第十八章 电能从哪里来

(时间：90分钟 满分：90分)

一、选择题(每小题3分，共24分)

1．(2019·潍坊模拟)在物理学的发展过程中，下列物理学家都作出了杰出的贡献，其中发现了电磁感应现象的是C

A．安培         B．欧姆         C．法拉第         D．奥斯特

2．(2018～2019·通州期中)关于干电池，下列说法正确的是C

A．干电池可以长久而稳定地提供电能  B．干电池正极和负极通过锌筒相连接

C．干电池里的碳棒是电源的正极  D．干电池对外供电时，是将电能转化为化学能

3．(2018～2019·邗江梅岭中学月考)我国将于2020年在太空建立自己的空间站，关于空间站的供电装置，你认为合理可行的是D

A．干电池  B．水力发电机  C．火力发电机  D．太阳能电池

4．(2018·齐齐哈尔)如图所示，关于四个电磁学实验的应用，下列说法不正确的是C

A．电磁铁是利用图甲的实验原理工作的  B．发电机与图乙的工作原理相同

C．图丙是探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系  D．图丁把电能转化为机械能

5．(2019·衡阳)如图所示的充电鞋垫，利用脚跟起落驱动磁性转子旋转，线圈中就会产生电流，从而能给鞋垫上的电池充电。下图中与充电鞋垫的工作原理相同的是B

A

  B

  C

  D

6．在丹麦哥本哈根气候变化大会上，各国就削减全球温室气体排放达成了共识，新能源开发和利用已成为今后的发展趋势。太阳能汽车作为以新能源为动力交通运输工具的代表迅速崛起，如图是一种新型的太阳能汽车，太阳光照射到该车顶部的电池集热板上，电池储存电能，使电动机能够对汽车提供动力，则下列有关说法中正确的是C

A．该太阳能汽车只能在白天使用

B．该太阳能汽车同样需要排放尾气

C．该太阳能汽车是将太阳能转化为电能，再将电能转化为动能

D．该太阳能汽车电动机产生的热量越多越好

7．如图所示，AB和CD是两根固定且平行的水平光滑金属导轨，符号“×”表示垂直于纸面指向纸里的磁场的磁感线。现将铜棒EF和GH垂直放在滑轨上，并与金属导轨接触良好。当外力拉动GH使其向右移动时，发现EF在感应电流的作用下也向右移动；当拉动GH使其向左移动时，则C

A．铜棒EF不动  B．铜棒EF向右移动

C．铜棒EF向左移动  D．无法确定是否运动

8．一发电站向远处输送一定功率的电能，当输电电压为U时，输电线路上的损耗功率为P；若输出电压提高到3U时，输电线上损耗的功率为C

A.P  B.P  C.P  D．3P

二、填空题(每空2分，共28分)

9．取圆形镀锌铁片(即白铁片)和铜片(或硬币)各十余块，与浸透食盐水的圆形硬纸片按图所示组装在一起，就成为“伏打电堆”，试用两种方法检验它是否能供电。

(1)在ab之间接上电压表，观察指针是否偏转；

(2)在ab之间接一根导线，沿南北放置与小磁针平行，看小磁针是否偏转。

第9题图

   第10题图

   第11题图

10．如图所示的是发电机的原理图，若线圈由图示位置再转过90度(角度)时，线圈中的电流方向会发生一次改变，这是因为ab边由向下运动变成了向上运动，cd边由向上运动变为了向下运动。在线圈转过一周的过程中，电流方向改变2次，如果此发电机线圈中的电流频率为40 Hz，则线圈的电流周期为0.025s。

11．如图所示是一种利用健身球设计的充电器，当人们在转动球的时候就可以给电池充电，这时健身球里面的装置相当于发电机(填“电动机”或“发电机”)。它是将机械能转化为电能，再转化为化学能储存在电池内。

12．(2019·烟台模拟)如图所示为电动机和发电机模型，其中图甲(填“甲”或“乙”)为电动机模型，其工作原理是通电导体在磁场中受力运动；电动机工作时，能够使线圈平稳，连续不停地转动下去是靠换向器实现的。

第12题图

        第13题图

13．(2018·兰州)如图所示，将较长软电线的两端与小量程电流表的两接线柱连接起来。两位同学手持电线像摇跳绳一样在空中摇动电线，使电线切割地磁场的磁感线，小量程电流表的指针发生偏转，则可以断定两同学站立在地面上的东西(填“东西”或“南北”)方向，这个实验的原理是电磁感应。老师上课时常使用“小蜜蜂”扩音器，声音由话筒传入扩音器，经扩音器放大后又经扬声器传出，则在“小蜜蜂”中应用了上述原理的部件是话筒(填“话筒”或“扬声器”)。

三、实验与作图题(第14题2分，第15题6分，第16题6分，第17题6分，共20分)

14．(2018·乌鲁木齐)如图所示，闭合电路中的一部分导线垂直于纸面放置，向右运动时能在电路中产生感应电流，请画出磁感线的大致方向。

,题图)        ,答题)

15．一个电学实验箱里面，有如图所示器材，请写出利用这些器材可做的三个电磁学实验名称(或目的)及相应器材的字母代号，填在表中。

16.如图是一个电池的示意图，该装置可产生气体和电流。老师告诉同学们只要用两种不同的导体做电极，用水果代替实验中的稀硫酸也可以组成一个电池，产生电流的原理是一样的。同学们很感兴趣，在课外实验中，同学们进行了水果电池的制作，记录了以下实验数据：

不同电极的单个西红柿水果电池的电流和电压：

注：除电极材料不一样外，其他实验条件相同，请回答以下问题：

(1)以上装置中能量的转化是由化学能转化为电能。

(2)假如仅改用镁片和碳棒做电极，其他实验条件不变，根据上表的实验数据，你猜想产生的电压应比表中三种电池产生的电压都大(填“都大”“都小”“处在它们之间”或“无法判断”)。

(3)将三个用碳棒和锌片做电极的单个水果电池串联起来，将铭牌为“2.5 V 0.3 A”的一个小灯泡串联接入该电路，开关闭合后，小灯泡并不正常发光，原因是水果电池内电阻太大，使输出的电压太低。

17．(2019·丹东模拟)小勇利用如图所示的实验装置探究“导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”，他将实验中观察到的现象记录在下表中。

(1)分析得出：闭合电路中的部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。

(2)比较实验2和3(或6和7)可知：在磁场方向一定时，感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关。

(3)比较实验2、6或3、7可知：在导体切割磁感线的运动方向不变时，感应电流的方向与磁场方向有关。

(4)这个现象在生产和生活中的重要应用是发电机。

(5)针对这个实验，小勇进行了进一步的探究，他提出了“感应电流的大小可能与导体切割磁感线的运动速度有关”的猜想，于是他设计了如下的实验方案：

①保持磁场强弱不变，让导体AB以不同(填“相同”或“不同”)的速度沿相同方向做切割磁感线运动，观察电流表指针偏转幅度大小；

②如果电流表指针偏转幅度不同，说明感应电流的大小与导体切割磁感线运动速度有关(填“有关”或“无关”)。

四、综合题(第18题4分，第19题6分，第20题8分，共18分)

18．如图是某科学兴趣小组设计制作的“重力电灯”。在使用过程中，首先将质量为1 kg的物体举高，然后物体通过减速器匀速下落带动发电机发电，点亮灯泡。

(1)发电机是“重力电灯”的核心部件之一，其发电的原理是电磁感应现象。

(2)物体从离地150 cm处下落至地面的过程中，重力做功为多少？

(3)物体匀速下落过程中，重力势能减小量的75%转化为灯泡的电能，恰好可以使额定电压为2.5 V的小灯泡正常发光15 s，小灯泡正常工作时电流为多少？(g取10N/kg)

解：(2)重力做功为W重力＝Gh＝mgh＝1 kg×10 N/kg×1.5 m＝15 J。

(3)灯泡的电能W电＝75% W重力＝75%×15 J＝11.25 J，由W＝UIt得，小灯泡正常工作时电流I＝＝＝0.3 A。

19．(2019·绵阳模拟)武都引水工程被誉为“第二个都江堰”，是一个具有防洪、灌溉、生态环保、国土资源保护、工业生活供水、旅游以及发电等综合利用功能的大型骨干水利工程。作为武引一期工程的骨干屯水库——沉抗水库位于绵阳市的游仙区沉抗镇境内，距离绵阳市区15千米，现已成为绵阳的著名旅游景点“仙海风景区”。作为二期工程内容的武都水库位于我市江油武都镇的涪江干流上。总库容5.72亿立方米，碾压混凝土大坝高120米，设计控灌面积228万亩。武都电站是依托武都水库兴建的坝后式电站，装有三台机组，总装机容量15万千瓦。(g＝10 N/kg，ρ水＝1.0×103 kg/m3)

(1)若电站实际年平均发电量为6.1亿 kW·h，电力系统吸收的有效电量为5.745亿 kW·h，其中电厂用电0.5%，出厂后专用输变电损失1%，按平均上网电价0.28元/(kW·h)计算，电站年收益多少亿元？(结果精确到0.01亿元)

(2)若电站水面落差(水面与发电机之间的高度差)为80 m，按装机容量满负荷发电，发电机机械能转化为电能的效率为75%，水的流量Q为多少？(流量Q：单位时间内流过截面积的体积)

解：(1)由题意知电站年收益为n＝5.745亿kW·h×(1－0.5%)×(1－1%)×0.28元/(kW·h)＝1.58亿元。

(2)由题意知η＝＝＝，即＝75%，解得Q＝250 m3/s。

20．如图所示，是供电设备向居民楼用户输电的示意图。为保证居民楼内的用户所有用电器都能正常工作，居民楼的输入导线间的电压必须保证为220 V。当居民楼内消耗的功率为44 kW时，求：

(1)通过输电线的电流为多少？

(2)若输电线的总电阻为0.1 Ω，供电设备的输出电压是多少？

(3)居民楼内由于家用电器的增加，将向供电部门申请“增容”，即增加用电功率。当居民的用电器的额定功率由44 kW增加到88 kW，所有用电器均在正常工作时，输电线损失的功率比“增容”前增加了多少？

(4)若要求减小输电线损失的功率，用学过的公式及知识说明应采取的措施。

解：(1)由P＝UI得，I1＝＝＝200 A。

(2)U线＝IR线＝200 A×0.1 Ω＝20 V，输出电压U＝U用＋U 线＝220 V＋20 V＝240 V。

(3)当P2＝88 kW＝88×103 W，I2＝＝＝400 A，输电线损失的功率比“增容”前增加：ΔP损＝IR－IR＝[(400 A)2－(200 A)2]×0.1 Ω＝12 000 W。

(4)应采用高压输电。