資源簡介

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第二十章 電與磁
第5節 磁生電
1.知道電磁感應現象及產生感應電流的條件。
2.知道在電磁感應現象中，能量的轉化。
3.知道發電機的構造和工作原理。
學習目標
　　奧斯特發現電流的磁效應后，許多科學家都在思索：既然電流能產生磁，那么磁能否產生電呢？
　　英國物理學家法拉第在10年中做了多次探索，1831年終于取得突破，發現了利用磁場產生電流的條件和規律。
　　根據這個發現，后來發明了發電機，使人類大規模用電成為可能，開辟了電氣化的時代。
新知導入
風力發電
水力發電
火力發電
思考：發電機是如何發電的呢？
【提出問題】什么情況下磁場里的導線中能夠產生電流？
【猜想與假設】
（1）能夠產生電流，導線要連成閉合電路。
（2）通電導線在磁場中受力運動，那么反過來，讓導線在磁場中運動，可能會產生電流。
1. 實驗探究：什么情況下磁能生電
新知學習
01 什么情況下磁能生電
【設計實驗】
（1）用蹄形磁體提供磁場。
（2）用電流表檢驗電路中是否有電流。
（3）產生電流的條件可能有多個，采用控制變量法進行探究。
（4）蹄形磁體、導線、電流表。
（5）在蹄形磁體的磁場中放置一根導線，導線的兩端跟電流表連接，如圖所示。進行如下操作，注意觀察電流表指針是否發生偏轉。
實驗 操作
示意圖
實驗 現象
（1）閉合開關，讓導線AB在磁場中靜止
（2）讓導線在磁場中沿豎直方向上下運動（與磁感線平行）
【進行實驗】
指針不偏轉
指針不偏轉
實驗 操作
示意圖
實驗 現象
（3）讓導線在磁場中沿水平方向里外運動（與AB平行）
（4）讓導線在磁場中沿水平方向左右運動（切割磁感線）
指針不偏轉
指針偏轉
實驗 操作
示意圖
實驗 現象
（5）讓導線在磁場中斜向上運動（或斜向下）
（6）斷開開關，讓導線在磁場中沿水平方向左右運動（切割磁感線）
指針偏轉
指針不偏轉
【探究分析】
如果把磁感線想象成一根根實實在在的線，把導線想象成一把刀，表達起來可能會方便些。
（1）由實驗（1）、（2）、（3）可知，
電路閉合，導體在磁場中不做切割磁感線運動時，電流表的指針不偏轉，表明沒有電流產生。
（2）由實驗（4）、（5）可知，電路閉合，導體在磁場中做切割磁感線運動時，電流表的指針偏轉，表明產生了電流。
（3）由實驗（6）可知，電路斷開，導體在磁場中做切割磁感線運動時，電流表的指針不偏轉，表明沒有電流產生。
（1）閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就產生電流，這種現象叫做電磁感應，產生的電流叫做感應電流。
（2）導體中產生感應電流的條件：
①導體是閉合電路的一部分；
②導體在磁場中做切割磁感線運動。
【實驗結論】
2. 注意理解產生感應電流的條件
（1）產生感應電流的兩個條件缺一不可。如果電路不閉合，導體做切割磁感線運動時，能產生感應電壓，不會產生感應電流。
（2）對“切割磁感線運動”的理解：導體運動方向與磁感線方向垂直或有一定的角度，但不能平行。
（3）磁體不動，導體AB左右運動能產生感應電流；若AB不動，磁體左右運動，仍能切割磁感線產生感應電流。
3. 電磁感應現象中的能量轉化
在電磁感應現象中，消耗了機械能，得到了電能，即機械能轉化為電能。
4. 實驗探究：影響感應電流方向的因素
（1）閉合開關讓導體向左運動，觀察實驗現象，發現電流表指針向右偏轉。
（2）閉合開關讓導體向右運動，觀察實驗現象，發現電流表指針向左偏轉。
【進行實驗】
（3）將磁體的N、S極對調，閉合開關，讓導體向左運動，電流表指針向左偏轉。
（4）將磁體的N、S極對調，閉合開關，讓導體向右運動，電流表指針向右偏轉。
【探究分析】
（1）比較實驗（1）與（2）或（3）與（4）的實驗可知，在磁場方向不變時，導體做切割磁感線運動的方向相反，感應電流的方向相反，說明感應電流的方向與導體切割磁感線運動的方向有關。
（2）比較（1）與（3）或（2）與（4）的實驗可知，在導體做切割磁感線運動的方向相同時，調換磁體N、S極的位置，感應電流的方向相反，說明感應電流的方向與磁場的方向有關。
（3）比較（1）與（4）或（2）與（3）的實驗可知，磁極和導體切割磁感線的方向均發生了改變，但感應電流的方向不變，說明同時使磁場方向和導體做切割磁感線運動的方向反向時，感應電流方向不變。
【實驗結論】
在電磁感應中，感應電流的方向跟導體在磁場中做切割磁感線運動的方向和磁場的方向有關。
只改變磁場的方向或導體做切割磁感線運動的方向，感應電流的方向改變；若同時將磁場的方向和導體做切割磁感線運動的方向改變，則感應電流的方向不變。
手搖發電機
1.手搖發電機演示實驗
（1）觀察手搖發電機的構造
（2）觀察發電機轉速對小燈泡亮度的影響。
小燈泡發光，說明電路中有了電流。線圈轉得越快，小燈泡越亮，說明感應電流越大。
02 發電機
(3)檢驗手搖發電機電流方向的變化
把兩個發光二極管極性相反地并聯起來，并與發電機串聯，轉動搖把，觀察二極管的發光情況。
發現二極管交替發光，說明產生的電流方向不停地改變。
交流：如果導線左右往復運動，電流表指針來回擺動，電路中產生的電流是交變電流，簡稱交流。
在交變電流中，電流在每秒內周期性變化的次數叫頻率。我國電網以交流供電，頻率50Hz。
2.交流與直流
直流：電流方向不隨時間而改變的電流叫直流。
從電池得到的電流是直流。
（1）發電機的原理：發電機是利用電磁感應的原理制成的。
3.認識交流發電機
往復運動導線→連續轉動線圈
用銅環和電刷把線圈和用電器連接
（2）發電機的結構
發電機的主要結構是定子（固定部分）和轉子（轉動部分）大型發電機一般采用線圈不動、磁極旋轉的方式發電，且一般用電磁鐵代替永磁體。
（3）發電機的能量轉化
從能量轉化角度來講，發電機是將機械能轉化為電能的裝置
4.發電機的工作過程
當線圈轉到與磁感線垂直時，線圈沒有切割磁感線，線圈中不產生電流
當線圈轉過平衡位置時，線圈切割磁感線，線圈中產生電流
當轉子繼續向下旋轉到達與磁感線垂直位置時，線圈沒有切割磁感線，線圈中不產生電流
當線圈繼續旋轉，線圈轉過了180度以后，線圈的每條邊的運動方向正好相反，故它們產生感應電流的方向也會相反
發電機是機械能轉化為電能的裝置
發電機的機械能可以來自風，來自高處下落的水，或者汽輪機（核電站）、內燃機、蒸汽輪機（火力發電站）等。
水輪機葉輪
三峽大型發動機組
風力發電
5.發電機的能量轉化
電動機 發電機
原理 通電線圈在磁場中受力轉動 電磁感應現象
原理圖
能量的轉化 電能轉化為機械能 機械能轉化為電能
線圈轉動原因 通電線圈受力轉動 在外力作用下轉動
線圈中電流來源 由電源提供 線圈產生感應電流
電路中作用 用電器 電源
發電機和電動機的區別
當你唱歌時，要用到話筒（麥克風），下圖是動圈式話筒構造示意圖， 請用“磁生電”具體說明動圈式話筒的原理.
觀察思考
當你對著話筒說話或唱歌時，聲音帶動膜片振動，與膜片相連的線圈也跟著一起振動，線圈在磁場中做切割磁感線的運動，能產生隨聲音的變化而變化的電流，經過放大后，通過揚聲器還原成聲音。
磁生電
電磁感應：閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中會產生電流
在電磁感應現象中，機械能轉化為電能
感應電流的方向：與導體運動方向和磁感線方向有關
發電機原理：電磁感應現象
發電機的結構：定子、轉子
課堂小結
1.下面幾種做法中，哪種一定能產生感應電流（ ）
A.一段導體在磁場里做切割磁感線運動
B.閉合電路的一部分導體在磁場里運動
C.閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁感線的運動
D.閉合導體在磁場里做切割磁感線運動
C
隨堂練習
2.如圖所示，可以使電流表指針發生偏轉的情況是（ ）
A.開關S斷開，導線ab豎直向下運動
B.開關S閉合，導線ab豎直向上運動
C.開關S斷開，導線ab從紙里向紙外運動
D.開關S閉合，導線ab從紙外向紙里運動
D
3.小明將微風電風扇與小燈泡按如圖所示的電路連接并進行實驗，用手快速撥動風扇葉片，這時發現小燈泡發光，微風電風扇居然變成了“發電機”。關于該實驗，下列說法正確的是(　　)
A
A．電風扇發電的原理是電磁感應
B．電風扇發電的原理是通電導線在磁場中受到力的作用
C．電風扇發電過程是把電能轉化為機械能
D．小燈泡發光是把光能轉化為電能

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