电能的获得和输送 知识讲解

电能的获得和输送

【学习目标】

1. 知道电能的获得途径。

2.知道电能是二次能源，知道各种发电方式的特点和利弊。

3.知道远距离输电采用高压的目的，知道高压输电的全过程以及电网的作用和安全运行的重要性。

4.经历用科学的方法来研究物理问题的过程，明白远距离输电的方法。

【要点梳理】

要点一、电能的获得

1.电池：

(1)伏打电堆：

a.简介：1800年，意大利物理学家伏打发明了伏打电堆，这是人类历史上第一个能持

续提供电能的电源。

b.能量转化：伏打电堆是将化学能转化为电能的电池。

(2)其他各种电池：电子表中的纽扣电池、汽车中的蓄电池、琳琅满目的各种化学电池

都是伏打电池的“后裔”。随着科技的进步，太阳能可通过硅光电池直接转化成电能。

但是由于其成本高，而且需要光照才能产生电能，所以目前主要用在人造卫星上，无论是化学电池还是硅光电池，都很难提供大功率电动机、电器以及照明所需的电能。

2.发电机

(1)人类大规模利用电能主要依靠的两项发明和创造：

一是18世纪中期至19世纪发明的热机，他们将燃料燃烧时产生的内能转化成机械能，使人类从化石能源中获得了动力。

二是19世纪初法拉第发现的电磁感应规律，这一发现找到了将机械能转化为电能的途径。这两项发明和发现使人类大规模获取电能成为可能。

(2)电磁感应现象的内容：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。电磁感应过程中，将机械能转化为电能。

(3)发电机的原理：利用了电磁感应现象，将机械能转化为电能。电能不能从自然界直接开采或获取，它必须从其它能源转化而来，所以称为二次能源。它的最大优点是便于转化和便于输送和分配。

(4)交流发电机的组成：主要是由转子（转动部分）和定子（固定部分）两部分组成。

交流发电机的电流方向做周期性变化，这种周期性改变方向的电流叫交变电流，简称交流。 直流发电机线圈产生的电流虽是交流电，但通过换向器的使用输出后，外电路的电流方向不变。

要点诠释：

1.电磁感应现象的几点说明：

（1）产生感应电流的条件有两个：一是“闭合电路的一部分导体”（这句话包括两层意思：①电路应该是闭合的，而不是断开的，即组成电路的各元件连接成一个电流的通路；②要有一部分导体做切割磁感线运动，也就是说切割磁感线的导体一定是闭合电路的一部分）；二是“做切割磁感线运动”，所谓切割磁感线运动，类似于切菜，可以使垂直切割，也可以是斜着切割，但导体运动方向不能与磁感线方向平行，可以使导体运动，也可以使磁场运动。

（2）在电磁感应现象中，感应电流的方向跟导体切割磁感线运动的方向和磁感线方向有关，当导体运动方向改为与原方向相反，或将磁感线方向改为与原来相反，则感应电流方向将与原方向相反；若导体运动方向和磁感线方向都变为和原来相反，则感应电流方向不变。

（3）在电磁感应现象中，影响感应电流大小的因素有：磁场的强弱、切割磁感线运动的速度、切割磁感线导体的长度，磁场越强，切割磁感线运动的速度越大，切割磁感线导体的长度越长，则产生的感应电流越大。

2.在实际生产中往往有不同的动力机来带动发电机，如水轮机、汽轮机、内燃机、蒸汽机等。

3.我国在电力事业发展的主要成就（如核电、水电、风力发电等）

要点二、电能的输送

1.高压输电——减少远距离输电时在导线上的电能消耗

输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电阻大小不能忽略。电流通过很长的导线要产生大量的热，这些热都散失到大气中，白白损失了电能。所以，输电时，必须减小导线发热损失。如何减小导线发热呢？

由焦耳定律P=I2R，减小发热有效的方法是减小输电电流。根据公式P=UI，要使输电电流减小，而输送功率不变，就必须提高输电电压。高压输电可以保证在输送功率不变，减小输电电流来减小输送电的电能损失。

2.变压器：能把交流电的电压升高或降低

发电站都安装了用来升压的变压器，实现高压输电。但是我们用户使用的是低压电，所以在用户附近又要安装降压的变压器。

3.高压电输到用电区附近时，要把电压降下来目的：一是为了安全，二是用电器只能用低电压。

4.家庭电路

由火线和零线组成的双芯电缆把电能引入住户。下图是一个典型的家庭电路布线图，在供电箱的每一条

支路上都装有不同电流大小的自动断路器。一旦电流超过定值，断路器便会自动切断电路，故障排除后只要重新合上开关便可恢复供电。

要点诠释：

输送电能的高压输电线路要连接成电网。大型发电站都必须并网运行，这样电能可以通过电网相互调剂，从而平衡电网中不同区域的用电负荷。

要点三、电动机

1.探究磁场对电流的作用：

探究过程：（1）将所需器材按照如图所示的电路连接好；

（2）将金属杆横放在在金属导轨上，观察金属杆是否运动；

（3）闭合开关，观察金属杆是否运动，运动方向如何；

（4）改变电流的方向，观察金属杆是否运动，运动方向如何；

（5）保持电流方向不变，改变磁场的方向，观察金属杆的运动情况；

（6）同时改变电流的方向和磁场方向，观察金属杆的运动情况。

交流论证：通过上述实验我们发现，金属杆AB中无电流时，没有受到力的作用。有电流时，受到了磁场力的作用，并且随着电流方向或磁场方向的改变而改变。

实验结论：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与原来相反时，力的方向也与原来相反；当电流方向和磁场方向同时改变时，力的方向改变。

2.电动机的原理和构造

（1）工作原理：通电线圈在磁场中受力而转动。

（2）构造：电动机主要由两部分组成，一是固定不动的部分，称为定子，另外是转动的部分，称为转子。从解剖的小型电动机模型来看，定子是永磁体，转子是线圈。

（3）换向器：

a.构造：由两个铜制半环构成，如图所示，其中F和E是两个铜制半环，叫换向器，与电动机中的线圈两端连接，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动，A和B是电刷，它们跟半环接触，使电源和线圈组合成闭合电路。

b.作用：能自动的改变线圈中的电流方向，是线圈能连续转动，即不论是线圈的哪个边，只要它靠近S极都