1 电能的获得和转化
第1课时 发电机和电动机
【基础练习】
知识点
1 电磁感应和发电机
1.小刚连接好如图1所示的电路后,下列操作能使电流表指针偏转的是( )
图1
A.导体AB向右运动
B.导体AB沿磁场方向运动
C.闭合开关,导体AB向左运动
D.闭合开关,导体AB沿磁场方向运动
2.如图2所示是手摇发电机模型,下列说法中正确的( )
图2
A.它是利用电磁感应原理发电的
B.发电时,电能转化为机械能
C.发电时,线圈在磁场中运动不切割磁感线
D.灯泡发光的亮暗与手摇转盘转动快慢无关
知识点
2 安培力和直流电动机
3.如图3所示,将导体ab置于蹄形磁体磁场中的水平金属轨道上。
图3
(1)接通电源,这时会看到导体ab运动起来,这表明 有力的作用。?
(2)保持磁场方向不变,改变导体ab中的电流方向,导体ab的运动方向 (填“不变”或“改变”)。?
(3)通电后导体ab运动的过程,是把 能转化为 能的过程。?
4.当通电线圈所在的平面与磁感线方向垂直时,线圈处于平衡位置。关于通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁感线方向之间的关系,下列说法不正确的是( )
A.电流方向改变时,导体受力方向改变
B.磁场方向改变时,导体受力方向改变
C.电流方向和磁场方向同时改变时,导体受力方向不改变
D.电流方向和磁场方向同时改变时,导体受力方向改变
5.在直流电动机的工作过程中,换向器起了关键的作用,它能在线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的 ,从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。电动机工作时把电能转化为 。?
知识点
3 安装直流电动机
6.如图4甲所示是小明安装好的直流电动机模型(主要部件见文字说明)。
图4
(1)图甲中A部件的名称是 ,此部件作用是:当线圈 (填“未到”“刚转到”或“刚转过”)平衡位置时能自动改变线圈中的电流方向,使线圈连续转动。?
(2)小明将图甲电动机正确连入图乙所示电路,闭合开关后发现线圈不转。他首先应进行的操作是 ;操作后线圈还不转,小明又轻拨线圈,线圈转动,说明拨线圈前不转的原因是 。?
(3)线圈正常转动后,小明移动滑动变阻器的滑片,发现线圈转速发生变化,这说明线圈转速的大小与 大小有关。?
(4)小明在电动机模型的转轴上固定扇叶,并与小灯泡连接,如图丙所示。当扇叶转速较小时,观察到小灯泡的亮度 (填“忽明忽暗”或“不变”)。?
【能力提升】
7.如图5所示为直流电动机的工作原理图,下列分析正确的是( )
图5
A.直流电动机的原理是电磁感应
B.电动机通电后不转,可能是线圈刚好处在平衡位置
C.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能
D.线圈刚转到平衡位置时,换向器自动改变电路中电流方向
8.[2018·宁波]
我国未来的航母将采用自行研制的电磁弹射器。如图6所示,电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车内的导体通以强电流时,舰载机受到强大的推力而快速起飞。电磁弹射器的工作原理与图7中设备或用电器工作原理一致的是( )
图6
图7
9.小雪自己安装电动机模型,安装方法正确,但在接通电源时,线圈中有电流,电动机却不转,下列分析的原因中不可能的是( )
A.电源电压太低
B.轴所受阻力太大
C.线圈处于平衡位置
D.电源的“+”“-”两极接反了
10.小乐在研究“磁场对通电导体的作用”时采用如图8所示实验装置,通电后发现导体棒向右摆动。要使悬挂通电导体棒的悬线向右的摆角增大,下列操作中可行的是( )
图8
A.增大导体棒中的电流
B.减少磁体的数量
C.颠倒磁体磁极的位置
D.改变导体棒中电流的方向
11.如图9所示,以塑料管为连接轴将两个玩具电动机连接起来,电动机甲连接一个小灯泡,电动机乙连接电源,闭合开关后( )
图9
A.小灯泡不发光,因为小灯泡未与电源相连
B.小灯泡发光,甲此时相当于发电机
C.乙的工作原理是电磁感应
D.甲工作时,电能转化为机械能
12.如图10所示,扬声器是把电信号转化为声信号的装置,工作时线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流。下列说法中正确的是( )
图10
A.扬声器工作过程利用的是电磁感应原理
B.扬声器是利用磁场对通电导体有力的作用的原理
C.扬声器工作时将机械能转化为电能
D.改变线圈中电流的方向,线圈运动方向不变
13.如图11所示是一模拟风力发电的模型,电动机通电时,风扇a高速转动产生风力模拟自然风,风扇b在风力作用下带动发电机发电,同时与发电机相连的小灯泡发光,下列说法中正确的是( )
图11
A.电动机转动时把机械能转化为电能
B.发电机是利用电磁感应现象工作的
C.电池电压降低时,风扇a的转速不变
D.风力大小不会影响小灯泡发光亮度
答案
1.C [解析]
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动,才能产生感应电流;所以,在如图所示的电路中,要想产生感应电流使电流表指针偏转,首先应闭合开关。闭合开关,若导体AB沿磁场方向运动,没有切割磁感线,不会产生感应电流;闭合开关,若导体AB向左运动,则AB做切割磁感线运动,所以电路中有感应电流,电流表指针会发生偏转。
2.A [解析]
摇动手摇发电机的手柄,其内部线圈会做切割磁感线运动,此时会产生感应电流,即它是利用电磁感应原理工作的;摇动手柄,线圈在磁场中转动,消耗机械能,产生电能。手摇转盘转动越快,产生的感应电流越大,灯泡越亮。
3.(1)磁场对通电导体
(2)改变 (3)电 机械
[解析](1)接通电源,导体ab运动起来,表明磁场对通电导体有力的作用;(2)保持磁场方向不变,改变导体ab中的电流方向,导体ab的运动方向改变;(3)通电后导体ab运动的过程中,消耗电能,获得机械能,是把电能转化为机械能的过程。
4.D [解析]
通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关,若只改变电流方向,则通电导体受力方向会随之改变;若只改变磁场方向,则通电导体的受力方向也随之改变;若电流方向和磁场方向同时改变,则通电导体的受力方向将不发生改变。
5.电流方向 机械能
6.(1)换向器 刚转过
(2)移动滑动变阻器的滑片观察线圈是否转动
线圈恰好处于平衡位置
(3)电流 (4)忽明忽暗
[解析](1)要使线圈不停地转动下去,电动机要安装换向器,换向器的作用是当线圈刚转过平衡位置时,能自动改变线圈中的电流方向,使线圈连续转动。(2)电动机不转动的原因可能是滑动变阻器接入电路的阻值较大,电路中电流较小,或线圈处于平衡位置。(3)移动滑动变阻器的滑片,滑动变阻器连入电路的电阻发生变化,电路中电流发生变化,导致线圈转动速度变化,说明线圈转速跟电流大小有关。(4)小明在电动机模型的转轴上固定扇叶,转动小风扇时,小风扇和电动机模型组成了一个发电机,发电机发出交流电。当扇叶转速较小时,小灯泡忽明忽暗,如果小风扇转速特别大,这种明暗变化就不明显了。
7.B [解析]
电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动,不是电磁感应;电动机通电后不转,可能是线圈处于平衡位置,线圈中无电流,线圈不受磁场力的作用;电动机工作过程中,消耗的电能大部分转化为机械能,但也有少部分转化为热能;换向器的作用是在线圈刚转过平衡位置时,自动改变线圈中的电流方向。
8.C [解析]
由题意可知,电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,并处于强磁场中,当弹射车内的导体通以强电流时,舰载机即可受到强大的推力。由此可知,其原理是通电导体在磁场中受力而运动。电风扇的主要部件是电动机,电动机就是利用通电导体在磁场中受力而运动的原理工作的。
9.D
10.A [解析]
磁场不变,增大导体棒中的电流,可以增大导体棒所受的力,能增大悬线的摆角。
11.B [解析]
由图知,闭合开关,乙电动机中有电流通过,乙电动机工作,乙的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动,工作时将电能转化为机械能;因为乙的转动带动甲转动,甲电动机内部的线圈在内部磁场中做切割磁感线运动,会产生感应电流,有电流流过小灯泡,小灯泡会发光,此时甲相当于一个发电机,则甲的工作原理是电磁感应,工作时将机械能转化为电能。
12.B [解析]
扬声器是将电信号转化成声信号,即其内部有磁铁和线圈,当线圈中通过变化的电流时,该线圈会在磁场中受力而有规律地振动,进而产生声音,故扬声器是利用通电导线在磁场中受力作用的原理工作的;扬声器把电信号转化为声信号,在工作中将电能转化为机械能;改变线圈中电流的方向,线圈运动方向改变。
13.B [解析]
电动机转动时消耗了电能,把电能转化为机械能;人类利用电磁感应现象制成了发电机;电池电压降低时,电路中的电流会减小,则风扇a的转速减小;风力大小发生变化时,电路中的电流会发生改变,则小灯泡的亮度会改变。1 电能的获得和转化
第2课时 电流的热效应和化学效应
【基础练习】
知识点
1 电流的热效应和焦耳定律
1.图1中,利用电流热效应工作的是( )
图1
2.下列实例中,属于利用电热的是( )
A.电脑机箱内装有散热小风扇
B.收音机、电视机的机壳上有许多孔
C.大型爆破工程,用电热装置引爆炸药
D.炎热夏天,连续长时间工作的电视机要停用一会儿
3.一台电风扇和一个电熨斗,如果使用时消耗电能相同,产生的热量( )
A.一样多
B.电风扇较多
C.电熨斗较多
D.无法比较
4.电炉丝与导线串联接到电路中,通电后电炉丝热得发红,而与之相连的导线却不怎么热。由焦耳定律可知,造成上述现象的主要原因是( )
A.通过电炉丝的电流比通过导线的电流小得多
B.通过电炉丝的电流比通过导线的电流大得多
C.电炉丝的电阻比导线的电阻小得多
D.电炉丝的电阻比导线的电阻大得多
知识点
2 电流的化学效应
5.下列事例中,利用电流的化学效应的是( )
A.接通电路后电铃发声
B.接通电路后电风扇转动
C.水通电产生氢气和氧气
D.电水壶通电将水烧开
6.使用可充电电池能有效地减少电池对土壤的污染,当给充电电池充电时, 能转化为 能。在利用电镀技术为金属表面镀上不易生锈的金属时,利用了电流的 效应。?
【能力提升】
7.两个定值电阻R1、R2并联在电路中,如图2甲所示,通过它们的电流与其两端电压的关系如图乙所示,闭合开关S,则电阻R1、R2产生的热量之比为( )
图2
A.2∶1
B.1∶2
C.4∶1
D.1∶4
8.把两根阻值相同的电热丝串联接入电路,烧开一壶水所用时间为t0;若将这两根电热丝并联接入同一电路,则烧开同一壶水所需的时间为(不计热量损失)( )
A.t0
B.t0
C.t0
D.2t0
9.如图3所示,将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封,将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中,通电一段时间后体积变化最大的气球是( )
图3
A.a
B.b
C.c
D.三个相同
10.将电热毯内断了的电热丝的两个断头接上,再将该电热毯接入电路中,电热丝的接头处很容易烧焦,其原因是( )
A.接头处的电阻变大
B.接头处的电流大于电热丝其他部分的电流
C.接头处的电阻变小
D.接头处的电流小于电热丝其他部分的电流
11.如图4所示是一个有a、b、c三挡调温的电炉的电路,R1、R2、R3为三段电阻丝。若要在相同的时间内产生的热量最多,则应将旋转开关S接 挡。若要在相同的时间内产生的热量最少,则应将旋转开关S接 挡。?
图4
12.一只标有“10Ω 0.6A”的定值电阻R1和另一只标有“20Ω 0.5A”的电阻R2并联使用,在保证电路元件都安全的前提下,允许加在它们两端的最大电压是 V,干路中的最大电流是 A,此时R2在10s内产生的热量是 J。?
13.如图5所示的电路中,电源电压保持不变,R1=30Ω,R2=20Ω,闭合开关S,电流表的示数为0.2A,则电源电压为 V,通过R2的电流是 A,1min内电流通过R2产生的热量是 J。?
图5
14.如图6所示的电路中,S1闭合、S2断开时,若甲、乙是电流表,其示数之比I甲:I乙=1:3,此电路通电1min所产生的热量为Q1;当S1、S2都闭合时,若甲、乙是电压表,此电路通电1min所产生的热量为Q2。则电阻之比R1:R2= ,产生热量之比Q1:Q2= 。?
图6
15.[2019·绍兴]
在验证焦耳定律(Q=I2Rt)中电热与电阻的定性关系时,实验小组出现了如图7所示三种电路连接情况(已知R甲图7
实验
电路
玻璃管内液面高度
小组结论
你的合理解释与评价
A
液面都不上升
导体产生的热量跟电阻无关
(1)???????????
????????????
????????????
????????????
B
液面都上升,且Δh甲<Δh乙
电流通过导体时,电阻越大,产生的热量就(2) ?
电流和时间都相同,验证了焦耳定律中Q与R的定性关系
C
液面都上升,且Δh甲(3)?
Δh乙
电流通过导体时,电阻越小,产生的热量就越多
(4)???????????
????????????
????????????
????????????
答案
1.A
2.C [解析]
电脑机箱中装有散热小风扇,是为了加快空气流动速度,加快散热,使电脑内产生的热量能及时散出,属于防止电热危害;收音机、电视机的后盖上有许多散热孔,是为了把各电器元件产生的热量及时散出,属于防止电热危害;大型爆破工程,利用电流产生的热量引爆炸药,属于电热的利用;炎热夏天,连续长时间工作的电视机要停用一会儿,是为了防止产生过多的热量,影响电视机的正常使用,属于防止电热危害。
3.C [解析]
一台电风扇和一个电熨斗,虽然使用时电流做功相同,但电熨斗正常工作时,把电能全部转化为内能,电风扇正常工作时,主要把电能转化为机械能,只有很少一部分电能转化为内能,故电风扇与电熨斗消耗相同的电能,电熨斗产生的热量多。
4.D [解析]
电炉丝与导线串联,通过它们的电流大小和通电时间相等,由于电炉丝的电阻大,由Q=I2Rt可知,电炉丝产生的热量多,因此电炉丝通电后热得发红,而与之相连的导线却不怎么热。
5.C
6.电 化学 化学
7.A [解析]
由图甲可知,该电路为并联电路,R1、R2两端电压相同;由图乙可知,电压相同时,通过R1、R2的电流之比为2∶1,
则R1、R2的电阻之比为1∶2;通电时间相同,根据焦耳定律公式Q=I2Rt
可知,R1、R2产生的热量之比为2∶1。
8.C [解析]
两根阻值相同的电热丝串联后的总电阻为2R,并联后的总电阻为0.5R,烧开同一壶水所需要的热量是相等的,则:Q=W=t0=t,t=t0。
9.B [解析]
由图可知,三部分电阻串联接入电路,所以通过三部分电阻的电流相等,通电时间也相等,由电阻的串联和并联特点知,电阻串联后电阻最大,并联后电阻最小,即被b气球密封的烧瓶里的电阻最大,由Q=I2Rt可知这个烧瓶里电阻放出的热量最多,瓶中气体温度最高,气球的体积变化最大。
10.A [解析]
电热丝的两个断头接上后继续使用,接头处会因为接触不够紧密而使导电能力减弱,即电阻增大;电热丝的接头处和其他部分是串联的,故通过的电流相等;电流相等时,根据焦耳定律Q=I2Rt可知在相同时间内电阻大的产生的热量多。
11.a c
[解析]
当旋转开关S接a挡时,电路中只有R1,此时电路中的电阻最小,根据公式Q=t可知,在相同时间内产生的热量最多;当旋转开关S接c挡时,R1、R2、R3串联,电路中的电阻最大,根据公式Q=t可知,在相同时间内产生的热量最少。
12.6 0.9 18 13.6 0.3 108
14.1:2 9:2
[解析](1)由图可知,S1闭合,S2断开时,若甲、乙是电流表,则两电阻并联,电流表甲测R2中的电流,电流表乙测干路电流,结合题意可得==,由并联电路的电流特点可知:=,由并联电路的分流原理可得两电阻的比值:==,则R2=2R1,两电阻并联的总电阻:R并===R1,电路通电1min所产生的热量:Q1=W1=·t;
(2)S1、S2都闭合时,若甲、乙是电压表,则此时两电阻串联,电压表甲测总电压,电压表乙测R2两端电压,两电阻串联的总电阻:R串=R1+R2=R1+2R1=3R1,电路通电1min所产生的热量:Q2=W2=·t,所以====。
15.(1)电阻丝被短路,两烧瓶中电阻没有接入电路,无现象,无法验证焦耳定律中Q与R的定性关系
(2)越多
(3)>
(4)两烧瓶中电阻并联,通过的电流不同,实验现象无法验证焦耳定律中Q与R的定性关系
[解析](1)电流通过电阻丝产生热量的多少是通过烧瓶中液体体积的变化反映的,图A中,电阻丝没有接入电路,无法产生热量,所以两根玻璃管中的液柱都没有变化,无法验证电热与电阻的关系。
(2)图B中,两根电阻丝串联接入电路,通过的电流和通电时间均相同,已知R甲(3)图C中,两根电阻丝并联接入电路,电阻不同,通过它们的电流也不同,所以不能正确研究电流产生热量与电阻的关系。
