第十九章 电能从哪里来（知识清单）物理新教材沪科版九年级全一册

第十九章 电能从哪里来（知识清单） 思维导图 第一节 探究：产生感应电流的条件 一、电磁感应现象 1. 电磁感应现象 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象是一种电磁感应现象，电磁感应现象中产生的电流称为 电流。 2. 导体中产生感应电流的条件 （1）闭合电路的部分导体在磁场中做 运动时，电路中会产生感应电流。 （2）感应电流的方向与 的方向和 方向有关。 感应电流产生的条件 二、电磁感应现象的应用 1. 动圈式话筒 动圈式话筒是应用 原理制成的。 声波具有能量，当对着话筒说话时，声波使金属膜片振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永久磁体的磁场里切割磁感线，就产生感应电流（电信号）。强弱变化的声波，引起膜片（线圈）振动的幅度与快慢时刻变化，导致感应电流的大小和方向时刻变化，时刻变化的电流信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中发出放大的声音。话筒是把 信号变为 信号的装置，其工作原理可概括为： 振动→电流 2. 手机无线充电器 这是最常见的无线充电器的工作方式，它利用 的原理，电流通过送电线圈产生变化的磁场，当受电线圈靠近该变化磁场时就会产生感应电流来供电。从而实现能量在空间范围内的传递。 3. 电磁炉 电磁炉工作时，高频交流电流过线圈，线圈产生变化的磁场，该变化的磁场在锅体的锅底形成感应电流而发热。即锅底靠近线圈时，锅底的感应电流最大，且感应电流随锅体离线圈距离增大而显著减小。 第二节 发电机是怎样工作的 一、发电机 1. 交流发电机 （1）交流发电机主要构造：磁铁、线圈abcd、铜环K与L、电刷A与B等。 （2）主要部件作用 ①磁铁：用来产生磁场； ②线圈：线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流； ③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路； ④电刷：感应电流通过电刷流出。 （3）交流发电机工作原理示意图 ①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。 ②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。 ③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。 2. 实际发电机的构造 实际上，交流发电机的结构要比前面图中的基本结构复杂得多，不过主要还是由转动部分（转子）、不动部分（定子）和其他部件组成，在大型发电机中，转子实际上是产生磁场的电磁铁，而产生感应电流的线圈却是不动的（定子），这种结构便于产生高电压和强电流。 定子 转子 3. 手摇发电机输出电压的特点 （1）主要构造：蹄形磁铁、线圈、电刷、灯泡（或发光二极管）、摇把、手轮等。 （2）实验结论 ①将此手摇发电机的输出端与电压传感器并联后接入数据采集器，在计算机显示屏上得到如图所示的波形电压。说明手摇发电机的输出电压的 和 是变化的。 ②改变转动手柄的快慢，发现转动手柄的转速越大，电压波形越大。说明转动手柄的转速越大，输出电压越 。 （3）交变电流 线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生 变化，这种电流叫做交变电流。我们日常生活中使用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化，即频率为 赫。 二、发电机与能量转化 1. 发电机的能量转化：发电机是一种把其他形式的能转化成 能的装置。 2. 发电方式：目前常用的发电方式有 发电、 发电和 发电等。 （1）火力发电 ①原理：火力发电是通过煤、石油等燃料的燃烧来加热锅炉中的水，产生高温、高压水蒸气，推动汽轮机叶轮高速旋转，从而带动发电机转子转动发电。 ②火力发电的能量转化过程： 燃料的 能→水和水蒸气的 能→发电机转子的 能→电能 ③缺点：火力发电要燃烧大量的煤、石油等燃料，这些都是一次性能源，是不可再生的；燃料燃烧还会产生大量的二氧化碳、含硫的气体和粉尘等，污染环境，对生态环境产生不利的影响。 （2）水力发电 ①原理：水力发电是在江河上筑坝建水库，让水库中的水从可控制的闸门中奔泻而出，冲击水轮机，水轮机带动发电机转子转动发电。 ②水力发电的能量传递和转化过程： 水的 能→水轮机的 能→发电机转子的 能→电能 ③缺点：水力发电是对自然资源的综合利用，但其发展受到资源的地理位置和自然条件变化的制约，并且对生态也有相当大的影响。 （3）核能发电 ①原理：核能发电是利用铀原子核裂变时释放出的核能来加热水，用水产生的高温、高压蒸汽作为动力，推动蒸汽涡轮机转动，从而带动发电机转子发电。 ②核能发电的能量传递和转化过程： 核能→水和水蒸气的 能→发电机转子的 能→电能 ③优点和缺点：核能发电不仅节省了大量的煤、石油等能源，且用料省，运输方便。但核能发电后遗留下来的核废料仍有很强的放射性，需要装入特别的容器，深埋地下，否则会对环境产生极大的污染。 （4）其它发电方式 人们还在研究更多种利用资源发电的方法，如 发电、 发电、 发电等，除了在地面建立太阳能电站外，还拟建立太空发电站。 第三节 电能的储存与输送 一、电池 电池是一种把其他形式的能转化成 能的装置，提供直流电。 1. 化学电池 （1）概念：化学电池是把 能转化为电能的装置，是生活中最常用的电池。 （2）分类 ①根据所用材料不同，化学电池分为锌锰干电池、铅酸蓄电池、镍镉电池、锂电池、银锌电池等。 ②原电池和蓄电池：大多数电池的使用是一次性的，我们称之为 电池；但有的电池，如铅酸蓄电池、锂电池等则可反复充电使用，我们称之为 电池或二次电池。 （3）锌锰干电池 锌锰干电池由碳棒（正极）、锌筒（负极）及二氧化锰和电解质等组成，它属于原电池。我国常用的1号、2号、5号、7号干电池都是 （选填“原电池”或“蓄电池”），它们的电压都是 V。 （4）蓄电池 ①能量转化：常作为汽车或电动自行车等使用的电源，它需预先充电，把 能转化成 能储存在电池内；使用时再把 能转化为 能（均选填“化学”或“电”）。 ②特点：蓄电池能多次充电并可供给较大的电流，电压也比较稳定。 （5）化学电池的优缺点 化学电池在生活、通信、生产以及科学研究方面都有广泛的应用。化学电池多数含有汞、镉、锂等金属元素，铅酸蓄电池中更有铅电极板和电解液，随意丢弃会污染环境，破坏生态，所以废弃的化学电池要集中分类处理。 2. 太阳能电池 （1）原理及能量转化：太阳能电池（又称光伏电池）是将太阳能转化成 能的装置。太阳能电池用半导体硅和金属导体制成，当太阳光照射到电池上时，在正、负两极之间形成电压。 （2）特点：污染少，可以做得比较小巧；但使用时受天气的限制。 （3）应用：太阳能电池可以做得比较小巧，能用在计算器、玩具等上面。大量的太阳能电池联成阵列，可以建成太阳能发电站，巨大的太阳能帆板是人造卫星上的主要电源之一。 二、高压输电 1. 高压输电的原理 （1）输电线上的电能损耗 导线本身有电阻，电流在通过导线时会产生 效应，从而带来电能的损耗，根据焦耳定律Q=I2Rt可以计算导线产生的热量，即损失的电能。 （2）减少电能损失的方法 根据焦耳定律Q=I2Rt 可知，要减小能量损失就需要减小 或导线的 。 ①对减小导线电阻方法的评估 由影响电阻大小的因素可知，导线的电阻与导线的材料、长度和横截面积有关。 方法一：用电阻较小的材料作为输电线，例如铜线。但铜的价格贵，重力大（密度大），架设困难，故远距离输电不能采用。现在远距离输电均选用电阻较小的铝作输电线。 方法二：减小输电线的长度不可行，因为要保证输电距离。 方法三：增加输电线的横截面积。该方法同时增加了电线的重力，使架设困难，所以也受限制。 ②减小输电线中的电流 设输送的电功率为P电，则P电=UI，导线损失的电功率为P损=I2R，当输送电的总功率一定时，电压增大，则电流就会减小，这样电路中就会减少损失的电能，所以在远距离输电时宜采用 输电。 2. 电能远距离输送的过程 发电厂发出的交流电压通常在几千伏至数万伏，在发电厂内先用 把电压升高到数百千伏后再送到交流电网上，升压后的高压电流通过架空高压输电线送到用电地区的变电站，用 进行一至两次降压，电压降至10kV后送到工矿、科研和生活区等目的地，再用降压变压器降至 V供家庭用户使用（或380V供工厂等使用），如图表示了这种输送的过程。 3. 变压器原理和作用 变压器的工作原理是 ，它能将输入变压器的 电压升高（升压变压器）或降低（降压变压器）。变压器不能改变 电的电压（后两空均选填“交流”或“直流”）。 三、高压触电及其防护 1. 高压触电形式 （1）高压电弧触电：当高压带电体与人、动物和建筑物等物体距离较近时会发生 现象，使电流通过人或动物，造成高压电弧触电。 （2）跨步电压触电：高压输电线落在地上，地面上与电线断头距离不同的各点存在电压。当人走近断头时，两脚位于离断头远近不同的位置上，因而两脚之间有了电压，这时电流通过人体，造成跨步电压触电。 2. 高压触电防护：为了防止高压触电造成人身伤害，必须远离 带电体。如发现有高压输电线断落地面时，不可走近，应立即设立警示标志，并通知有关电力部门进行抢修。 3. 安全用电原则：不接触 带电体；不靠近 带电体。 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十九章 电能从哪里来（知识清单） 思维导图 第一节 探究：产生感应电流的条件 一、电磁感应现象 1. 电磁感应现象 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象是一种电磁感应现象，电磁感应现象中产生的电流称为感应电流。 2. 导体中产生感应电流的条件 （1）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。 （2）感应电流的方向与导体运动的方向和磁场方向有关。 感应电流产生的条件 二、电磁感应现象的应用 1. 动圈式话筒 动圈式话筒是应用电磁感应原理制成的。 声波具有能量，当对着话筒说话时，声波使金属膜片振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永久磁体的磁场里切割磁感线，就产生感应电流（电信号）。强弱变化的声波，引起膜片（线圈）振动的幅度与快慢时刻变化，导致感应电流的大小和方向时刻变化，时刻变化的电流信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中发出放大的声音。话筒是把声信号变为电信号的装置，其工作原理可概括为： 振动→电流 2. 手机无线充电器 这是最常见的无线充电器的工作方式，它利用电磁感应的原理，电流通过送电线圈产生变化的磁场，当受电线圈靠近该变化磁场时就会产生感应电流来供电。从而实现能量在空间范围内的传递。 3. 电磁炉 电磁炉工作时，高频交流电流过线圈，线圈产生变化的磁场，该变化的磁场在锅体的锅底形成感应电流而发热。即锅底靠近线圈时，锅底的感应电流最大，且感应电流随锅体离线圈距离增大而显著减小。 第二节 发电机是怎样工作的 一、发电机 1. 交流发电机 （1）交流发电机主要构造：磁铁、线圈abcd、铜环K与L、电刷A与B等。 （2）主要部件作用 ①磁铁：用来产生磁场； ②线圈：线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流； ③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路； ④电刷：感应电流通过电刷流出。 （3）交流发电机工作原理示意图 ①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。 ②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。 ③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。 2. 实际发电机的构造 实际上，交流发电机的结构要比前面图中的基本结构复杂得多，不过主要还是由转动部分（转子）、不动部分（定子）和其他部件组成，在大型发电机中，转子实际上是产生磁场的电磁铁，而产生感应电流的线圈却是不动的（定子），这种结构便于产生高电压和强电流。 定子 转子 3. 手摇发电机输出电压的特点 （1）主要构造：蹄形磁铁、线圈、电刷、灯泡（或发光二极管）、摇把、手轮等。 （2）实验结论 ①将此手摇发电机的输出端与电压传感器并联后接入数据采集器，在计算机显示屏上得到如图所示的波形电压。说明手摇发电机的输出电压的大小和方向是变化的。 ②改变转动手柄的快慢，发现转动手柄的转速越大，电压波形越大。说明转动手柄的转速越大，输出电压越高。 （3）交变电流 线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性变化，这种电流叫做交变电流。我们日常生活中使用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化，即频率为50赫。 二、发电机与能量转化 1. 发电机的能量转化：发电机是一种把其他形式的能转化成电能的装置。 2. 发电方式：目前常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电等。 （1）火力发电 ①原理：火力发电是通过煤、石油等燃料的燃烧来加热锅炉中的水，产生高温、高压水蒸气，推动汽轮机叶轮高速旋转，从而带动发电机转子转动发电。 ②火力发电的能量转化过程： 燃料的化学能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能 ③缺点：火力发电要燃烧大量的煤、石油等燃料，这些都是一次性能源，是不可再生的；燃料燃烧还会产生大量的二氧化碳、含硫的气体和粉尘等，污染环境，对生态环境产生不利的影响。 （2）水力发电 ①原理：水力发电是在江河上筑坝建水库，让水库中的水从可控制的闸门中奔泻而出，冲击水轮机，水轮机带动发电机转子转动发电。 ②水力发电的能量传递和转化过程： 水的机械能→水轮机的机械能→发电机转子的机械能→电能 ③缺点：水力发电是对自然资源的综合利用，但其发展受到资源的地理位置和自然条件变化的制约，并且对生态也有相当大的影响。 （3）核能发电 ①原理：核能发电是利用铀原子核裂变时释放出的核能来加热水，用水产生的高温、高压蒸汽作为动力，推动蒸汽涡轮机转动，从而带动发电机转子发电。 ②核能发电的能量传递和转化过程： 核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能 ③优点和缺点：核能发电不仅节省了大量的煤、石油等能源，且用料省，运输方便。但核能发电后遗留下来的核废料仍有很强的放射性，需要装入特别的容器，深埋地下，否则会对环境产生极大的污染。 （4）其它发电方式 人们还在研究更多种利用资源发电的方法，如海浪发电、地热发电、风力发电等，除了在地面建立太阳能电站外，还拟建立太空发电站。 第三节 电能的储存与输送 一、电池 电池是一种把其他形式的能转化成电能的装置，提供直流电。 1. 化学电池 （1）概念：化学电池是把化学能转化为电能的装置，是生活中最常用的电池。 （2）分类 ①根据所用材料不同，化学电池分为锌锰干电池、铅酸蓄电池、镍镉电池、锂电池、银锌电池等。 ②原电池和蓄电池：大多数电池的使用是一次性的，我们称之为原电池；但有的电池，如铅酸蓄电池、锂电池等则可反复充电使用，我们称之为蓄电池或二次电池。 （3）锌锰干电池 锌锰干电池由碳棒（正极）、锌筒（负极）及二氧化锰和电解质等组成，它属于原电池。我国常用的1号、2号、5号、7号干电池都是原电池（选填“原电池”或“蓄电池”），它们的电压都是1.5V。 （4）蓄电池 ①能量转化：常作为汽车或电动自行车等使用的电源，它需预先充电，把电能转化成化学能储存在电池内；使用时再把化学能转化为电能（均选填“化学”或“电”）。 ②特点：蓄电池能多次充电并可供给较大的电流，电压也比较稳定。 （5）化学电池的优缺点 化学电池在生活、通信、生产以及科学研究方面都有广泛的应用。化学电池多数含有汞、镉、锂等金属元素，铅酸蓄电池中更有铅电极板和电解液，随意丢弃会污染环境，破坏生态，所以废弃的化学电池要集中分类处理。 2. 太阳能电池 （1）原理及能量转化：太阳能电池（又称光伏电池）是将太阳能转化成电能的装置。太阳能电池用半导体硅和金属导体制成，当太阳光照射到电池上时，在正、负两极之间形成电压。 （2）特点：污染少，可以做得比较小巧；但使用时受天气的限制。 （3）应用：太阳能电池可以做得比较小巧，能用在计算器、玩具等上面。大量的太阳能电池联成阵列，可以建成太阳能发电站，巨大的太阳能帆板是人造卫星上的主要电源之一。 二、高压输电 1. 高压输电的原理 （1）输电线上的电能损耗 导线本身有电阻，电流在通过导线时会产生热效应，从而带来电能的损耗，根据焦耳定律Q=I2Rt可以计算导线产生的热量，即损失的电能。 （2）减少电能损失的方法 根据焦耳定律Q=I2Rt 可知，要减小能量损失就需要减小输电电流I或导线的电阻R。 ①对减小导线电阻方法的评估 由影响电阻大小的因素可知，导线的电阻与导线的材料、长度和横截面积有关。 方法一：用电阻较小的材料作为输电线，例如铜线。但铜的价格贵，重力大（密度大），架设困难，故远距离输电不能采用。现在远距离输电均选用电阻较小的铝作输电线。 方法二：减小输电线的长度不可行，因为要保证输电距离。 方法三：增加输电线的横截面积。该方法同时增加了电线的重力，使架设困难，所以也受限制。 ②减小输电线中的电流 设输送的电功率为P电，则P电=UI，导线损失的电功率为P损=I2R，当输送电的总功率一定时，电压增大，则电流就会减小，这样电路中就会减少损失的电能，所以在远距离输电时宜采用高压输电。 2. 电能远距离输送的过程 发电厂发出的交流电压通常在几千伏至数万伏，在发电厂内先用升压变压器把电压升高到数百千伏后再送到交流电网上，升压后的高压电流通过架空高压输电线送到用电地区的变电站，用降压变压器进行一至两次降压，电压降至10kV后送到工矿、科研和生活区等目的地，再用降压变压器降至220V供家庭用户使用（或380V供工厂等使用），如图表示了这种输送的过程。 3. 变压器原理和作用 变压器的工作原理是电磁感应，它能将输入变压器的交流电压升高（升压变压器）或降低（降压变压器）。变压器不能改变直流电的电压（后两空均选填“交流”或“直流”）。 三、高压触电及其防护 1. 高压触电形式 （1）高压电弧触电：当高压带电体与人、动物和建筑物等物体距离较近时会发生放电现象，使电流通过人或动物，造成高压电弧触电。 （2）跨步电压触电：高压输电线落在地上，地面上与电线断头距离不同的各点存在电压。当人走近断头时，两脚位于离断头远近不同的位置上，因而两脚之间有了电压，这时电流通过人体，造成跨步电压触电。 2. 高压触电防护：为了防止高压触电造成人身伤害，必须远离高压带电体。如发现有高压输电线断落地面时，不可走近，应立即设立警示标志，并通知有关电力部门进行抢修。 3. 安全用电原则：不接触低压带电体；不靠近高压带电体。 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $