标知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响1.掌握能量守恒定律的内容和重要意义.2.了解什么是能源的耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性.3.了解能源的分类与应用.4.认识当前环境问题，增强环境保护和可持续发展的意识．（一）课前阅读：1.近几年流行一种“自发电电动车”，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？答案仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去．因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电．2．内能可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？答案虽然能量的总量没有减少，但由于能量转化的方向性，使能量从便于利用的形式转化为不便于利用的形式，导致了可利用的能源减少，因此我们仍要节约能源．（二）基础梳理一、能量守恒定律、能量转移或转化的方向性1．能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．能量转移或转化的方向性（1）一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．（2）能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散．（3）能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性【拓展补充】把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的现象:原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升?答案：不能发生二、能量的分类与应用1．能源的分类(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的开发与应用近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电．【即学即练】判断下列说法的正误.(1)由能量守恒定律知，能量是取之不尽、用之不竭的，也不必要节约能源．(×)(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体．(×)三、能源与社会发展1．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．2．可持续发展(1)可持续发展的核心：追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求．(2)需要做好两方面：①要大力提倡节能；②发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源．【即学即练】判断下列说法的正误.(3)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．(√)(4)能量的耗散就是能量的总量在减少．(×)能量守恒定律能量守恒定律的理解与应用1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．2．能量守恒定律的适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．3．能量守恒定律的表达式(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．4．应用步骤(1)明确研究对象及研究过程；(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．【典例精析】例1．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是()A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用B．不同形式的能量之间可以相互转化C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机D．能量可以被消灭，也可以被创生答案B解析能量是守恒的，但在利用能量的过程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性，是不可逆的，应节约能源，故A、C错误；自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，不同形式的能量间可以相互转化，故B正确；能量不能被创生，也不能被消灭，故D错误．例2．某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4答案C解析风能完全转化为电能，由能量守恒定律得eq\f(1,2)mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝eq\f(ρv3tS,2t)＝eq\f(1,2)ρSv3，A、B、D错误，C正确．二、能量转移或转化的方向性对“能量的耗散和品质降低”的理解(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了．(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量的耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式．(3)能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．【典例精析】例3．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是()A．热量能自发地从低温物体传到高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性答案BD解析自然界一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散．在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体，故选B、D.例4．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正确答案B解析能量虽然有耗散但总的能量是守恒的，在转化的过程中总量不会减少，故A、C错误；能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了，故B正确；自然界中的宏观过程具有方向性，能量耗散就是从能量转化的角度反映了这种方向性，故D错误．三、能源的分类与应用能源与社会发展1．能源的分类按可否再生分为可再生能源与不可再生能源(1)不可再生能源：人们把煤炭、石油、天然气叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，被叫作不可再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等．2．能源和环境污染(1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应．温室效应使得两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，会引起人的多种疾病．另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种主要的污染物．3．能源与社会发展要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式．一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展．【典例精析】例5．某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8kW·h.为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能．那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107J/kg.发电厂的发电效率是30%.请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字)答案2.1×1013J2.4×103t解析设可节省的电能为E，则E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h≈2.1×1013J，设1年内节约的标准煤的质量为m，由能量守恒定律有2.92×107J/kg×m×30%＝E，解得m≈2.4×106kg＝2.4×103t.1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有其他运动中的电磁能、化学能、原子能等。(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。2．应用能量转化与守恒解题的步骤(1)首先分析研究对象的受力和做功情况，能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。3．能源的分类方式及能源特点对比分类方法分类名称特点举例按形式或转换特点分一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能按利用技术分常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气、水能新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能按可否再生分可再生能源可循环使用水能、风能、生物质能、地热能不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料按对环境的污染情况分清洁能源对环境基本没有污染太阳能、海洋能、风能、水能污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)4．能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。(2)做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题。例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零排放”；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。一、单选题1．（2022·山西·高二统考学业考试）2021年全国青年科普创新实验大赛中风帆车项目是利用自然风吹动风帆车前进，2022年该大赛中太空车项目是利用电池驱动电动机带动太空车攀爬障碍物。关于它们的能量转化，以下说法正确的是（）A．都是将电能转化为机械能B．都是将风能转化为机械能C．风帆车将风能转化为机械能，太空车将电能转化为机械能D．风帆车将电能转化为机械能，太空车将风能转化为机械能【答案】C【解析】风帆车项目是利用自然风吹动风帆车前进，风帆车是将风能转化为机械能，太空车项目是利用电池驱动电动机带动太空车攀爬障碍物，太空车是将电能转化为机械能。故选C。2．（2022春·海南省直辖县级单位·高一校考期中）以下几种发电方式，属于利用机械能转化为电能的是（）A．核电站发电 B．太阳能发电C．风力发电 D．火力发电【答案】C【解析】A．核电站发电是利用核能最终转化为电能发电，故A错误；B．太阳能发电利用太阳能转化为电能发电，故B错误；C．风力发电是利用空气的动能转化为电能发电，即利用机械能转化为电能发电，故C正确；D．火力发电是先将燃料的化学能转化为热能，接着转化为机械能，然后转化为电能，故D错误。故选C。3．（2023·浙江金华·统考模拟预测）碳酸饮料具有高热量，过量饮用会影响身体健康。如图所示是一款碳酸饮料的相关信息，与图中“大卡”对应的单位是（）A．W B．J C．K D．【答案】B【解析】“大卡”是热量单位，热量的国际单位为焦耳一大卡等于1000卡约等于4200焦耳。故B正确，ACD错误。故选B。4．（2023春·宁夏银川·高二统考学业考试）能量守恒定律是人类认识自然的最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，下列说法正确的是（）A．不同形式的能量之间可以相互转化B．能量可以被创生，也可以被消灭C．因为能量是守恒的，所以不需要节约能源D．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机【答案】A【解析】A．不同形式的能量之间可以相互转化，总量不变。故A正确；B．能量不能被创生，也不能被消灭。故B错误；CD．虽然能量是守恒的，总量不变，但是我们可以利用的能源是有限的，故一定要节约能源防止能源危机。故CD错误。故选A。5．（2023春·辽宁辽阳·高二统考期末）一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（）A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能【答案】D【解析】压电陶瓷片能量转化前要消耗机械能（大拇指压一下打火机上的按钮），转化后得到了电能（产生10kV~20kV的高压，形成火花放电），故ABC错误，D正确。故选D。6．（2023春·浙江衢州·高一统考期末）如图所示，为我国某地的一风力发电机，其叶片的半径为R，若风速恰好与叶片转动所在圆面垂直，风力发电机将风能转化为电能的效率为η。已知空气密度为ρ，风速为v。下列说法正确的是（）

A．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的质量为B．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的动能为C．该风力发电机的输出功率为D．若每天平均有的风能资源，则每天发电量为【答案】C【解析】AB．单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的质量为单位时间内冲击发电机叶片圆面的气流的动能为故AB错误；C．该风力发电机的输出功率为故C正确；D．若每天平均有的风能资源，则每天发电量满足故D错误。故选C。7．（2023春·江苏徐州·高一徐州市第一中学校考期中）2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。该项目是华东地区最大的抽水蓄能电站，主要承担整个华东电网调峰、填谷的双倍调峰功能。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能2.435×109kwh。已知峰电价格0.50元，谷电价格0.30元。下列说法正确的是（）A．水能是不可再生能源B．该电站产生的电能小于消耗的电能，从经济的角度没有实际意义C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变D．电站每年发电直接产生的经济效益约为2.435×104万元【答案】D【解析】A．水能是可再生能源，故A错误；B．虽然该电站产生的电能小于消耗的电能，消耗4度谷电能换3度峰电，但峰电价格0.50元，谷电价格0.30元，则可知每4度谷电能换3度峰电产生的直接经济效益为元，因此从经济的角度是有意义的，故B错误；C．电站实现电能转化为势能储存，在转化的过程中，虽然能量是守恒的，但有一部分能量被耗散，不能实现百分之百的转化，而需要时再转化为电能的量减少了，利用的品质下降了，故C错误；D．电站每年可生产清洁电能则需要消耗的电能为直接产生的经济效益为故D正确。故选D。8．（2023春·浙江台州·高一浙江省临海市大田中学校考阶段练习）风能是一种洁净、无污染、可再生的能源，临海括苍山山顶上建有全国第四大风力发电场，如图所示。已知该地区的风速约为6m/s，空气密度约，已知风力发电机的风叶叶片长度为40m，且风能的30％可转化为电能，则一台发电机发电功率约为（）A． B．C． D．【答案】B【解析】在1s内经叶片的空气体积为空气质量空气的动能风能的30％可转化为电能，则有1s的电能，就是发电功率，约为。故选B。二、多选题9．（2023春·内蒙古包头·高一统考期末）现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式。下列做法符合节能要求的是（

）A．电脑使用完毕后关机并切断电源B．电视机长时间处于待机状态C．长时间外出需要切断热水器电源D．手机充电结束后拔掉充电器【答案】ACD【解析】A．电脑使用完毕后关机并切断电源符合现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式，故A正确；B．电视机长时间处于待机状态，仍会消耗电能，不节能，因此不符合现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式，故B错误；C．长时间外出需要切断热水器电源符合现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式，故C正确；D．手机充电结束后拔掉充电器符合现代社会倡导“绿色、低碳、节能”的新型生活方式，故D正确。故选ACD。10．（2022·高二课时练习）煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。某企业利用“煤粉加压气化制备合成气”新技术，让煤变成合成气（一氧化碳及氢气总含量≥90%），把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是（）A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化C．该技术实现了煤的清洁利用D．该技术实现了煤的高效利用【答案】ACD【解析】AB．煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又有化学变化，故A正确，B错误；CD．该技术使煤得以良好利用又环保，故CD正确。故选ACD。11．（2023·全国·高三专题练习）下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（）A．所有能量守恒的过程都能自发地发生B．摩擦生热的过程是不可逆过程C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机【答案】ACD【解析】A．并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，A错误，符合题意；B．根据热力学第二定律，机械能向内能转化具有方向性可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，B正确，不符合题意；C．能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，C错误，符合题意；D．能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，D错误，符合题意。故选ACD。12．（2022·高三课时练习）下列关于能量耗散的说法正确的是（）A．能量耗散使能量的总量减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用D．能量耗散导致能量品质的降低【答案】BCD【解析】ABD．能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，BD正确；C．耗散在环境中的内能无法再被人类利用，故C正确。故选BCD。13．（2023·全国·高三专题练习）细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（）A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少【答案】AD【解析】A．小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；B．小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；CD．小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确。故选AD。14．（2023·全国·高三专题练习）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为2m2。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104J，电池板的光电转化效率为25%。以下说法不正确的是（）A．太阳能为可再生能源B．电池板的光电转化效率25%表示此过程能量不守恒C．晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能1.44×107JD．晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏60W的白炽灯正常工作20小时【答案】BCD【解析】A．太阳能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故A正确，不符题意；B．电池板的光电转化效率25%只是表示太阳能有25%能转化成电能，并不代表能量不守恒，故B错误，符合题意；C．由题意可知晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能故C错误，符合题意；D．晴天时的一天，日照按8h计算，一块电池板产生的电能为能让十盏60W的白炽灯工作的时间故D错误，符合题意。本题选不正确的，故选BCD。15．（2023·浙江温州·乐清市知临中学校考模拟预测）三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100m，水的流量约为。船只通航需要约的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。则三峡发电站（）A．最大功率约为B．年发电量约为C．天发电量能充满约辆新能源汽车D．通航一天流失的能量【答案】AB【解析】A．三峡发电站的最大功率为P=ρ（Q1-Q2）gh×20%=1.0×103×（1.35×104×-3500）×10×100×20%=2×109W故A正确；B．年发电量约为故B正确；C．一天的发电量为每台新能源汽车需要的电量为不符合实际，故C错误；D．通航一天流失的能量W=ρQ2ght×20%=1.0×103×0.35×104×10×100×20%×24×3.6×106J=6×1016J故D错误。故选AB。16．（2022春·山西·高一统考期末）2022年2月18日，我国选手谷爱凌荣获北京冬奥会女子滑雪U型槽项目的冠军。如图所示，型槽可简化成由、两个相同的四分之一圆弧与水平雪道组成，与圆弧雪道相切。质量为的谷爱凌（可视为质点）从点自由下落，由左侧点进入型槽中，从右侧点自由飞出后上升至点。其中，，圆弧半径。不计空气阻力，下列判断正确的是（）A．谷爱凌运动到点的速度为B．谷爱凌首次运动到点时，对点的压力为C．谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大D．谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置【答案】AC【解析】A．谷爱凌从点自由下落到点过程，则有解得谷爱凌运动到点的速度为A正确；B．谷爱凌从点自由下落到第一次到点过程，根据动能定理可得谷爱凌经过点时，根据牛顿第二定律可得解得根据牛顿第三定律可知谷爱凌首次运动到点时，对点的压力小于，B错误；C．谷爱凌从到的过程，由于轨道存在摩擦，谷爱凌在运动过程中克服摩擦力做功，机械能越来越小，在左右圆弧轨道对称的同高度位置重力势能相同，左侧的动能大于右侧的动能，故左侧运动时需要提供较大的向心力，轨道支持力较大，比较左右圆弧轨道对称的同高度位置，左侧的运动时受到的摩擦力也较大，故从到过程中克服摩擦力做的功比从到过程中克服摩擦力做的功多，可知谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大，C正确；D．设谷爱凌第一次经过型槽过程，克服摩擦力做功为，根据动能定理可得解得谷爱凌第二次经过型槽过程，克服摩擦力做功为，由于第二次经过型槽的平均速率小于第一次经过型槽的平均速率，可知假设谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置，根据动能定理可得联立解得D错误；故选AC。

第十三章电磁感应与电磁波初步第1节磁场磁感线课程标准学习目标能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展1.知道磁场的概念，知道磁体与磁体间、磁体与电流间、电流与电流间的作用是通过磁场发生的.2.理解磁感线的概念，知道磁感线的特点.3.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向．（一）课前阅读：1.如图所示，通电导线放在蹄形磁体附近，悬挂导线的细线偏离竖直方向，说明通电导线受到力的作用，磁体对通电导线的作用力是如何产生的？2．演示实验：将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高，沿南北方向水平放置．将小磁针平行地放在直导线的上方或下方，请观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况．观察到什么现象？通过这种现象可以得出什么结论呢？3．重做上面的实验，请观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化．观察到什么现象？这说明什么？（二）基础梳理一、电和磁的联系磁场1．磁极之间的相互作用：同名磁极相互，异名磁极相互．2．奥斯特实验：把导线放置在小磁针的，通电时磁针发生了转动．3．磁场：磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，是通过发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的客观存在的【拓展补充】通电导线使小磁针偏转1820年4月，在一次讲课中，奥斯特偶然地把导线放置在一个指南针的上方，通电时磁针转动了(如上图)。这个现象虽然没有引起听众的注意，但却是奥斯特盼望已久的他连续进行了大量研究，同年7月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。为此，安培写道:“奥斯特先生···.··已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”二、磁感线1．磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静——所指方向就是该点磁场的方向．2．磁感线(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线上每一点的都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线．(2)特点①磁感线的表示磁场的强弱．磁场强的地方，磁感线；磁场弱的地方，磁感线．②磁感线上某点的表示该点磁场的方向．【即学即练】判断下列说法的正误.(1)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质．()(2)磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致．()(3)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的．()(4)通电直导线周围磁场的磁感线是以导线为圆心的圆．()三、安培定则1．直线电流的磁场安培定则：如图甲所示，用握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，所指的方向就是磁感线环绕的方向．直线电流周围的磁感线分布情况如图乙所示．2．环形电流的磁场安培定则：如图甲所示，让右手与环形电流的方向一致，——就是环形导线轴线上磁场的方向．3．通电螺线管的磁场安培定则：如图所示，用右手握住螺线管，让弯曲的四指与————一致，伸直的拇指所指的方向就是磁场的方向．【拓展补充】磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，减少了摩擦力，行走时不同于其他列车需要接触地面，只受来自空气的阻力，高速磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，中低速磁悬浮则多数在100-200公里/小时。磁场磁感线1．磁场(1)磁场的客观性：磁场与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质．存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围．(2)磁场的基本性质：对放入其中的磁极、通电导体、运动的电荷有力的作用，而且磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体间的相互作用都是通过磁场发生的．2．磁感线(1)定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致．(2)特点：①在磁体外部，磁感线从N极发出，进入S极；在磁体内部由S极回到N极．②磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向与过该点的磁感线的切线方向一致．③磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．④磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在．(3)几种特殊磁体外部的磁感线分布(如图所示)：3．地磁场及其磁感线(1)地磁场地球在地面附近空间产生的磁场，叫作地磁场，如图所示，地球实际上就是一个巨大的磁体，它也有两个磁极，分别是地磁南极和地磁北极．(2)对地磁场的理解虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大，因此，一般我们认为：①地磁的北极在地理南极附近，地磁的南极在地理北极附近，地球的地理两极和地磁两极不重合，形成了磁偏角．②地磁场在水平方向总是从地磁南极指向北极，而竖直方向则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向均与地面平行．【典例精析】例1．(多选)下列有关磁场的说法，正确的是()A．磁体周围的空间存在看不见、摸不着的磁场B．磁极间的相互作用是通过磁场发生的C．磁场是有方向的，在条形磁体的磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同D．在磁场中的某点，小磁针S极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同例2．关于磁感线的描述，下列说法中正确的是()A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都跟小磁针在该点静止时N极所指的方向一致B．磁感线总是从磁体的N极出发，到S极终止C．磁感线分布图中没有画磁感线的地方，表明该处没有磁场D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的二、安培定则用安培定则判断电流磁场的方向安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部磁场为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部磁场类似条形磁体的磁场，方向由N极指向S极【典例精析】例3．如图所示，a、b是直线电流的磁场截面图，c、d是环形电流的磁场截面图，e、f是螺线管电流的磁场的截面图．试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．例4．(多选)(2021·南宁市期末)如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端．当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端．下列判断正确的是()A．F为蓄电池正极B．螺线管P端为S极C．流过电阻R的电流方向向下D．管内磁场方向由Q指向P三、安培分子电流假说1.法国学者安培提出：在物质内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．(如图所示)2．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性．【典例精析】例5．安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了“分子电流”假说．他认为，在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的，如图所示)，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是()1．常见永磁体的磁感线分布2．磁感线的特点(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。(3)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。(4)磁体外部磁感线从N极指向S极，磁体内部磁感线从S极指向N极。(5)磁感线闭合而不相交、不相切，也不中断。3．电场和磁场的比较电场磁场不同点产生电荷周围磁体、电流、运动电荷周围基本性质对放入其中的电荷有静电力的作用对放入其中的磁体、电流有力的作用作用特点对放入其中的磁体不产生力的作用对放入其中的静止电荷无力的作用相同点都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质，和实物一样具有质量和能量等物质的基本属性三种常见电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部磁场比外部强，内部磁场方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，方向由N极指向S极一、单选题1．在宇宙环境中，地磁场保护着地球，地质记录表明，自地球在46亿年前形成以来，已经有过数百次地磁反转，也就是说，地球的磁场在“反极性”（地磁场方向与现在的方向相反）和“正极性”（地磁场方向与现在的方向相同）之间不断变换。物理学家的研究认为，地球的磁极反转在未来仍可能会发生。下列关于地磁反转期间的说法正确的是（）A．对依靠磁场进行导航的物种不会有影响B．若地磁场处于最弱的状态时，就不会对地球生物的生存有影响C．太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病D．地球磁场的反转可能是瞬间发生，而不是一个缓慢、渐进的过程2．如图所示，为电磁铁，C为胶木秤盘，和C（包括支架）的总重量，为铁片，质量为，整个装置用轻绳悬于点，当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力（）A． B．C． D．3．关于电流周围的磁感线分布情况，图中正确的是()A． B．C． D．4．如图所示的磁场中,稳定时小磁针位置正确的是()A． B．C． D．5．磁场中某区域的磁感线如图所示，下列论述正确的是()A．a、b两处的磁场强弱不同，a处磁场强B．a、b两点在同一条磁感线上，所以两点磁场方向相同C．磁感线上某点的切线方向就是该点磁场的方向D．两条磁感线的空隙处不存在磁场6．当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是（）A． B．C． D．7．图中能正确表示通电导线周围磁场或条形磁铁周围磁场的是（）A． B．C． D．8．两根彼此绝缘且紧贴在一起的直导线分别通有方向如图所示的电流，在其角平分线M上的点P处放一个小磁针，小磁针静止时N极垂直于纸面向外。下列关于I1、I2大小的判断正确的是（

）A．I1>I2 B．I1=I2 C．I1<I2 D．无法判断二、多选题9．如图所示，可自由转动的小磁针上方有一根长直导线，开始时两者在纸面内平行放置。当导线中通过如图所示的电流I时，发现小磁针的N极向里，S极向外，停留在与纸面垂直的位置上，这一现象说明（）A．小磁针感知到了电流的磁场B．小磁针处的磁场方向垂直纸面向外C．小磁针处的磁场方向垂直纸面向里D．把小磁针移走，该处就没有磁场了10．电流的磁效应揭示了电与磁的关系。下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系，其中磁感线分布正确的是（）A． B．C． D．11．如图所示，以O点为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f，两根直导线垂直纸面放在a、d两点。现给导线通有大小相等、方向垂直纸面向里的电流，下列说法正确的是（）A．O处磁感应强度最大 B．a、d两处磁场方向相同C．a、d两处磁场方向相反 D．b、c、e、f四点的磁感应强度大小相等12．如图所示，纸面上a、b、c三点构成一个等边三角形，a、b、d三点构成一个等腰直角三角形，两根长直导线垂直纸面分别放置在a、b两点处，通以图示方向的大小相等的电流，整个装置处在一匀强磁场当中，c点处磁感应强度为零。已知通电长直导线在周围某点产生的磁感应强度的大小满足（式中I为电流强度，r为该点到导线的距离，k为常量且大于零），a、b间的距离为L，导线中电流强度大小为。下列说法正确的是（）A．匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直ab向右B．匀强磁场的磁感应强度大小为，方向平行于ab向上C．点的磁感应强度大小为，方向平行于ab向上D．点的磁感应强度大小为，方向垂直ab向右13．如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方．若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针N极向纸面内偏转，则带电粒子可能是（）A．向右飞行的正离子束 B．向左飞行的正离子束C．向右飞行的负离子束 D．向左飞行的负离子束14．如图所示，放在通电螺线管内部中间的小磁针，静止时小磁针的N极指向右侧（螺线管的c端），则下列判断正确的是（）A．c为通电螺线管的S极，d为通电螺线管的N极B．d为通电螺线管的S极，c为通电螺线管的N极C．a为电源的正极、b为电源的负极D．a为电源的负极、b为电源的正极

第十三章电磁感应与电磁波初步第1节磁场磁感线课程标准学习目标能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展1.知道磁场的概念，知道磁体与磁体间、磁体与电流间、电流与电流间的作用是通过磁场发生的.2.理解磁感线的概念，知道磁感线的特点.3.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向．（一）课前阅读：1.如图所示，通电导线放在蹄形磁体附近，悬挂导线的细线偏离竖直方向，说明通电导线受到力的作用，磁体对通电导线的作用力是如何产生的？答案磁体在周围产生了磁场，磁场对通电导线产生了作用力．2．演示实验：将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高，沿南北方向水平放置．将小磁针平行地放在直导线的上方或下方，请观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况．观察到什么现象？通过这种现象可以得出什么结论呢？答案观察到通电时小磁针发生偏转，断电时小磁针又回到原来的位置．通电后导线上方或下方的小磁针发生偏转，说明通电后导线周围的空间对小磁针产生力的作用，由此我们可以得出：通电导线和磁体一样，周围存在着磁场．3．重做上面的实验，请观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化．观察到什么现象？这说明什么？答案观察到电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向发生改变，说明电流的磁场方向也发生变化．（二）基础梳理一、电和磁的联系磁场1．磁极之间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．2．奥斯特实验：把导线放置在小磁针的上方，通电时磁针发生了转动．磁效应电与磁3．磁场：磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的客观存在的物质【拓展补充】通电导线使小磁针偏转1820年4月，在一次讲课中，奥斯特偶然地把导线放置在一个指南针的上方，通电时磁针转动了(如上图)。这个现象虽然没有引起听众的注意，但却是奥斯特盼望已久的他连续进行了大量研究，同年7月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。为此，安培写道:“奥斯特先生···.··已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”二、磁感线1．磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指方向就是该点磁场的方向．2．磁感线(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线．(2)特点①磁感线的疏密表示磁场的强弱．磁场强的地方，磁感线较密；磁场弱的地方，磁感线较疏．②磁感线上某点的切线方向表示该点磁场的方向．【即学即练】判断下列说法的正误.(1)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质．(√)(2)磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致．(√)(3)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的．(×)(4)通电直导线周围磁场的磁感线是以导线为圆心的圆．(√)三、安培定则1．直线电流的磁场安培定则：如图甲所示，用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向．直线电流周围的磁感线分布情况如图乙所示．2．环形电流的磁场安培定则：如图甲所示，让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向．3．通电螺线管的磁场安培定则：如图所示，用右手握住螺线管，让弯曲的四指与螺线管电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向．【拓展补充】磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，减少了摩擦力，行走时不同于其他列车需要接触地面，只受来自空气的阻力，高速磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，中低速磁悬浮则多数在100-200公里/小时。磁场磁感线1．磁场(1)磁场的客观性：磁场与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质．存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围．(2)磁场的基本性质：对放入其中的磁极、通电导体、运动的电荷有力的作用，而且磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体间的相互作用都是通过磁场发生的．2．磁感线(1)定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致．(2)特点：①在磁体外部，磁感线从N极发出，进入S极；在磁体内部由S极回到N极．②磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向与过该点的磁感线的切线方向一致．③磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．④磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在．(3)几种特殊磁体外部的磁感线分布(如图所示)：3．地磁场及其磁感线(1)地磁场地球在地面附近空间产生的磁场，叫作地磁场，如图所示，地球实际上就是一个巨大的磁体，它也有两个磁极，分别是地磁南极和地磁北极．(2)对地磁场的理解虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大，因此，一般我们认为：①地磁的北极在地理南极附近，地磁的南极在地理北极附近，地球的地理两极和地磁两极不重合，形成了磁偏角．②地磁场在水平方向总是从地磁南极指向北极，而竖直方向则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向均与地面平行．【典例精析】例1．(多选)下列有关磁场的说法，正确的是()A．磁体周围的空间存在看不见、摸不着的磁场B．磁极间的相互作用是通过磁场发生的C．磁场是有方向的，在条形磁体的磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同D．在磁场中的某点，小磁针S极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同答案ABC解析磁场虽然看不见、摸不着，但它是一种客观存在的特殊物质，它的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用；磁极间的相互作用就是通过磁场发生的；磁场具有方向性，在磁场中的某点，小磁针N极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致，小磁针S极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相反，在条形磁体的磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同，故A、B、C正确，D错误．例2．关于磁感线的描述，下列说法中正确的是()A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都跟小磁针在该点静止时N极所指的方向一致B．磁感线总是从磁体的N极出发，到S极终止C．磁感线分布图中没有画磁感线的地方，表明该处没有磁场D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的答案A解析磁感线的切线方向表示磁场方向，磁感线上每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时，N极所指的方向一致，A正确；对于磁体的磁感线，在外部由N极指向S极，在内部由S极指向N极，B项错误；磁感线分布图中没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场存在，因为我们不能将整个区域都画满线条，通过磁场中的任意一点总能而且只能画出一条磁感线，我们常常选择画出需要的条数，C项错误；磁感线的形状可以用细铁屑来模拟，但磁感线是一种假想曲线，实际上是不存在的，D项错误．二、安培定则用安培定则判断电流磁场的方向安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部磁场为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部磁场类似条形磁体的磁场，方向由N极指向S极【典例精析】例3．如图所示，a、b是直线电流的磁场截面图，c、d是环形电流的磁场截面图，e、f是螺线管电流的磁场的截面图．试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．答案见解析解析根据安培定则，可以确定题图a中电流方向垂直纸面向里，题图b中电流方向从下向上，题图c中电流方向沿逆时针方向，题图d中磁感线方向从上向下，题图e中磁感线方向向左，题图f中磁感线方向向右．例4．(多选)(2021·南宁市期末)如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端．当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端．下列判断正确的是()A．F为蓄电池正极B．螺线管P端为S极C．流过电阻R的电流方向向下D．管内磁场方向由Q指向P答案AD解析闭合开关后，小磁针N极偏向螺线管Q端，说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管的P端为N极，Q端为S极，螺旋管内部的磁感应强度方向由Q指向P，由安培定则可知，电流从右端流出、左端流入，因此，电源的F为正极，E为负极，流过电阻R的电流方向向上，故B、C错误，A、D正确．三、安培分子电流假说1.法国学者安培提出：在物质内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．(如图所示)2．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性．【典例精析】例5．安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了“分子电流”假说．他认为，在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的，如图所示)，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极．下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是()答案B解析绕核运动的电子带负电，则环形电流方向与其运动方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，故选B.1．常见永磁体的磁感线分布2．磁感线的特点(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。(3)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。(4)磁体外部磁感线从N极指向S极，磁体内部磁感线从S极指向N极。(5)磁感线闭合而不相交、不相切，也不中断。3．电场和磁场的比较电场磁场不同点产生电荷周围磁体、电流、运动电荷周围基本性质对放入其中的电荷有静电力的作用对放入其中的磁体、电流有力的作用作用特点对放入其中的磁体不产生力的作用对放入其中的静止电荷无力的作用相同点都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质，和实物一样具有质量和能量等物质的基本属性三种常见电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部磁场比外部强，内部磁场方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，方向由N极指向S极一、单选题1．在宇宙环境中，地磁场保护着地球，地质记录表明，自地球在46亿年前形成以来，已经有过数百次地磁反转，也就是说，地球的磁场在“反极性”（地磁场方向与现在的方向相反）和“正极性”（地磁场方向与现在的方向相同）之间不断变换。物理学家的研究认为，地球的磁极反转在未来仍可能会发生。下列关于地磁反转期间的说法正确的是（）A．对依靠磁场进行导航的物种不会有影响B．若地磁场处于最弱的状态时，就不会对地球生物的生存有影响C．太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病D．地球磁场的反转可能是瞬间发生，而不是一个缓慢、渐进的过程【答案】C【解析】A．地磁反转期间，对依靠磁场进行导航的物种会有影响，A错误；B．地磁场能使太阳辐射的高能带电粒子发生偏转，对地球的生物有一定的变化作