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背记手册
第十五章 电功和电热
一、电能表与电功
【思维导图】
【知识归纳】
1.电能表
作用 电能表示是用来测量电路中消耗电能多少的仪表
铭牌
如图所示,是电子式电能表.“220V”表示这个电能
表应该在额定电压为220V的电路中使用;“10(20)A”
表示该表基本电流是10A,长期正常运行的最大电流
值是20A;“50Hz”表示该表在50Hz的交流电路中使
用;“600imp/(kW·h)”是电能表常数,表示接在这个
电能表上的用电器,每消耗1kW·h的电能,电能表上的指示灯闪烁
600次.感应式电能表常数一般为3000r/(kW∙h),表示接在该表上的用
电器,每消耗1kW·h的电能,电能表上的转盘转动3000r
读数 电能表前后两次的示数之差就是用电器在对应的这段时间内消耗的电能
2.电功
定义 电流所做的功叫作电功
单位
国际单位:焦耳(J);常用单位:千瓦时(kW·h);关系:1kW·h
=3.6×106J
公式 电功计算基本公式:W=UIt;通用公式:W=Pt
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【易混辨析】
1.电能表上最后一位是小数;
2.根据公式W=
n
N
kw·h、W=
n
N
×3.6×106J.可以计算电能,其中n表
示电能表指示灯闪烁的次数或者转盘转过的圈数,N表示电能表常数;
3.公式W=UIt可以用来计算任何情况下电流所做的功,推导公式W =
I2Rt和W=
U2t
R
是以欧姆定律为基础进行的推导的,所以仅仅是用于纯
电阻电路,即导体通电时将电能转化为内能.而通用公式适用于所有功
的计算.
二、电功率
【思维导图】
【知识归纳】
1.电功率
定义 电流所做的功与做功时间之比
物理意义 表示电流做功的快慢
单位
国际单位:瓦特,简称瓦,符号:W,常用单位千瓦,符号kW,毫瓦,符号
mW,1kW=1000W ,1W=1000mW
公式 定义式:P=W/t;推导式:P=UI
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2.额定功率与实际功率
额定电压
用电器正常工作时的电压.即用电器的铭牌上标明的电压值,常用U额
表示
额定电流
用电器在额定电压下工作时的电流.即用电器的铭牌上标明的电流
值,常用I额 表示
额定功率
用电器在额定电压下工作时的功率.即用电器的铭牌上标明的功率
值,常用P额 表示
实际电压 用电器实际工作时两端的电压.实际电压常用U实 表示
实际功率 用电器在实际电压下工作时的功率.实际功率常用P实 表示
【易混辨析】
1.公式推导:P=W/t=UIt/t=UI(这两个公式适用于一切电功率的计
算);推导公式:P=I2R、P=U2/R(适用于纯电阻电路);
2.用电器的额定功率只有一个,它和额定电压额定电流与用电器的工作状
态无关;
3.灯泡的亮度取决于实际功率;
4.额定功率与实际功率的联系(忽略用电器电阻的变化):P实
P额
=
U实 U额
2
;
5.U实 >U额 ,P实 >P额 ;U实 =U额 ,P实 =P额 ;U实 <U额 ,P实 <P额 .
【实验探究】
测量小灯泡的功率
实验
目的
测量小灯泡的额定功率和实际功率(得到小灯泡在不同实际电压下的实际功
率,比较小灯泡亮度与实际功率的关系)
实验
原理
P=UI(据电功率的计算公式P=UI可知,用电压表测量小灯泡两端的电压,
用电流表测量通过小灯泡的电流,就可以计算出小灯泡的电功率)
实
验
器
材
电源、滑动变阻器、电压表、电流表、小灯泡、开关、导线若干
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4
续表
实
验
电
路
图
(由于需要多次改变小灯泡两端的电压,所以要使用滑动变阻器来调节,此电
路图还可以用来测量小灯泡的电阻)
实
验
步
骤
(1)按设计的电路图连接实物,并设计实验记录表格;
(2)检查电路无误后,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,此时注意观察电
压表的示数,当电压表的示数等于小灯泡的额定电压时,停止滑动,并记
下电流表的示数,代入公式P=UI,算出小灯泡的额定功率;
(3)调节滑动变阻器的滑片P,使小灯泡两端的电压约为额定电压的1.2倍,
观察小灯泡的发光情况,并记下电压表和电流表的示数,代入公式P=
UI,算出小灯泡此时的实际功率;
(4)调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压约为额定电压的0.8,观察小灯泡的
发光情况,并记下电压表和电流表的示数,代入公式P=UI,算出小灯泡
此时的实际功率;
(5)整理实验器材
①开始连接电路时,要使开关断开,闭合开关前,要把滑动变阻器滑片置
于最大阻值处;
②开始实验前,要检査电路并试触.实验结束,要先断开开关,拆开与电源
相连的导线,再整理电路;
③根据串联分压原理进行判断,准确熟练地调节滑动变阻器,使小灯泡在
等于额定电压额定电压的约1.2倍和额定电压的约0.8三种条件下发
光.尤其在做第二次实验时,需小心调节滑动变阻器,以免因实际电压
超过额定电压太多而烧坏小灯泡
实
验
记
录
表
格
实验次数 电压 U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡的亮暗程度
1 2.5 0.50 1.25 正常
2 3.0 0.55 1.65 较亮
3 2.0 0.45 0.90 较暗
(所加电压不同,同一个小灯泡的功率就不同,因而不能取功率的平均值作为
小灯泡的额定功率,必须计算额定电压下的功率,作为额定功率)
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续表
分析
与
论证
(1)分析表格中的实验数据,发现小灯泡两端的实际电压越高,小灯泡的电功
率越大,小灯泡越亮
(2)小灯泡的亮度直接由它的实际功率决定
实
验
结
论
(1)当U实 =U额 时,P实 =P额
,小灯泡正常发光
(2)当U实 >U额 时,P实 >P额
,小灯泡较亮
(3)当U实 <U额 时,P实 <P额
,小灯泡较暗
通过实验可知,当小灯泡两端的实际电压等于其额定电压时,小灯泡正常
发光;小灯泡的亮度取决于它的实际功率,实际功率越大,灯泡越亮
【易错警示】
(1)电源电压应高于灯泡的额定电压;滑动变阻器允许通过的最大电流要
大于小灯泡的正常工作电流,滑动变阻器的最大阻值应与小灯泡的电
阻差不多,这样会使滑动变阻器的调压效果更明显;
(2)连接电路时,电压表的量程要参照小灯泡的额定电压来选择,电流表的
量程应根据灯泡的额定电流来选择,如果灯泡的额定电压或电流未知,
则要采用试触的方法判断;
(3)连接电路时,开关要断开,防止由于电路连接错误而发生短路,损坏电流表;
(4)闭合开关前,要将滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置,以防止电路
中电流过大,起保护电路作用;
(5)调节小灯泡两端的电压高于额定电压时要注意缓慢调节滑动变阻器的
滑片,实际电压不能超过额定电压的1.2倍,同时通电时间不能过长,
否则容易烧坏小灯泡.
【综合拓展】
1.灯泡的名牌
某灯泡上标有“PZ220V-40”字样分别表示:普通照明,额定电压(用电
器正常工作时的电压)220V,额定功率(用电器在额定电压下的功率)
40W的灯泡.
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2.伏安法测小灯泡电功率与伏安法测电阻阻值的异同.
(1)相同点:①实验电路基本相同,可采用同一电路;②实验方法相同,
都是伏安法;③测量的物理量相同,都测量电流I和电压U.
(2)不同点:①实验原理不同,测小灯泡电功率的实验原理P=UI,测电
阻阻值的实验原理是R=
U
I
;②数据处理方式不同,测电阻阻值时
需要多次测量,最后求平均值以减小实验误差,而测小灯泡电功率
时也需要多次测量,但不能用来求平均值,而是寻找不同电压下的
电功率有什么规律.
3.用电能表、秒表测量家用电器的电功率
内容 说明
实验
原理
在家中,没有电压表和电流表时,我们可以利用家中电能表测出某用电器消
耗的电能W,并用秒表测出消耗这些电能所用的时间t,代入电功率公式P=
W
t
,计算出该用电器的电功率
实验
器材
电能表、秒表
实
验
过
程
(1)关闭家中其他用电器,只让被测用电器单独工作;
(2)眼睛观察电能表转盘,记录一段时间内的转数n;
(3)观察转盘同时开始计时,记录电能表转盘转n圈所用时间t;
(4)根据电能表上的参数Nr/(kW·h)算出转n圈消耗的电能W=
n
N
kW·h;
(5)由P=
W
t
算出该用电器的电功率
实验
结论 P=
W
t
=
3.6×106n
Nt
(其中P的单位是 W,t的单位是s)
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4.特殊方法测电功率
设计思路 实验器材 电路设计 实验步骤 表达式
只 用 电
压表:
定值电阻和
电压表组合
相当于电流
表,可 以 测
出小灯泡正
常发光时的
电流
电 源、开 关、
小灯泡、定值
电 阻 R0、电
压表、滑动变
阻器、导线
灯的额定电压U0
(1)只闭合S2,移动滑
片P,使电压表的
示数为U0
(2)断开 S2,再闭合
S1,保 持 滑 片 不
动,记 下 电 压 表
的示数U
P=U0×
U-U0
R0
灯的额定电流I0
(1)S掷向2,移动滑
片P,使电压表的
示数为I0R0
(2)S掷向1,保持滑
片不动,记下电流
表的示数U
P=(UI0R0)I0
只 用 电
流表:
定值电阻和
电压表组合
相当于电流
表可以测出
小灯泡正常
发光时两端
的电压
电 源、开 关、
小灯泡、定值
电 阻 R0、电
流表、滑动变
阻器、导线
灯的额定电压U0
(1)只闭合S1,移动
滑片P,使电流表的
示数为U0
R0
.
(2)断开S1,再闭合
S2,保 持 滑 片 不 动,
记 下 电 流 表 的 示
数I.
P=U0
(I -
U0
R0
)
灯的额定电流I0
(1)S掷向1,移动滑
片P,使电压表的示
数为I0
(2)S掷向2,保持滑
片不动,记下电流表
的示数I
P=I0
(I -
I0)R0
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续表
设计思路 实验器材 电路设计 实验步骤
电阻箱等效
替代法
电 源、开 关、
小灯泡、电阻
箱、电 压 表
(或电流表)、
滑动变阻器、
导线
灯的额定
电压U0
(1)只S1 闭合,移动
滑片,记下电压表的
示数U0
(2)只S2 闭合,保持
滑片不动,调节电阻
箱使电流表的示数
仍为U0,读出电阻箱
的阻值R
P=
U2
0
R
灯的额定
电流I0
(1)只S1 闭合,移动
滑片,记下电流表的
示数I0
(2)只S2 闭合,保持
滑片不动,调节电阻
箱使电流表的示数
仍为I0,读出电阻箱
的阻值R
P=I2
0R
三、电热器 电流的热效应
【思维导图】
【知识归纳】
1.电流的热效应
定义 电流通过导体时电能转化为内能,这种现象叫作电流的热效应
影响因素 电流越大、电阻越大、通电时间越长,电阻产生的热量越多
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2.焦耳定律
内容
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正
比,跟通电时间成正比
公式 Q=I2Rt(适用于所有电路)
单位
公式中电流I的单位是A,电阻R的单位是Ω,时间t的单位是s,电热
Q的单位是J
3.电热的利用与防治
利用 电流的热效应有非常普遍的应用,如电热毯、电熨斗、电烤箱等
防治 电视机长时间工作,会使后壳积累较多的热量从而影响寿命,需要散热
【易混辨析】
1.电热和电功:电热和电功是两个完全不同的概念,只有在纯电阻电路中
电热才等于电功,例如:电灯,电烙铁,熨斗,电炉等等,即Q=I2Rt=
W=UIt=Pt=U2t/R成立,若导体不是纯电阻电路,比如发动机,电风
扇等,除了发热以外,主要对外做功,则有W=UIt=Pt>Q =I2Rt.
2.串、并联电路的电热关系:串联电路中,电热之比等于电阻之比,即Q1
Q2
=
R1
R2
(根据Q=I2Rt);
并联电路中,电热之比等于电阻的反比(或倒数比),即Q1
Q2
=
R2
R1
(根据:Q
=
U2t
R
).
3.多挡电路
挡
位
判
断
解决挡位问题的关键是判断接入电路的总电阻的大小,然后根据公式P=U2/R
判断出总功率的大小.
一般家庭电路的电压U=220V;
一般并联时,总电阻R总 小:R热最小
U=220V
→P热最大 →高温挡(加热挡);
一般串联时,总电阻R总 大:R热最大
U=220V
→P热最小 →低温挡(保温挡)
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续表
电
路
解
读
短路多挡
(1)由电路图可知,当开关S1 闭合,S2 断开时,两电阻
串联,根据串联电路的特点可知,串联的总电阻大
于串联电路中任一导体的电阻,由P=UI=
U2
R
可
知,当电压一定时,电阻越大,电功率越小,所以,
当开关S1 闭合,S2 断开时,电路的总功率最小,处
于保温状态;
(2)当开关S1、S2 同时闭合时,R1 被短路,电路中只
有R2 工作,总电阻变小;由P=
U2
R
可知,电路的
总功率最大,处于加热状态
断路多挡 由电路图可知,闭合S、S1、S2 时,R1 与R2 并联,电路
的总电阻最小,由P=UI=
U2
R
可知,电路的总功率最
大,热水器处于加热挡;只闭合S、S2 时,电路为R2 的
简单电路,但是总电阻变大,根据P=UI=
U2
R
可知,电
路总功率变小,是保温挡
双掷开关多挡
开关S1 闭合、S2 接a时,R1 与R2 并联,由并联电路
的电阻特点可知,此时电路中的电阻最小,由P=
U2
R
可知,电功率最大,电热水器处于加热挡,开关S1 断
开、S2 接b时,R1 与R2 串联,由串联电路的电阻特点
可知,此时电路中的电阻最大,由P=
U2
R
可知,电功率
最小,电热水器处于保温挡,开关S1 闭合、S2 接b时,
电路为R1 的简单电路,此时电路中的电阻较小,由P
=
U2
R
可知,电功率较大,电热水器处于中温挡
双触开关多挡 (1)由电路图可知,双触点开关连接触点2和3时,电
路为R1 的简单电路,根据P=
U2
R
可知,P较小,为
保温状态;
(2)双触点开关连接触点3和4时,R1 与R2 并联,总电
阻R较小,根据P=
U2
R
可知,P较大,为加热状态
【实验探究】探究影响电流热效应的因素
实验
目的
探究影响电流热效应的因素
提出
问题
电流通过电阻产生的热量与哪些因素有关
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续表
猜想与
假设
电流通过电阻产生的热量可能与电流的大小、通电时间的长短和电阻的大小
有关
实验
器材
电源、滑动变阻器、电流表、开关各一个、不同规格的几个电阻丝、导线若干、
两个相同的平底烧瓶、两只相同的温度计、烧杯及煤油
设计
实验
在两个相同烧瓶中装入质量和初温都相同的煤油,瓶中各放根电阻丝、温度
计,通电后电流通过电阻丝产生热量使煤油的温度升高,观察温度计内液柱
升高情况,就可以比较电流产生热量的多少
实
验
步
骤
1.将实验器材按如图所示的实物图接入电路,
闭合开关,观测在一定时间内液体温度的变
化.保持通电时间一定,调节滑动变阻器,
改变通过阻丝的电流,进行多次实验;
2.保持通过电阻丝的电流不变,改变通电时
间,观测液体温度的变化
3.如图所示,将两段阻值不等的电阻丝R1、
R2 分别安装在两个相同装置中,然后将
它们串联后接入电路.通电一段时间,观
测两个装置中液体温度的变化
实
验
现
象
及
分
析
现象:电阻、通电时间相
同时,电流越大,温度计
示数上升越快;分析:电
流越大,产生的热量越多
现象:电阻、电流相同时,
通电时间越长,温度计示
数上升越多;分析:通电
时间越长,电流产生的热
量越多
现象:电流、通电时间相
同时,电阻丝阻值越大,
温度计示数上升越快;
分析:电阻越大,产生的
热量越多
实验
结论
电流通过导体产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间
有关,导体的电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长,电流通过导体
时产生的热量就越多
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【易错警示】
选择被加热材料的要求:材料相同、质量相同、初温相同.
【综合拓展】
(1)被加热的物质选用空气或煤油的原因:空气和煤油的比热容小,能使实
验现象较明显;
(2)实验方法:①转换法:通过U 形管中液面高度的变化来反映电流通过
导体产生热量的多少;②控制变量法:Ⅰ.探究电热与电阻的关系,要改变
电阻大小,可以选择两个阻值不同的电阻丝,控制电流的大小及通电时间
相等,为此可以将它们串联在电路中;
Ⅱ.探究电热与电流的关系,要使电阻的大小不变,改变电路中的电流大小
,可以将两个同样大小的电阻并联后与另一个相同的电阻串联,并将两个
并联的电阻中某一个放置在容器外面.
四、家庭电路与安全用电
【思维导图】
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【知识归纳】
1.家庭电路
组
成
进户线、电能表、总开关、熔断器、用电器、插座、开关等
主
要
部
分
作
用
1.保险丝:在电路电流过大时,自动熔断,切断电路.保险丝的熔断电流稍
大于家庭电路允许通过的最大电流.补充说明:保险丝不能随意选用更
粗的保险丝,更不能用铜丝或铁丝代替保险丝
2.用电器:在保险丝后,利用电能工作.补充说明:(1)各用电器之间并联连
接,既保证了用电器之间互不影响,又使用电器两端的电压均为220V.
(2)控制开关位置:用电器的控制开关要放在用电器和火线之间,不允
许放在用电器和零线之间.
3.插座:给可移动电器供电.分为两孔插座和三孔插座;三孔插座的接法:
如图所示,按照“左零右火中接地”的要求接入电路.补充说明:三孔插座
中间孔是接地的,这样在把三脚插头插入时,把用电器的金属外壳和大
地连接起来
2.安全用电
家庭电
路中熔
丝熔断
的原因
1.电路发生短路;2.电路中用电器的实际总功率超过电路所能承受的最
大功率,也叫超负荷运行
补充说明:1.根据欧姆定律I=
U
R
可知,短路时电路中总电阻很小,导致电
流很大;2.根据I=
P
U
可知,超负荷运行时电功率很大,导致电流很大
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14
续表
测电笔
的构造
与使用
1.测电笔主要由笔尖和笔尾两个金属电极、高电阻、氖管、弹簧等组成
2.使用时手握住测电笔尾部的金属电极,将笔尖接触电线(或与电线连通的导
体)时,氖管发光,表示接触到的的是火线;氖管不发光,表示接触的是零线
甲 乙
触
电
类
型
1.单线触电:直接接触火线或漏电的用电器等;2.双线触电:人体分别接
触到火线和零线
(a)单线触电 (b)双线触电
安全
用电
四不原则:不接触低压带电体,不靠近高压带电体,不弄湿用电器,不损坏
绝缘层
【易混辨析】
1.使用试电笔时,切不可用手直接接触笔尖金属体,这样人会触电.
2.检查电路故障时,用笔尖分别接触两根导线,若都不发光,表明火线断
路;若都发光,表明零线断路.
3.安装家庭电路要符合规范
①必须把用电器的开关接在火线上,当断开开关后,用电器与火线分离,
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人碰到用电器就不会发生危险;
②有金属外壳的家用电器或大功率用电器要用三线插座和三线插头,确
保用电器金属外壳接地.
4.要防止本应绝缘的物体导电
①要防止导线绝缘部分破损.若有破损,应及时更换;
②不要用湿布擦抹用电器或在电线上晾晒衣物;
③不要用湿手触摸用电器和插座
5.发现有人触电或因电引发火灾时,要采取合理的措施
①发现有人触电时,应立即切断电源;无法切断电源时,应用干木棍等绝
缘体挑开电线,使触电的人迅速脱离电源;
②发现用电器或电线失火时,应先切断电源,再灭火.不能泼水救火,因
为水是导体,会引发触电事故.在整个救火过程中,必须随时注意自身保
护,防止自己也触电.
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第十六章 电磁转换
一、磁体与磁场
【思维导图】
【知识归纳】
1.认识磁体
磁性
能够吸引铁、钴、镍等物质的性质
补充说明:磁体吸引的铁、钴、镍等物质组成的物体,与带电体吸引轻小物
体不一样,带电体只能吸引轻小物体,而磁体只能吸引这三类物质或者它
们其他物质的混合物以及它们的氧化物,但是可以吸起大物体
磁体 具有磁性的物体叫磁体
磁极
磁体上磁性最强的部分叫作磁极.水平面内自由转动的磁体静止下来时,
指南的磁极叫作南极,用S表示,指北的磁极叫作北极,用 N表示
作用 同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引
磁化 使原来没有磁性的物体在磁场中获得磁性的过程
2.认识磁场
认识磁场
磁体的周围存在磁场
补充说明:磁场是看不见摸不着的,但它是确实存在的,是一种物质.磁
体通过磁场对其他磁体或者磁性材料产生磁力作用
性质
磁场的基本性质是对放入其中的磁体能够产生磁力的作用
补充说明:磁极间的相互作用力是通过磁场来发生的,小磁针静止后一
端指南,另一端指北,当把条形磁体放在小磁针附近时,会看到小磁针发
生了偏转,这是因为小磁针受到了条形磁体磁场的作用
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续表
方向
将小磁针放在磁场中的某一点,小磁针静止时,N极所指的方向就是该
点的磁场方向,在磁场中不同点,磁场方向一般不同
补充说明:利用小磁针可以显示磁场的存在与方向,这属于转化法,但是
小磁针并不能决定磁场的存在和方向.
磁感线
1.磁感线可以表示磁场的强弱与方向:磁感线上任何一点的切线方向就是
该点的磁场方向,磁感线密的地方表示磁场强,稀疏的地方表示磁场弱.
2.磁感线在磁体外总是从 N极发出.最后回到S极.
3.几种常见磁场的磁感线如图所示:
条形磁体 蹄形磁铁 同名磁极(SS)
同名磁极(NN) 异名磁极
3.认识地磁场
定义 地球本身是一个巨大的磁体,地球周围空间存在的磁场称为地磁场
特点
地磁北极在地理南极附近;地磁南极在地理北极附近
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【易混辨析】
1.磁体总有两个磁极,科学家目前还没有发现磁单极.自然界中不存在只
有单个磁极的磁体,磁体上的磁极总是成对出现的,而且一个磁体也不
能有多于两个的磁极.如果不慎将一个条形磁体掉到地上摔成两段,则
每段将各有两个磁极,如图甲所示;如果再让这两段磁体互相吸引合为
一体,则靠近的两个磁极便不再存在,整个磁体仍然只有两个磁极,如图
乙所示.
甲 乙
2.判断物体是否有磁性的方法:一是利用磁体的“吸铁性”,看物体能否吸
引没有磁性的铁块;二是利用磁体的“指向性”,看物体在水平面上自由
静止后是否总能指南北;三是利用磁极间的相互作用规律,看物体的一端
与磁体两极间的作用特点,如果都相吸引,则无磁性,如果与磁体一极相吸引、
一极相排斥,则有磁性;四是利用“磁性集中在磁体两极上”的特点.
3.关于磁感线:(1)磁感线是人为假想的曲线,并不存在 ;(2)磁感线有无数条 ;
(3)磁感线是立体的;(4)所有的磁感线都不交叉;(5)磁感线是封闭的曲线.
4.地磁南北极与地理南北极方向相反,并不重合.地磁南北极的连线与地理
子午线之间有一个交角,叫做磁偏角,这是我国宋代科学家沈括发现的.
二、电流的磁场
【思维导图】
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19
【知识归纳】
1.电流的磁效应
奥斯特实验
将一根直导线平行架在静止小磁针的上方,当导线中有电流通过时,
小磁针将发生偏转
结论:通电导线周围存在磁场,其方向与电流方向有关
定义 电流周围存在磁场的现象
2.通电螺线管
磁场特点 通电螺线管外部的磁场与条形磁体周围的磁场相似
安培定则
用右手握螺线管,让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一
致,则拇指所指的那端就是通电螺线管的 N极,如图所示:
甲 乙
3.电磁铁
结构 电磁铁由线圈和铁芯组成
影响因素 电流大小、线圈的匝数.电流越大、线圈匝数越多,磁性越强
优点
磁性的有无由通电、断电来控制;磁性的强弱通过调节电流的大小和线
圈的匝数来控制;极性由电流的方向来控制
4.电磁继电器
定义
电磁继电器是通过电磁铁,利用低电压、弱电流的通断,来控制高电压、强
电流电路的装置
实质 是一个用电磁铁控制电路的开关
结构
工作电路分为控制电路和受控电路
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20
【易混辨析】
1.导线需要南北放置,并且位于小磁针的正上方,导线下方的磁场方向则
为东西方向,小磁针能发生偏转.通电时间短的原因是:导线将电源短路,
此时电路中电流很大,磁场很强,但为了保护电路,通电时间不宜过长.
2.安培定则的记忆方法:以通电螺线管正面电流为例,电流向上,N极在左
端,电流向下,N极在右端,便于记忆,可简化为“正上左 N,正下右 N”.
3.磁场是磁体本身所具有的,而不是外加的.因此在探究此现象的各个实
验中,小磁针起着显示磁场存在或者指示磁场的方向作用,但是磁场的
存在与否以及某点磁场的方向与该点是否存在小磁针无关.
4.已知磁极分布画螺线管绕法:
甲 乙 丙 丁
【易错警示】
1.通电螺线管外部的磁感线是从螺线管的N极出发并回到S极.但是,通
电螺线管内部的磁感线是从螺线管的S极指向 N极;
2.放在通电螺线管内静止的小磁针 N 极所指的那一端,就是通电螺线管
的 N极,通电螺线管内部的磁感线与外部从 N 极到S极的磁感线组成
闭合的曲线在判断通电螺线管内部和外部的磁场方向时,需注意它们的
区别;
3.决定通电螺线管磁极极性的根本因素是通电螺线管中电流的环绕方向,
而不是通电螺线管上导线的绕法.当两个螺线管中电流的环绕方向一
致时,它们两端的磁极极性就相同.
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三、磁场对电流的作用 电动机
【思维导图】
【知识归纳】
1.磁场对电流的作用:通电导体在磁场中受到力的作用,力的方向跟导体
中的电流方向和磁场方向有关,当电流方向或磁场方向改变时,力的方
向反向;当电流方向和磁场方向同时改变时,力的方向不变.
2.电动机
工作原理 通电线圈在磁场中受力转动
构造
直流电动机主要由两部分组成,即能够转动的线圈和固定不动的磁体.
在电动机里,能够转动的部分叫转子,固定不动的部分叫定子
能量转化 电能转化为机械能
换向器
(1)构造:由两个铜制半环构成
(2)作用:能自动地改变线圈中的电流方向,使线圈能连续转动
优点 构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小,价格便宜、无污染
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22
【综合拓展】
本实验采用轻质铝棒,其优点是导电性好、质量小,受力后运动状态容
易改变,实验现象较明显.如果导体棒较重,有可能出现受到的磁场力不足
以使它运动的情况,从而不能得出正确的实验结论.
四、安装直流电动机模型
【思维导图】
【知识归纳】
1.安装直流电动机模型
组成 蹄形磁体、弧形铁片、线圈、转轴、支架、换向器、电刷、底座
注意 电刷与换向器间的压力要适当,以保证转轴能正常转动
【易错警示】
直流电动机模型安装好后,闭合开关不转动的原因及解决方法
故障类型 原因分析 解决方法
电路故障
(1)存在断路现象,如线圈内部断
路、换向器与电刷接触不良等;
(2)电路中电流太小
(1)查找断路原因,使断路部分
接触良好;
(2)换用电压更大的电源
磁场故障 无磁性或磁性太弱 换用磁性更强的磁体
机械故障
(1)电刷与换向器卡得太紧,导致
摩擦力过大;
(2)转轴与支架间摩擦力大;
(3)线圈变形导致摩擦力过大
(1)使电刷与换向器接触良好、
松紧适当;
(2)可在适当位置涂抹润滑油;
(3)更换线圈
特殊位置
(1)线圈恰好处于平衡置;
(2)线圈中没有电流,不受磁场力
的作用
(1)轻轻拨一下线圈,使线圈转
过一定角度;
(2)使线圈中有电流,受到磁场
力的作用
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【综合拓展】
1.(1)要避免安装顺序的错误;(2)换向器和电刷之间的摩擦力要小;
(3)闭合开关时线圈不要处于平衡位置.
2.影响直流电动机转动方向的两个因素任意改变一个,则电动机转向反
向,同时改变,则电动机转向不变.
3.电动机的转速与通过电动机线圈的电流大小和磁场强弱有关.磁场强
弱不变时,电流增大,电动机转速变大;电流减小,电动机转速变小.线
圈中电流不变时,磁场增强,电动机转速变大;磁场减弱,电动机转速变
小.与影响电动机转向的因素不同的是,这两个因素单独或者同时改变,
都可以改变电动机的转速.
五、电磁感应 发电机
【思维导图】
【知识归纳】
电磁感应现象
现象定义 利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应现象
感应电流 电磁感应产生的电流叫作感应电流
产生感应电流的条件 闭合电路、部分导体、切割磁感线运动
影响感应电流方向的因素 磁场方向、导体的运动方向
能量转化 机械能转化为电能
应用 发电机、动圈式话筒、变压器等
【易混辨析】
1.(1)产生感应电流的三个条件缺一不可、如果电路不闭合,导体做切割
磁感线运动时,能产生感应电压,不会产生感应电流;
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(2)所谓切割磁感线,类似于切菜,垂直切割或斜着切割都可以,垂直切
割磁感线时电磁感应现象比斜着切割磁感线时明显,这就是说,闭
合电路的一部分导体的运动方向一定与磁感线成一定的角度,而不
是与磁感线平行,否则无法切割磁感线;
(3)“切割磁感线运动”指的是导体与磁场的相对运动,磁体不运动,导
体运动时,导体能切割磁感线,能产生感应电流;导体不运动,磁体
运动时,导体也能切割磁感线,同样能产生感应电流.
2.在电磁感应现象中,若改变导体切割磁感线运动方向,或改变磁场方向,
则感应电流方向反向;若导体切割磁感线运动方向和磁场方向都改变,
则感应电流的方向不变.
【实验探究】探究感应电流产生的条件及方向
1.设计实验与制定计划
(1)实验器材:蹄形磁体、单根导线、灵敏电流计、导
线、开关、铁架台
(2)实验装置图
2.分析与论证
(1)闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流.
(2)感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向有关.
【注意事项】
(1)实验过程中,移动导体的速度要快;
(2)实验中检验电流有无,要用灵敏电流计而不是一般电流表,且零刻线在
中间,指针可以左右摆动;
(3)实验中可以将线圈的一边放入磁场中,以代替导体ab,效果将更明显.
【综合拓展】
电动机和发电机辨析:区别电动机与发电机,要分清是运动产生电,还是通电
后运动,从而确定电能与机械能的转化;装置方面一个有电源,一个没有电
源,电动机是通电产生运动,所以有电源的是电动机,没电源的是发电机.
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第十七章 电磁波与现代通讯
一、信息与信息传播
【思维导图】
【知识归纳】
1.信息
定义 各种事物发出的有意义的消息
特点
消息中包含的内容越多,信息量就越大
补充说明:下课铃声标志着下课;红灯表示禁止通行,绿灯表示通行
2.信息的传播
人类特有信息 语言、符号和图像是人类特有的三种信息
信息传播的变革
语言的诞生、文字的诞生、印刷术的诞生、电磁波的应用以及计
算机与网络技术的应用
早期的信息传播工具
万里长城上的烽火台、古代传递公文的信使、莫尔斯电报机、贝
尔制作的早期电话
【易混辨析】
1.信息并非事物本身,而是事物发出的消息、情报、指令、数据和信号的集合.
生活中能表示信息的事例很多,数不胜数,我们生活在一个充满信息的世
界中,信息无处不在,无时不有.
通过信息我们能够认识事物或者进行判断,不是具体的物体;信息的记录
工具或者载体是具体的物体;信息的传播方式是指信息如何从一个地方到
达另一个地方.
2.电话的话筒通过电磁感应把声音的信号变为强弱变化的电流,而听筒是把
强弱变化的电流通过磁场对电流的作用转化成声音的信号的.
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二、电磁波及其传播
【思维导图】
【知识归纳】
1.波的基本特征
振幅 振动的幅度,用字母A表示,振幅反映了振动的强弱
周期 振动一次所需要的时间,用字母T表示,单位是秒(s)
频率 每秒内振动的次数,用字母f表示,单位赫兹(Hz).周期与频率的关系:f=1/T
波长 波在一个周期内传播的距离,用字母λ表示,单位是米(m)
波速 波传播的速度,用字母v表示,单位米/秒(m/s)
2.电磁波
预言者与
发现者
麦克斯韦预言了电磁波的存在;赫兹用实验证实了电磁波的存在
定义 空间传播的周期性变化的电磁场
电磁波的特点
1.电磁波能在真空中传播,在真空中的传播速度为3×108m/s,光
波属于电磁波;
2.电磁波能够被金属盒屏蔽
电磁波谱 按波长或频率连续排列的电磁波序列
【易混辨析】
1.电磁波的产生:电磁波是由变化的电流产生的.
2.不同频率(或波长)的电磁波在真空中的波速相同.
3.如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是无线电波、微波、
红外线、可见光、紫外线、X 射线及γ射线.
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三、现代通信———走进信息时代
【思维导图】
【知识归纳】
1.卫星通信
载体 电磁波(微波)
组成 通信卫星(空间部分)和通信地面站(地面部分)
特点 覆盖面大、通信距离长、不受地理环境限制.
应用
三颗在赤道上空均匀分布的地球同步卫星组成的通信系统就可以覆盖全
球.在电话、电报、电视广播、全球定位、导航等方面有着重要的应用
2.光纤通信
载体 光波(激光)
光纤与光缆
能够传输光信号的极其纤细的材料称为光导纤维.
多根光纤制成地光信号传输线称为光缆
原理 光的多次反射
工作过程
首先利用光电技术把电信号转变为光信号,并通过光纤传递到接收
端,然后把光信号转变为电信号,从而实现信息传递
特点
容量大;不会产生电磁感应现象因而不受外界电磁场的干扰;不怕潮
湿、耐腐蚀、能量损耗低;通信质量高;架设线路受地理条件限制
3.互联网与信息高速公路
互联网 由计算机、通信网络及其附属设备连接起来的全球通信网络
信息高速公路
集卫星通信、光纤通信、数据通信、移动通信等技术于一身,利用光
缆和各级计算机把所有通信系统连接在一起,组成的一个高速传递
信息的网络.补充说明:手机工作原理:手机(移动电话)既是无线电
发射台,又是无线电接收台,手机之间通话时,将要传递的信息加载
到电磁波上发射出去,同时接收对方手机加载到电磁波上的信息.
手机之间的通话要靠基地台转接
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第十八章 能源与可持续发展
一、能源利用与社会发展
【思维导图】
【知识归纳】
1.能源的利用
火的利用 火的利用最终把人和动物分开
化石能源的利用 化石能源包含煤、石油和天然气
电能的利用
电磁感应现象的发现以及发电机的发明,使煤、石油和天然气等
化石能源被转换为更加便于输送和利用的电能
核能的发现
某些原子核的结构发生变化时会释放出巨大的能量,这种能量叫
作核能
2.能源的分类
可再 生 与 不 可
再生能源
1.可再生能源:自然界可以源源不断地得到的能源.比如太阳能、
风能、水能、生物质能、潮汐能、地热能等等
2.不可再生能源:一旦消耗就很难再生的能源.比如煤、石油、天
然气、可燃冰、核能等等
常规 能 源 和 新
能源
1.常规能源:目前已经大规模生产和广泛利用的能源,也叫传统
能源.比如水能,煤、石油、天然气等化石能源
2.新能源:由于技术、经济等因素而迄今尚未大规模使用的能源.
比如太阳能、核能、地热能、氢能等
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续表
清洁 能 源 和 非
清洁能源
1.清洁能源:对环境无污染或污染很小的能源.比如太阳能、水
能、风能等
2.非清洁能源:对环境污染较大的能源.比如煤、石油等
二、核能
【思维导图】
【知识归纳】
1.核能
核力 原子核内各个粒子之间存在着的强大的吸引力
核能 当原子核发生变化时释放出的惊人的能量
核裂变 质量较大的原子核分裂成两个或两个以上中等质量的原子核的过程
链式反应
铀核发生裂变时,除了释放能量外,同时放出2~3个中子,这些中子再
引起其他铀核裂变,就可使裂变反应不断地进行下去,这种反应叫作链
式反应
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2.核能的应用
原子弹 原子弹爆炸时发生的是不加控制的链式反应
核电站
原理 可控的链式反应
组成 核反应堆、汽轮机、发电机
能量转化 核能→水和水蒸气的内能→蒸汽轮机的机械能→电能
优
缺
点
优点
1.核电站只需消耗很少的核燃料,就可以产生大量的电能
2.核电站不排放烟尘和二氧化碳、二氧化硫等有害气体,
对环境的污染比火力发电站小得多
3.从长远看,核能发电成本低于火力发电
?
?
?
???
??
缺点
1.核裂变会产生放射性物质,如果防护不当,存在泄露的
危险,产生的核污染影响生态环境和人们的健康
2.核燃料储量非常有限,开采成本高,且核废料可能对
环境造成污染
?
?
?
???
??
【易混辨析】
原子弹和核电站都是利用核裂变获得核能的.原子弹和核反应堆的区别:
原子弹爆炸时发生的链式反应是不加控制的;而通过核反应堆,可将链式
反应的速度加以控制,使其平稳地释放出大量核能.
三、太阳能
【思维导图】
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【知识归纳】
1.太阳能
优点 分布广阔、获取方便、不会造成环境污染,是人类未来的理想能源之一
缺点
太阳能太分散,收集和转换系统过于庞大,因而造价高;随气候、季节变
化,不稳定,转换效率低
太阳能的三种利用方式:光化转换、光热转换、光电转换.
2.地球的能源之母:地球上的能量除地热能、潮汐能和核能外,绝大多数都
是直接或间接地来源于太阳,因此太阳能也被誉为人类的能源之母.
四、能量转化的基本规律
【思维导图】
【知识归纳】
1.能量守恒定律
能量的形式 机械能、内能、电磁能、化学能、核能等
定律内容
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为
其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而在转化和转移的过
程中,总量保持不变
2.能量的转化和能量的转移,都是有方向性的.
【易混辨析】
1.能的转移实质:能量从一个物体转移到另一个物体,也可以从物体的一
部分转移到另一部分,转移前后能量种类不变.
2.能的转化实质:能量从一种形式转化为另一种形式,转化前后能量的种
类发生了变化.例如:植物吸收太阳光进行光合作用,光能转化为化学
能,能量的转化是普遍存在的现象.
3.能量转移与转化的区别,看能量的形式在反应前后是否发生改变,若能
的形式没有发生改变,则此过程为能量的转移;反之为能量的转化.
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32
五、能源与可持续发展
【思维导图】
【知识归纳】
1.能量转换效率:一个能量转换设备所输出可利用的能量,相对其输入能
量的比值.
效率=
输出的有用能量
输入的总能量 ×100%,即η=
E有
E总
×100%.
2.能源利用与可持续发展:
(1)全世界能源消耗正在逐年大幅度增长,地球上的煤、石油和天然气
等不可再生能源在不久的将来将被消耗殆尽;(2)大量化石能源的使用
是造成大气污染和“温室效应”加剧的罪魁祸首.
3.我国的能源问题:(1)化石燃料的蕴藏量有限,社会对能源的大量需求
导致能源枯竭;(2)大量化石燃料的开采和利用会导致严重的环境污染
和生态破坏.
4.能源利用的当务之急:(1)依靠科技进步改变能源结构、开发和推广清
洁的可再生能源;(2)提高能源利用效率、减少环境污染.
【易混辨析】
1.输出可利用的能量可能是电能、机械功或是热量.
2.效率主要和输出能量可利用的程度有关.
【综合拓展】
对于燃料燃烧放热与物质通过热传递吸热过程来说,能量转化效率的计算
公式:η=
Q吸
Q放
×100%=
cmΔt
mq
×100%.
