实践：调研电磁学对人类社会的影响（举一反三讲义）物理沪科版2024九年级全一册

实践：调研电磁学对人类社会的影响 目录 【学习目标】....................................................................1 【思维导图】....................................................................2 【知识梳理】....................................................................2 知识点1. 任务一: 查阅资料,调研自法拉第发现电磁感应现象后,电磁学如何引发了第二次 工业革命。以案例方式说明在我国的科技成就中,哪些是与电磁学知识有关的?电磁学给我们 的生产、生活带来了哪些变化?完成一篇与电磁学如何影响人类社会发展相关的调研报告..3 知识点2. 任务二: 成立兴趣小组,制作一台小型风力发电机,看看你们的发电机能否让一个 小灯泡(或发光二极管)发光。经历此活动后,你有怎样的感受..........................6 【方法技巧】...................................................................9 方法技巧. 怎样撰写小型风力发电机制作的小论文...................................9 【巩固训练】...................................................................10 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：知道电磁感应现象,了解发电机构造、原理及工作过程,知道电动机工作过程、工作原理、能的转化及转化效率。知道电功及测量。知道热机工作过程、能的转化及转化效率。 科学思维：对比分析热机跟电动机工作过程、能的转化效率及对环境的污染等,剖析人类从蒸汽时代进入电气时代的深层原因,明确电磁学对人类社会发展的推动作用。 科学探究: 通过调研和制作活动,培养了学生制订计划、动手实践解决问题的能力,锻炼了学生团结协作、分工合作的团队精神。能陈述反思实践过程及实践结果,并能提出改进意见和建议,完善实践结果。 科学态度与责任担当：体验科学技术对人类社会的推动作用,具有节约能源、保护环境的意识,有树立学习科学技术服务社会、服务国家的远大抱负。 课节重点难点 重点：调研电磁学对人类社会发展的推动作用。 难点：制作风力发电机并从跨学科视角分享制作过程。 【思维导图】 【知识梳理】 一、问题缘起 我们身处电气化时代,电对于我们人类太重要了,电已经深深融入我们的衣、食、住、行等基本生活中。观看视频:电磁学的发展及应用。 电磁学给人类社会发展带来极大的推动力,下面让我们一起调查电磁学对人类社会产生了哪些主要的影响。 二、知识储备 (1)1821年奥斯特发现通电导体周围存在磁场。这种现象叫做电流的磁效应。在通电螺线管内插入一块铁芯　,就构成了一个电磁铁。电磁铁的使用优点是:　通电有磁性,　断电无磁性。  (2)闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流,这就是1831年　法拉第　发现的电磁感应现象,这一原理在发电机、变压器等很多电路元件中得到广泛应用。  (3)热机:把燃料燃烧释放的内能转变为机械能的装置。其转化效率较低,且需要消耗煤、石油等,都是不可再生能源,且燃料燃烧对环境有污染。  (4)电动机:原理是通电导线在磁场中受到力的作用,电能转化为机械能,其转化效率较高,且对环境基本没有污染。  三、项目实施 知识点1. 任务一: 查阅资料,调研自法拉第发现电磁感应现象后,电磁学如何引发了第二次工业革命。以案例方式说明在我国的科技成就中,哪些是与电磁学知识有关的?电磁学给我们的生产、生活带来了哪些变化?完成一篇与电磁学如何影响人类社会发展相关的调研报告。 1.我国在电磁学方面的科技成就案例 (1)案例1: 稳态强磁场技术 中国科学院某物质科学研究院的科研团队成功创造了42.02万高斯的稳态磁场,超越美国2017年创造的41.4万高斯世界纪录。稳态强磁场在信息传输、物态搜索、反电子侦察以及战斗机隐身能力等方面具有重要应用。 (2)案例2: 微波技术 我国科学院某院士提出的一腔多模理论打破传统认识,为通信卫星大发展提供了理论基础;他和助手创造的“林—钟方法”,简化了传输线特性阻抗的计算方法。 (3)案例3: 电磁弹射技术 我国科学院某院士团队在电磁弹射技术上取得突破,使我国在该领域实现“弯道超车”。电磁弹射技术利用电磁力将飞机等物体加速到起飞速度,相比传统的蒸汽弹射具有更高的效率和可靠性,对于提升我国航母的战斗力具有重要意义。 (4)案例4: 量子科技 量子科技是基于量子力学原理,利用量子叠加、量子纠缠等独特性质进行信息处理、传输和测量的一种新兴科技,主要分为量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域。2024年,“九章三号”问世,它由255个光子组成,超过目前全球最快的“前沿”超级计算机1亿亿倍。 2.观看电磁波改变人类生活的视频,感受电磁波与人类社会发展间的关系。 3.调研报告：电磁学如何影响人类社会发展 （1）通过上网查阅资料，到图书馆查阅资料，实地参观电器生产工厂，采访有关人员等方式，了解调研电磁学对人类社会发展的影响。 （2）本调研报告格式遵循常规格式，包括但不限于调研背景分析、调研方法介绍、具体调研内容、形成调研结论等。教研内容建议包括调研电磁学发展历程、对应人类社会发展阶段，理清电磁学与人类社会发展的关系，电磁学具体应用案例等。 【例题1】在研究磁场问题时，用磁场强度表示磁场的强弱。结合对调研电磁学对人类社会的影响课题的学习，你认为磁场强度的单位是（ ） A. 高斯 B. 特斯拉 C. 赫兹 D. 安培 【答案】AB 【解析】根据SI国际单位制，磁场强度的标准单位是特斯拉（T），高斯仅作为辅助单位使用。 高斯（Gs）是磁感应强度的非国际单位制单位，用于描述磁场的强弱。 1特斯拉（T）= 10,000高斯。 1特斯拉（T）= 10,000高斯（Gs）  1微特斯拉（μT）= 10毫高斯（mGs）= 0.001高斯（Gs）。 总结 ：高斯是有效的磁场强度单位，尤其适用于非极端场景，但需注意与国际单位制特斯拉的换算关系。 （变式训练1）电磁弹射技术与传统的蒸汽弹射技术比较而言，具有更高的效率和可靠性的是_______技术。 【答案】电磁弹射 【解析】电磁弹射技术与传统蒸汽弹射技术相比，具有显著优势： 1. 能量利用效率 电磁弹射 ：能量利用率高达蒸汽弹射的近10倍，储能效率可达60%-70%，单次弹射能量可达122MJ（美国福特级航母），而蒸汽弹射仅为4%-6%。 蒸汽弹射 ：依赖高温高压蒸汽，能量转化效率低，且需消耗大量水资源。 2. 维护与可靠性 电磁弹射 ：故障率低（如美国EMALS故障率低于1/1300次弹射），维护成本低，运营损耗小。 蒸汽弹射 ：机械磨损严重，故障率高（如C-13故障周期405次弹射/1次故障），维护费用占航母总维护费用的80%以上。 总结 ：电磁弹射技术通过高效能、高适应性、低维护等优势，成为航母弹射系统的未来发展方向。中国已实现弯道超车，技术成熟度领先美国，而美国虽起步早，但受限于技术路线差异，实际应用效果受限。 （变式训练2）利用量子叠加、量子纠缠等独特性质进行信息处理、传输和测量是一种新兴科技,这种科技称为（ ） A.量子科技 B. 量子计算 C. 量子通信 D. 量子精密测量 【答案】A 【解析】量子科技是基于量子力学原理,利用量子叠加、量子纠缠等独特性质进行信息处理、传输和测量的一种新兴科技,主要分为量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域。所以A正确，符合题意。 （变式训练3）在对电磁学如何影响人类社会发展的实践活动中，有四名同学采用不同方式进行学习后，都有不同的认识。下列观点正确的是（ ） A.张小明同学认为：电磁学理论推动了电动机、发电机等核心设备的发明。 B.王小明同学认为：电磁波的发现实现了远距离信息即时传输，彻底改变了人类的交流方式。 C.李小明同学认为：5G技术基于高频电磁波，推动了智能交通、远程医疗等领域的快速发展。 D. 赵小明同学认为：随着电磁技术应用范围的扩大，数据隐私、电磁污染等伦理问题逐渐凸显，需建立相应监管机制。 【答案】ABCD 【解析】电磁学对人类社会发展的影响是全方位且深远的，主要体现在以下五个方面： 1.技术革新与生产力提升 基础设备革新.电磁学理论推动了电动机、发电机等核心设备的发明，实现了电力与机械能的高效转换，成为现代工业和家庭用电的基石。 电子技术革命.电子管、晶体管等元器件的出现，奠定了计算机、通信设备（如手机、互联网）等现代电子技术的基础，极大提升了信息处理与传输效率。 2. 通信与信息革命 电磁波应用.电磁波的发现催生了无线电、电视、卫星通信等技术，实现了远距离信息即时传输，彻底改变了人类的交流方式。 5G与未来技术.5G技术基于高频电磁波，推动了智能交通、远程医疗等领域的快速发展，成为数字时代的关键支撑。 3. 医疗与健康进步 诊断与治疗工具.X射线、磁共振成像（MRI）等基于电磁学的医疗设备，实现了对人体内部结构的精准检测，显著提高了疾病诊断的准确性和治疗水平。 远程医疗.电磁波技术支持了远程医疗系统的建立，使优质医疗资源能够跨越地理限制，服务更广泛人群。 4. 社会结构与生活方式变革 城市化与智能化.电磁技术驱动的智能电网、智能家居系统，提升了城市运行效率，改变了人们的居住和工作模式。 全球化加速.通信技术的突破加速了全球化进程，促进了国际贸易、文化交流与经济合作。 5.社会认知与伦理挑战 电磁辐射争议.部分人群对电磁辐射存在误解，导致“阴谋论”传播，需通过科学普及消除公众焦虑。 技术伦理问题.随着电磁技术应用范围的扩大，数据隐私、电磁污染等伦理问题逐渐凸显，需建立相应监管机制。 综上，ABCD都正确。 知识点2. 任务二:成立兴趣小组,制作一台小型风力发电机,看看你们的发电机能否让一个小灯泡(或发光二极管)发光。经历此活动后,你有怎样的感受。 1.方案1：在家长知晓并同意情况下，购买材料包进行组装制作（可以小组四人合买材料）。 2.方案2：上网搜索方案或小组讨论提出方案并画出图纸，自行准备工具、材料进行制作 3.方案3：“豆包”AI生成方案 （1）所需材料 电机：推荐使用废弃的直流电机，比如玩具车、CD 光驱中的电机。 扇叶：可以使用轻质塑料板、薄木板或者泡沫板制作。 支架：准备金属杆或木质杆作为支架，用于支撑整个风力发电机结构。 充电电池：选择合适电压的可充电电池，用于储存风力发电机产生的电能。 导线：若干绝缘导线，用于连接电机、电池和其他电子元件。 控制器：虽然不是必需的，但安装一个简单的控制器可以更好地保护电池，防止过充过放。 （2）工具：剪刀、螺丝刀、热熔胶枪、钳子、电钻等。 （3）制作步骤 ①制作扇叶：根据电机轴的尺寸和形状，设计并裁剪出扇叶的形状，数量为3 - 4片较为合适。将裁剪好的扇叶用胶水或螺丝固定在电机的转轴上。 ②安装电机：使用螺丝或其他固定装置将电机牢固地安装在支架上。 ③连接导线：将电机的正负极分别用导线引出，然后将导线连接到控制器的输入端。 ④安装支架。 ⑤测试与调试：完成安装后，将风力发电机放置在有风的地方，观察扇叶是否能够正常旋转，电机是否能够产生电流。使用万用表测量电池两端的电压，检查是否有充电现象。如果发现问题，及时检查各个部件的连接是否牢固，扇叶的安装是否平衡等。 （4）成果展示：看发电机能否使小灯泡或LED小灯珠发光。有条件的可测试发电机电压、电流。 （5）注意事项 在制作过程中，要注意安全，避免使用工具时造成意外伤害；确保电机和电池的电压匹配；在雷雨天气，应将风力发电机拆卸下来，避免遭受雷击。 【例题2】如图是胡小花设计的一款小制作，圆筒A中安装有磁铁和可转动的线圈。有风吹过时，扇叶带动线圈转动，可使接入的LED灯发光。这个小制作的工作原理是（　　） A．电流热效应 B．电流磁效应 C．电磁感应 D．电流化学效应    【答案】C 【解析】装置A中有磁铁和可转动的线圈，当有风吹向风扇时扇叶转动，扇叶带动线圈在磁场中转动切割磁感线，会产生感应电流，使接入的LED灯发光，是利用电磁感应现象的原理工作的，说明磁能够产生电；在此过程中，机械能转化为电能。故选C。 （变式训练1）观察手摇发电机灯泡的发光与手电筒灯泡的发光，通过比较我们可以发现：（　　） A．两个设备的工作过程中其能量转化是不相同的 B．手摇发电机灯泡会闪烁发光说明通过灯泡的电流方向在改变 C．两灯泡中通过的电流都是直流电 D．若用发光二极管替代小灯泡，同样的速度转动手摇发电机时，二极管每分钟闪烁的次数会减少 【答案】AD 【解析】A．手摇发电机灯泡发光的过程是机械能转化为电能，电能再转化为光能，手电筒灯泡发光过程是电池的化学能转化为电能，电能再转化为光能，故A符合题意； B．灯泡闪烁是因为通过其电流的大小发生改变，不能说明电流方向在改变，故B不符合题意； C．手摇发电机产生的电流方向发生改变，不是直流电，手电筒灯泡中电流方向不变，是直流电，故C不符合题意； D．用发光二极管替代小灯泡，同样的速度转动手摇发电机时，电流方向变化速度相同，但二极管是单向导电性，一个方向的电流发光，另一个方向的电流时不发光，所以每分钟闪烁的次数减少，故D正确。 故选AD。 （变式训练2）如图所示是风力发电机正在工作，下列说法正确的是（　　） A.风力发电机是根据电磁感应原理制成的 B.风力发电机是根据通电导体在磁场中受力运动的原理制成 C.风力发电是根据电流的磁效应制成的 D. 风力发电是把机械能转化为电能 【答案】AD 【解析】ABC．风力发电机是通过风机叶片的选装带动线圈在磁场中旋转，做切割磁感线运动，产生电能，是根据电磁感应原理制成的，故A正确，B错误，D正确；风力发电，通过叶片的旋转产生电能，是将机械能转化为电能，故C错误。故选AD。 （变式训练3）对风力发电认识正确的是（ ） A.无污染，符合可持续发展要求。 B.风能分布广泛，尤其适合偏远地区。 C.依赖风速，风速不稳定则发电中断。 D.可能干扰鸟类迁徙，产生噪音污染。 【答案】ABCD 【解析】（1）可再生且清洁：无污染，符合可持续发展要求。 （2）资源广泛：风能分布广泛，尤其适合偏远地区。 （3）运行维护灵活：分布式发电可减少电网压力。 （4）间歇性强：依赖风速，风速不稳定则发电中断。 （5）成本较高：设备制造和安装费用昂贵。 （6）生态影响：可能干扰鸟类迁徙，产生噪音污染。 故ABCD均正确。 四、交流评估 以墙报或小论文的形式展示调研过程与结果,报告中应含数据分析与具体案例;展示制作的风力发电机,从跨学科视角与同学们分享制作过程及心得体会。 【方法技巧】 方法技巧. 怎样撰写小型风力发电机制作的小论文 一、引言 风力发电作为清洁能源的重要组成部分，其小型化设计在家庭、社区及偏远地区具有广泛的应用前景。本文从跨学科视角，结合机械设计、电力电子及控制理论，分享小型风力发电机的制作过程及心得体会。 二、设计依据与意义 （1）能源结构优化：小型风力发电机可有效利用风能资源，减少对传统能源的依赖，符合可持续发展的需求。 （2）应用场景广泛：适用于家庭照明、电器供电等场景，尤其适合风能资源丰富的地区。 三、核心设计要素 （1）机械结构设计  采用立式垂直轴设计，体积小、噪音低且维护方便。 配置限速控制系统，确保风轮转速在安全范围内运行。 （2）电力电子系统  由风力机带动发电机产生交流电，通过整流器转换为直流电。 并入蓄电池组，实现风能充足时蓄能、不足时供电的稳定运行。 （3）控制策略 采用变速恒频技术，通过调整风轮转速适应风速变化，避免机械应力过大。 电气控制部分通过继电电路监控系统状态，确保安全可靠。 四、制作过程与挑战 （1）材料与部件选择 选用轻质高强度材料（如铝合金）降低风轮重量，同时确保结构强度。 集成风力发电机、蓄电池及控制系统，需优化电路布局以减少能量损耗。 （2）调试与优化 通过实验调整风轮角度和控制系统参数，提升发电效率。 针对风速波动问题，优化蓄电池充放电策略，延长系统使用寿命。 五、心得体会 （1）跨学科协作的重要性：机械、电力及控制领域的知识融合是实现小型化设计的关键。 （2）实际应用中的局限性：需考虑风能资源分布不均、维护成本等问题，未来可结合智能监控技术进一步优化。 六、结论 小型风力发电机通过创新设计实现了高效能、低成本的能源解决方案，但仍需在稳定性、智能化等方面持续改进。未来可探索与建筑一体化设计，扩大应用范围。 【巩固训练】 一、请你通过网络学习、深入图书馆查阅资料学习，谈谈电磁学的发展历史。 【答案】见解析 【解析】1.电流磁效应的发现（1820年）：丹麦物理学家汉斯·奥斯特首次揭示电流能产生磁场，这一实验彻底打破了电与磁相互独立的传统观念，为电磁学奠定了基础。 2. 电磁感应定律的提出（1831年）：英国物理学家迈克尔·法拉第通过长期实验，发现了电磁感应现象，即磁场变化可产生电动势。这一发现为发电机和变压器的原理奠定了理论基础。 3. 麦克斯韦方程组的建立（1864年）：英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦整合了奥斯特、法拉第等人的研究成果，提出了描述电场与磁场相互关系的麦克斯韦方程组。该方程组不仅统一了电磁现象，还预言了电磁波的存在，标志着经典电磁理论的成熟。 4. 理论应用与现代发展 （1）理论体系完善：麦克斯韦方程组将电学、磁学、光学统一为电磁学，深刻改变了人们对物质世界的认知。 （2）技术革新：基于电磁理论，发展出电力工程、电子技术等现代文明支柱，如电力传输、通信技术等。 （3）后续拓展：赫兹通过实验证实了麦克斯韦方程组的预言，推动了无线通信技术的发展。 总结 ：电磁学从奥斯特的实验性发现，到法拉第的感应定律，再到麦克斯韦的统一理论，经历了从分散到系统的飞跃，成为现代物理学的重要基石。 二、如图是风力发电机模型。请你参考这个模型说说其制作步骤 【答案】见解析 【解析】制作步骤 ①制作扇叶：根据电机轴的尺寸和形状，设计并裁剪出扇叶的形状，数量为3 - 4片较为合适。将裁剪好的扇叶用胶水或螺丝固定在电机的转轴上。 ②安装电机：使用螺丝或其他固定装置将电机牢固地安装在支架上。 ③连接导线：将电机的正负极分别用导线引出，然后将导线连接到控制器的输入端。 ④安装支架。 ⑤测试与调试：完成安装后，将风力发电机放置在有风的地方，观察扇叶是否能够正常旋转，电机是否能够产生电流。使用万用表测量电池两端的电压，检查是否有充电现象。如果发现问题，及时检查各个部件的连接是否牢固，扇叶的安装是否平衡等。 三、如图所示，是“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”电池板，“脚踩”蓄电池，“腰”挎照明灯，下列解释合理的是（　　） A．光电池板是将光能转化为电能 B．照明灯是将光能转化电能 C．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能 D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 【答案】A 【解析】A．这种“风光互补”照明灯，“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，故A符合题意； B．照明灯消耗电能而发光，是将电能转化为光能，故B不符合题意； C．“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种灯也可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，有利于晚上照明使用，故C不符合题意； D．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D不符合题意。故选A。 四、如图是新农村建设中一道靓丽的风景———风光互补路灯。“有风无光”风力发电机发电，“有光无风”太阳能电池板发电，二者皆各时同时发电，井日夜需能，某型号的该路灯额定功率为50W。试问∶ （1）风力发电机利用风力发电时，是将_______能转化为电能。 （2）“幸福村” 安装了这种“风光互补路灯”100 盏，如果每天路灯正常工作10h，一个月（30 天）消耗的电能相当于完全燃烧多少______千克的天然气所放出的热量？（天然气的热值为6.4×107J/kg） （3）若太阳能的辐射功率为800J/s·m2）（1s内辐射在1m2上的太阳能为800J），太阳能的光电转换效率为12.5%， 太阳能电池板在1m2的面积上的平均输出功率是多少______？ （4）若每个路灯上太阳能电池板的面积为0.8m2，每天有效日照时间8h，则每个路灯上太阳能电池板一天发电多少度______？ （5）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有哪些？______ （答出一点即可） 【答案】机械能；；；0.8度；节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等。 【解析】（1）风力发电机利用风力发电时，流动的空气推动发电机转动，是将机械能能转化为电能。 （2）100 盏路灯一个月（30 天）消耗的电能 相当于完全燃烧天然气的质量 （3）太阳能电池板在1m2的面积上的平均输出功率是 （4）每个路灯上太阳能电池板一天发电 （5）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”将风能和太阳能转化为电能，所以利用的是太阳能和风能，使用这些能源的优点是：节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等。 答：（1）风力发电机利用风力发电时，是将机械能能转化为电能；（2）如果每天路灯正常工作10h，一个月（30 天）消耗的电能相当于完全燃烧的天然气所放出的热量；（3太阳能电池板在1m2的面积上的平均输出功率是；（4）则每个路灯上太阳能电池板一天发0.8度电；（5）“风光互补路灯”的优点有：节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等. 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 实践：调研电磁学对人类社会的影响 目录 【学习目标】....................................................................1 【思维导图】....................................................................2 【知识梳理】....................................................................2 知识点1. 任务一: 查阅资料,调研自法拉第发现电磁感应现象后,电磁学如何引发了第二次 工业革命。以案例方式说明在我国的科技成就中,哪些是与电磁学知识有关的?电磁学给我们 的生产、生活带来了哪些变化?完成一篇与电磁学如何影响人类社会发展相关的调研报告..3 知识点2. 任务二: 成立兴趣小组,制作一台小型风力发电机,看看你们的发电机能否让一个 小灯泡(或发光二极管)发光。经历此活动后,你有怎样的感受..........................4 【方法技巧】...................................................................6 方法技巧. 怎样撰写小型风力发电机制作的小论文...................................6 【巩固训练】...................................................................7 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：知道电磁感应现象,了解发电机构造、原理及工作过程,知道电动机工作过程、工作原理、能的转化及转化效率。知道电功及测量。知道热机工作过程、能的转化及转化效率。 科学思维：对比分析热机跟电动机工作过程、能的转化效率及对环境的污染等,剖析人类从蒸汽时代进入电气时代的深层原因,明确电磁学对人类社会发展的推动作用。 科学探究: 通过调研和制作活动,培养了学生制订计划、动手实践解决问题的能力,锻炼了学生团结协作、分工合作的团队精神。能陈述反思实践过程及实践结果,并能提出改进意见和建议,完善实践结果。 科学态度与责任担当：体验科学技术对人类社会的推动作用,具有节约能源、保护环境的意识,有树立学习科学技术服务社会、服务国家的远大抱负。 课节重点难点 重点：调研电磁学对人类社会发展的推动作用。 难点：制作风力发电机并从跨学科视角分享制作过程。 【思维导图】 【知识梳理】 一、问题缘起 我们身处电气化时代,电对于我们人类太重要了,电已经深深融入我们的衣、食、住、行等基本生活中。观看视频:电磁学的发展及应用。 电磁学给人类社会发展带来极大的推动力,下面让我们一起调查电磁学对人类社会产生了哪些主要的影响。 二、知识储备 (1)1821年奥斯特发现通电导体周围存在磁场。这种现象叫做电流的磁效应。在通电螺线管内插入一块铁芯　,就构成了一个电磁铁。电磁铁的使用优点是:　通电有磁性,　断电无磁性。  (2)闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流,这就是1831年　法拉第　发现的电磁感应现象,这一原理在发电机、变压器等很多电路元件中得到广泛应用。  (3)热机:把燃料燃烧释放的内能转变为机械能的装置。其转化效率较低,且需要消耗煤、石油等,都是不可再生能源,且燃料燃烧对环境有污染。  (4)电动机:原理是通电导线在磁场中受到力的作用,电能转化为机械能,其转化效率较高,且对环境基本没有污染。  三、项目实施 知识点1. 任务一: 查阅资料,调研自法拉第发现电磁感应现象后,电磁学如何引发了第二次工业革命。以案例方式说明在我国的科技成就中,哪些是与电磁学知识有关的?电磁学给我们的生产、生活带来了哪些变化?完成一篇与电磁学如何影响人类社会发展相关的调研报告。 1.我国在电磁学方面的科技成就案例 (1)案例1: 稳态强磁场技术 中国科学院某物质科学研究院的科研团队成功创造了42.02万高斯的稳态磁场,超越美国2017年创造的41.4万高斯世界纪录。稳态强磁场在信息传输、物态搜索、反电子侦察以及战斗机隐身能力等方面具有重要应用。 (2)案例2: 微波技术 我国科学院某院士提出的一腔多模理论打破传统认识,为通信卫星大发展提供了理论基础;他和助手创造的“林—钟方法”,简化了传输线特性阻抗的计算方法。 (3)案例3: 电磁弹射技术 我国科学院某院士团队在电磁弹射技术上取得突破,使我国在该领域实现“弯道超车”。电磁弹射技术利用电磁力将飞机等物体加速到起飞速度,相比传统的蒸汽弹射具有更高的效率和可靠性,对于提升我国航母的战斗力具有重要意义。 (4)案例4: 量子科技 量子科技是基于量子力学原理,利用量子叠加、量子纠缠等独特性质进行信息处理、传输和测量的一种新兴科技,主要分为量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域。2024年,“九章三号”问世,它由255个光子组成,超过目前全球最快的“前沿”超级计算机1亿亿倍。 2.观看电磁波改变人类生活的视频,感受电磁波与人类社会发展间的关系。 3.调研报告：电磁学如何影响人类社会发展 （1）通过上网查阅资料，到图书馆查阅资料，实地参观电器生产工厂，采访有关人员等方式，了解调研电磁学对人类社会发展的影响。 （2）本调研报告格式遵循常规格式，包括但不限于调研背景分析、调研方法介绍、具体调研内容、形成调研结论等。教研内容建议包括调研电磁学发展历程、对应人类社会发展阶段，理清电磁学与人类社会发展的关系，电磁学具体应用案例等。 【例题1】在研究磁场问题时，用磁场强度表示磁场的强弱。结合对调研电磁学对人类社会的影响课题的学习，你认为磁场强度的单位是（ ） A. 高斯 B. 特斯拉 C. 赫兹 D. 安培 （变式训练1）电磁弹射技术与传统的蒸汽弹射技术比较而言，具有更高的效率和可靠性的是_______技术。 （变式训练2）利用量子叠加、量子纠缠等独特性质进行信息处理、传输和测量是一种新兴科技,这种科技称为（ ） A.量子科技 B. 量子计算 C. 量子通信 D. 量子精密测量 （变式训练3）在对电磁学如何影响人类社会发展的实践活动中，有四名同学采用不同方式进行学习后，都有不同的认识。下列观点正确的是（ ） A.张小明同学认为：电磁学理论推动了电动机、发电机等核心设备的发明。 B.王小明同学认为：电磁波的发现实现了远距离信息即时传输，彻底改变了人类的交流方式。 C.李小明同学认为：5G技术基于高频电磁波，推动了智能交通、远程医疗等领域的快速发展。 D. 赵小明同学认为：随着电磁技术应用范围的扩大，数据隐私、电磁污染等伦理问题逐渐凸显，需建立相应监管机制。 知识点2. 任务二:成立兴趣小组,制作一台小型风力发电机,看看你们的发电机能否让一个小灯泡(或发光二极管)发光。经历此活动后,你有怎样的感受。 1.方案1：在家长知晓并同意情况下，购买材料包进行组装制作（可以小组四人合买材料）。 2.方案2：上网搜索方案或小组讨论提出方案并画出图纸，自行准备工具、材料进行制作 3.方案3：“豆包”AI生成方案 （1）所需材料 电机：推荐使用废弃的直流电机，比如玩具车、CD 光驱中的电机。 扇叶：可以使用轻质塑料板、薄木板或者泡沫板制作。 支架：准备金属杆或木质杆作为支架，用于支撑整个风力发电机结构。 充电电池：选择合适电压的可充电电池，用于储存风力发电机产生的电能。 导线：若干绝缘导线，用于连接电机、电池和其他电子元件。 控制器：虽然不是必需的，但安装一个简单的控制器可以更好地保护电池，防止过充过放。 （2）工具：剪刀、螺丝刀、热熔胶枪、钳子、电钻等。 （3）制作步骤 ①制作扇叶：根据电机轴的尺寸和形状，设计并裁剪出扇叶的形状，数量为3 - 4片较为合适。将裁剪好的扇叶用胶水或螺丝固定在电机的转轴上。 ②安装电机：使用螺丝或其他固定装置将电机牢固地安装在支架上。 ③连接导线：将电机的正负极分别用导线引出，然后将导线连接到控制器的输入端。 ④安装支架。 ⑤测试与调试：完成安装后，将风力发电机放置在有风的地方，观察扇叶是否能够正常旋转，电机是否能够产生电流。使用万用表测量电池两端的电压，检查是否有充电现象。如果发现问题，及时检查各个部件的连接是否牢固，扇叶的安装是否平衡等。 （4）成果展示：看发电机能否使小灯泡或LED小灯珠发光。有条件的可测试发电机电压、电流。 （5）注意事项 在制作过程中，要注意安全，避免使用工具时造成意外伤害；确保电机和电池的电压匹配；在雷雨天气，应将风力发电机拆卸下来，避免遭受雷击。 【例题2】如图是胡小花设计的一款小制作，圆筒A中安装有磁铁和可转动的线圈。有风吹过时，扇叶带动线圈转动，可使接入的LED灯发光。这个小制作的工作原理是（　　） A．电流热效应 B．电流磁效应 C．电磁感应 D．电流化学效应    【答案】C 【解析】装置A中有磁铁和可转动的线圈，当有风吹向风扇时扇叶转动，扇叶带动线圈在磁场中转动切割磁感线，会产生感应电流，使接入的LED灯发光，是利用电磁感应现象的原理工作的，说明磁能够产生电；在此过程中，机械能转化为电能。故选C。 （变式训练1）观察手摇发电机灯泡的发光与手电筒灯泡的发光，通过比较我们可以发现：（　　） A．两个设备的工作过程中其能量转化是不相同的 B．手摇发电机灯泡会闪烁发光说明通过灯泡的电流方向在改变 C．两灯泡中通过的电流都是直流电 D．若用发光二极管替代小灯泡，同样的速度转动手摇发电机时，二极管每分钟闪烁的次数会减少 （变式训练2）如图所示是风力发电机正在工作，下列说法正确的是（　　） A.风力发电机是根据电磁感应原理制成的 B.风力发电机是根据通电导体在磁场中受力运动的原理制成 C.风力发电是根据电流的磁效应制成的 D. 风力发电是把机械能转化为电能 （变式训练3）对风力发电认识正确的是（ ） A.无污染，符合可持续发展要求。 B.风能分布广泛，尤其适合偏远地区。 C.依赖风速，风速不稳定则发电中断。 D.可能干扰鸟类迁徙，产生噪音污染。 四、交流评估 以墙报或小论文的形式展示调研过程与结果,报告中应含数据分析与具体案例;展示制作的风力发电机,从跨学科视角与同学们分享制作过程及心得体会。 【方法技巧】 方法技巧. 怎样撰写小型风力发电机制作的小论文 一、引言 风力发电作为清洁能源的重要组成部分，其小型化设计在家庭、社区及偏远地区具有广泛的应用前景。本文从跨学科视角，结合机械设计、电力电子及控制理论，分享小型风力发电机的制作过程及心得体会。 二、设计依据与意义 （1）能源结构优化：小型风力发电机可有效利用风能资源，减少对传统能源的依赖，符合可持续发展的需求。 （2）应用场景广泛：适用于家庭照明、电器供电等场景，尤其适合风能资源丰富的地区。 三、核心设计要素 （1）机械结构设计  采用立式垂直轴设计，体积小、噪音低且维护方便。 配置限速控制系统，确保风轮转速在安全范围内运行。 （2）电力电子系统  由风力机带动发电机产生交流电，通过整流器转换为直流电。 并入蓄电池组，实现风能充足时蓄能、不足时供电的稳定运行。 （3）控制策略 采用变速恒频技术，通过调整风轮转速适应风速变化，避免机械应力过大。 电气控制部分通过继电电路监控系统状态，确保安全可靠。 四、制作过程与挑战 （1）材料与部件选择 选用轻质高强度材料（如铝合金）降低风轮重量，同时确保结构强度。 集成风力发电机、蓄电池及控制系统，需优化电路布局以减少能量损耗。 （2）调试与优化 通过实验调整风轮角度和控制系统参数，提升发电效率。 针对风速波动问题，优化蓄电池充放电策略，延长系统使用寿命。 五、心得体会 （1）跨学科协作的重要性：机械、电力及控制领域的知识融合是实现小型化设计的关键。 （2）实际应用中的局限性：需考虑风能资源分布不均、维护成本等问题，未来可结合智能监控技术进一步优化。 六、结论 小型风力发电机通过创新设计实现了高效能、低成本的能源解决方案，但仍需在稳定性、智能化等方面持续改进。未来可探索与建筑一体化设计，扩大应用范围。 【巩固训练】 一、请你通过网络学习、深入图书馆查阅资料学习，谈谈电磁学的发展历史。 二、如图是风力发电机模型。请你参考这个模型说说其制作步骤 三、如图所示，是“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”电池板，“脚踩”蓄电池，“腰”挎照明灯，下列解释合理的是（　　） A．光电池板是将光能转化为电能 B．照明灯是将光能转化电能 C．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能 D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 四、如图是新农村建设中一道靓丽的风景———风光互补路灯。“有风无光”风力发电机发电，“有光无风”太阳能电池板发电，二者皆各时同时发电，井日夜需能，某型号的该路灯额定功率为50W。试问∶ （1）风力发电机利用风力发电时，是将_______能转化为电能。 （2）“幸福村” 安装了这种“风光互补路灯”100 盏，如果每天路灯正常工作10h，一个月（30 天）消耗的电能相当于完全燃烧多少______千克的天然气所放出的热量？（天然气的热值为6.4×107J/kg） （3）若太阳能的辐射功率为800J/s·m2）（1s内辐射在1m2上的太阳能为800J），太阳能的光电转换效率为12.5%， 太阳能电池板在1m2的面积上的平均输出功率是多少______？ （4）若每个路灯上太阳能电池板的面积为0.8m2，每天有效日照时间8h，则每个路灯上太阳能电池板一天发电多少度______？ （5）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有哪些？______ （答出一点即可） 1 学科网（北京）股份有限公司 $$