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2024年秋季
北師大版物理
九年級全冊
第十四章 磁現(xiàn)象
第七節(jié) 學(xué)生實驗：探究——產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
1
學(xué)習(xí)目標(biāo)
2
課時導(dǎo)入
3
感悟新知
4
隨堂檢測
5
課堂小結(jié)
電磁感應(yīng)現(xiàn)象
電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用
電流能夠產(chǎn)生磁場，那么磁場能否產(chǎn)生電流呢？如果能，需要什么條件？
1. 電磁感應(yīng) 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。感應(yīng)電流產(chǎn)生條件如圖1 所示。
知識點
電磁感應(yīng)現(xiàn)象
1
2. 理解磁生電的條件
電路是閉合的；一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動。
(1)做切割磁感線運動的導(dǎo)體必須是閉合電路的一部分，而不是整個電路。
(2)只要導(dǎo)體運動的方向與磁感線有一定角度，而不是與磁感線平行，導(dǎo)體就會切割磁感線。
(3)“切割磁感線運動”是指導(dǎo)體與磁場的相對運動。當(dāng)導(dǎo)體不動，磁場運動時能切割磁感線；當(dāng)磁場不動，導(dǎo)體運動時也能切割磁感線。
3. 感應(yīng)電流 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流。
4. 感應(yīng)電流方向的影響因素 導(dǎo)體切割磁感線運動的方向和磁場方向。
5. 感應(yīng)電流大小的影響因素 導(dǎo)體切割磁感線運動的速度、磁場的強弱、切割磁感線運動的導(dǎo)體的有效長度和線圈的匝數(shù)。
逆向思維
既然電能生磁，那磁能生電嗎？
法拉第從1821 年開始做磁生電的實驗。無數(shù)次實驗都失敗了，但他堅信，從反向思考問題的方法是正確的，并繼續(xù)堅持這一思維方式。十年后，他終于提出了著名的電磁感應(yīng)定律，并根據(jù)這一定律發(fā)明了世界上第一臺發(fā)電裝置。
逆向思維
分析法拉第的成功，我們要歸功于逆向思維，歸功于思維的創(chuàng)新。逆向思維也叫求異思維，就是敢于“反其道而思之”。
[中考·淮安] 如圖2 所示是“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”實驗裝置。
例1
解題秘方：實驗類探究題中，經(jīng)常體現(xiàn)的實驗方法有：控制變量法和轉(zhuǎn)換法。我們在解答這類題時，也要注意應(yīng)用這兩種思維方式，得出結(jié)論時，要注意實驗結(jié)果成立的前提。
(1)實驗中，AB 棒的材料可能是________(填“塑料”或“鋁”)。
鋁
解析：在探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實驗中，我們必須保證處于磁場中的這部分是導(dǎo)體，所以我們應(yīng)選擇鋁棒。
(2)我們可以通過靈敏電流計指針是否偏轉(zhuǎn)來判斷電路中是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生；還可以通過指針偏轉(zhuǎn)的方向判斷________。
電流方向
解析：圖中靈敏電流計的指針，在電路中沒有電流時，指在表盤中央；當(dāng)有電流時，指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向一致。由此可知，我們可以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷出電流的方向。
(3)閉合開關(guān)，實驗探究過程記錄如下表所示。
次數(shù) AB 棒在磁場中的運動情況 是否有感應(yīng)電流
1 靜止 無
2 沿磁場方向運動(不切割磁感線運動) 無
3 切割磁感線運動 有
根據(jù)實驗現(xiàn)象，初步得出電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做____________運動，在該運動過程中，主要將機械能轉(zhuǎn)化為______能。
切割磁感線
電
解析：三次實驗中，只有當(dāng)AB 棒在磁場中做切割磁感線運動時才會產(chǎn)生感應(yīng)電流，則我們可以得出結(jié)論：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時，才會產(chǎn)生感應(yīng)電流。在此過程中，主要是將機械能轉(zhuǎn)化為電能。
(4)保持AB 棒運動方向不變，僅將磁體的N、S 極對調(diào)，重復(fù)上述實驗，是為了探究感應(yīng)電流方向與_________的關(guān)系。
磁場方向
解析：保持AB 棒運動方向不變，僅將磁體的N、S 極對調(diào)，重復(fù)上述實驗時，只有磁場的方向發(fā)生了改變，則這次實驗主要是為了探究感應(yīng)電流的方向與磁場方向的關(guān)系。
(5)若將此裝置中靈敏電流計換成______，可進一步探究電動機的工作原理。
電源
解析：電動機工作時，是將電能轉(zhuǎn)化為機械能，由此可知，我們需要在電路中添加電源，即將靈敏電流計換成電源。
特別提醒
通過實驗現(xiàn)象的分析，歸納總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是本實驗的難點，當(dāng)閉合電路中的導(dǎo)體棒的運動方向與磁感線不平行時，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們將這種運動稱為切割磁感線運動。另外注意該實驗裝置中無電源，導(dǎo)體棒先運動后生電，因此機械能轉(zhuǎn)化為電能；而電動機的原理是通電導(dǎo)體在磁場中受力而運動，該裝置中必須有電源，先通電后運動，要注意區(qū)分。
1. 發(fā)電機
(1)原理：電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
(2)能量轉(zhuǎn)化：機械能轉(zhuǎn)化為電能。
(3)結(jié)構(gòu)：磁極、線圈、電刷(A、B)、滑環(huán)或換向器。
知識點
電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用
2
(4)分類：
①交流發(fā)電機(滑環(huán)為兩個圓環(huán)，如圖3 甲中K、L)：線圈在磁場中周期性切割磁感線，產(chǎn)生大小和方向周期性變化的電流，稱為交流電，這種發(fā)電機稱為交流發(fā)電機。
②直流發(fā)電機(滑環(huán)為兩個半環(huán)，如圖乙中E、F)：在結(jié)構(gòu)上，和電刷相連的滑環(huán)為兩個半環(huán)(換向器)，雖然線圈中產(chǎn)生的是交流電，但供給外部電路的電流方向保持不變，這種發(fā)電機稱為直流發(fā)電機。
易錯提醒
不管是直流發(fā)電機還是交流發(fā)電機，線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，切割磁感線的方向發(fā)生改變，因此，線圈中產(chǎn)生的都是交流電。直流發(fā)電機和電刷相連的是用兩個半環(huán)組成的換向器，對外部電路而言，電流方向不變，為直流電。
知識鏈接
交流電的周期和頻率。
(1)頻率：交流電在1 s 內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲(Hz)。我國交流電的頻率為50 Hz。
(2)交流電周期性變化一次所需的時間叫作周期，我國生產(chǎn)生活中的交流電周期是0.02 s。即：1 s 內(nèi)有50個周期，交流電的方向每個周期改變兩次。發(fā)電機的線圈每秒轉(zhuǎn)50 圈。
2. 動圈式話筒：
(1)原理：電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
(2)構(gòu)造：膜片、永磁體、線圈。
(3) 工作過程：聲波引起膜片振動，
膜片帶動線圈在磁場中做切割磁感線運動，產(chǎn)生隨聲音變化的電流，將聲音信號轉(zhuǎn)化為隨聲音變化的電流信號。
易錯提醒
動圈式話筒與動圈式揚聲器：動圈式話筒將聲音轉(zhuǎn)化為隨聲音變化的電流，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，是利用磁生電，其原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象；動圈式揚聲器是將電信號轉(zhuǎn)化為聲音信號，是由于通電線圈在磁場中受力振動而產(chǎn)生聲音，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。
［中考·威海］含有金屬線圈的門禁卡靠近周圍有磁場的讀卡器，就會在門禁卡工作電路中產(chǎn)生電流。下列選項中與這一工作原理相同的是( )
例2
試卷評析：本題考查了電磁感應(yīng)實驗與奧斯特實驗、電動機原理實驗的區(qū)分，難度不大， 屬于基礎(chǔ)題。
解析：含有金屬線圈的門禁卡靠近周圍有磁場的讀卡器時，就會在門禁卡工作電路中產(chǎn)生電流，是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
圖A 是奧斯特實驗的原理圖，說明通電導(dǎo)線的周圍存在磁場；圖B 是通電導(dǎo)線在磁場中受力的作用，與電動機的工作原理圖相同；圖C 是通電線圈在磁場中受力的作用，是電動機的工作原理圖；圖D 是發(fā)電機原理圖，是閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故D 符合題意。
答案：D
方法點撥
本題考查電和磁的三種基本關(guān)系。電生磁叫電流的磁效應(yīng)，磁生電叫電磁感應(yīng)，另外通電導(dǎo)體在磁場中會因受力而運動。識辨時先看有無電源，沒有電源的是要產(chǎn)生電，是電磁感應(yīng)，是發(fā)電機和話筒的原理；如果既有電源又有磁場，則為通電導(dǎo)體在磁場中受力而運動，是電動機和揚聲器的原理；如果沒有磁場，則屬于電流的磁效應(yīng)，是電磁鐵、電磁繼電器的原理。
1．[2023·新疆]如圖所示，a表示垂直于紙面的一根導(dǎo)線，它是閉合回路的一部分。它在磁場中按箭頭方向運動時，導(dǎo)線a中會產(chǎn)生感應(yīng)電流且方向相反的兩種情況是(　　)
A．①和② B．①和③ C．②和④ D．③和④
D
2．如圖所示，甲、乙分別是動圈式話筒和動圈式揚聲器的結(jié)構(gòu)圖，
下列分析較合理的是(　　)
A．甲工作的原理是通電線圈在磁場中受力振動
B．乙工作的原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象
C．甲工作時線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，受磁場力的作用
D．乙工作時消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為機械能
C
3．[2023·宜昌]如圖甲所示，把一臺手搖發(fā)電機跟小燈泡連接起來，使線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，可以看到小燈泡發(fā)光。
下列說法正確的是(　　)
A．發(fā)電機是利用電流的磁效應(yīng)來工作的
B．發(fā)電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能
C．線圈轉(zhuǎn)得越快，小燈泡越亮
D．如果將小燈泡換成如圖乙的電流表，則指針一直偏向右邊
C
原理
電磁感應(yīng)
發(fā)電機
結(jié)構(gòu)
交流電
定子、轉(zhuǎn)子

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