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第5節(jié) 磁生電
聯(lián)想情景導(dǎo)入
人們首先發(fā)明了電池，由電池提供電能,后來又發(fā)明了發(fā)電機，由發(fā)電機提供電能。現(xiàn)
在我們所用的電能，從生活用電到交通運輸、工廠企業(yè)用電，主要來自發(fā)電站里的發(fā)電機。那么發(fā)電機是怎樣發(fā)電的呢 讓我們通過電磁感應(yīng)的原理來了解一下發(fā)電機是怎樣發(fā)電的吧。
重點知識詳解
一、磁生電 電磁感應(yīng)
1．電磁感應(yīng)。
實驗操作：如上圖所示．將一根導(dǎo)體放入磁場中，導(dǎo)體和電流表串聯(lián)成一個閉合回路。觀察下列情況下電流表中有無電流。
(1)導(dǎo)體在磁場中不動；
(2)導(dǎo)體在磁場中做垂直于磁場方向的運動；
(3)導(dǎo)體在磁場中做平行于磁場方向的運動；
(4)電路斷開時，重復(fù)第3步實驗。
實驗現(xiàn)象：
實驗步驟 試驗現(xiàn)象 說明
導(dǎo)體在磁場中不動 指針不偏轉(zhuǎn) 無電流
導(dǎo)體向上運動 指針不偏轉(zhuǎn) 無電流
導(dǎo)體向下運動 指針不偏轉(zhuǎn) 無電流
導(dǎo)體向右運動 指針偏轉(zhuǎn) 有電流
導(dǎo)體向左運動 指針偏轉(zhuǎn),方向與上面相反 有電流
電路斷開，導(dǎo)體向右、左運動 指針不偏轉(zhuǎn) 無電流
實驗結(jié)論：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生
電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。如果電路不閉合,當(dāng)導(dǎo)體做
切割磁感線運動時，導(dǎo)體中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，但導(dǎo)體兩端會有感應(yīng)電壓。
2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化：電磁感應(yīng)中，用力移動導(dǎo)體，消耗了機械能。卻在閉合電路中產(chǎn)生了電能。這就實現(xiàn)了機械能向電能的轉(zhuǎn)化。
3．感應(yīng)電流的大小與哪些因素有關(guān)：導(dǎo)線切割的速度大，電流大；永磁鐵的強度大，電流大；切割導(dǎo)線的條數(shù)多，電流大；切割的有效長度長。電流大。感應(yīng)電流的大小與導(dǎo)線切割的速度、方向無關(guān)。
二、交流發(fā)電機的工作原理
1．發(fā)電機：利用電磁感應(yīng)原理，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C械，可分為交流發(fā)電機和直流發(fā)電機兩類，基本構(gòu)造如下：
2．發(fā)電機的工作原理:ab和cd不斷做切割磁感線運動，由于磁感線方向是不變的，而ab和cd的運動方向總是相反，并且不斷改變，于是線圈和外部電路就有了方向不斷改變的感應(yīng)電流。當(dāng)線圈平面和磁感線垂直時，兩邊的運動方向和磁感線平行,不切割磁感線，線圈上元感應(yīng)電流。當(dāng)線圈平面和磁感線平行時，兩邊的運動方向和磁感線垂直,切割磁感線，線圈上有感應(yīng)電流。
3．交流電：從以上圖示分析可知，線圈轉(zhuǎn)動一周。電流方向改變兩次。這種周期性改
變方向的電流叫做交流電。
(1)周期：完成一次周期性變化需要的時間(秒)。
(2)頻率：1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)(赫茲)。
我國交流電周期是0．02秒,頻率為50赫茲。每秒電流方向改變100次。
4．電動機和發(fā)電機的比較。
直流電動機 交流發(fā)電機
原理 利用通電線圈在磁場里發(fā)生轉(zhuǎn)動的原理制成 利用電磁感應(yīng)原理制成
構(gòu)造 與電刷接觸的是換向器 與電刷接觸的是兩個銅環(huán)
能量轉(zhuǎn)化 電能 機械能 機械能 電能
在電路中的作用 用電器 電 源
精典例題解析
[例1] 下列四幅實驗裝置圖所反映的原理，對發(fā)電機的發(fā)明有直接影響的是 ( )
[解析] 這四幅圖是電磁學(xué)中四幅經(jīng)典的圖，反應(yīng)了四種不同的原理，我們應(yīng)熟知這些圖所
表示的含義。圖A是奧斯特實驗裝置,該實驗表明電流周圍存在著磁場。同時還說
明電流的磁場方向跟電流方向有關(guān)。圖B是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的裝置。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。電磁感應(yīng)現(xiàn)象對
發(fā)電機的發(fā)明有直接影響。圖C是用來研究磁場對通電導(dǎo)線有力的作用，該原理對
電動機的發(fā)明有直接影響。圖D是用來判斷螺線管極性的右手螺旋定律。
[答案] B
[例2] 如圖所示是研究電磁感應(yīng)的實驗裝置。
(1)．保持導(dǎo)線n6不動．閉合開關(guān)。靈敏電流計的指
針不動，這時導(dǎo)線中_________電流。
(2)保持電路閉合．當(dāng)導(dǎo)線曲向左運動和向右運動時，
靈敏電流計的指針會向左和向右偏轉(zhuǎn)。表明導(dǎo)線中
的感應(yīng)電流方向與__________有關(guān)。
(3)將U形磁鐵反轉(zhuǎn)對調(diào)磁極，閉合開關(guān)。當(dāng)導(dǎo)線ab
向左運動和向右運動時,靈敏電流計的指針會向右
和向左偏轉(zhuǎn)．表明導(dǎo)線中的感應(yīng)電流方向與_________有關(guān)。
[解析] 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件之一是電路必須閉合，因而在開關(guān)斷開的情況下,無論導(dǎo)體ab
如何運動,電流表指針都不會偏轉(zhuǎn)，說明電路中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。在電路閉合的
情況下。ab邊必須做切割磁感線運動。電路中才會有感應(yīng)電流產(chǎn)生。從實驗中可
知。感應(yīng)電流的方向與運動方向、磁場方向有關(guān)。
[答案] (1)沒有 (2)導(dǎo)體運動方向 (3)磁場方向
[例3] 電與磁的聯(lián)系可由三個重要實驗所證實。這三個實驗如圖所示。
(1)圖甲實驗是著名的____________實驗。它證實了________,應(yīng)用舉例__________。
(2)圖乙實驗證實了_________________,實驗過程中的能量轉(zhuǎn)化是______________；應(yīng)用舉例_______________________________。
(3)圖丙實驗證實了___________，實驗過程中的能量轉(zhuǎn)化是_______________，應(yīng)用舉例____________________________________________。
[答案] (1)奧斯特 電流周圍有磁場 電磁鐵
(2)通電導(dǎo)體在磁場中要受到磁力的作用 電能轉(zhuǎn)化機械能 電動機
(3)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)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電流機械能轉(zhuǎn)化為電能 發(fā)電機
考點應(yīng)試必備
1．如圖所示的四個實驗裝置中,能說明發(fā)電機工作原理的是 ( )
2．小明同學(xué)在實驗室組裝了如圖所示的實驗裝置來探究“什么情況下磁可以生電”。圖中的ab是一根直銅線，ab處于蹄形磁鐵的磁場中，下列情況中能使電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是 ( )
A．閉合開關(guān),導(dǎo)體ab向上運動
B．?dāng)嚅_開，導(dǎo)體ab向左運動
C．閉合開關(guān)，導(dǎo)體ab向右運動
D．?dāng)嚅_開關(guān),導(dǎo)體ab向下運動
3．如圖所示是電動機示意圖，對于圖示的說法，正確的是 ( )
A．圖中繪出的是直流電動機的示意圖，線圈正轉(zhuǎn)到平衡位置
B．圖中繪出的是直流電動機的示意圖，線圈受到磁場力的作用而轉(zhuǎn)動
C．圖中繪出的是交流發(fā)電機的示意圖，此時導(dǎo)線切割磁感線。線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流
D．圖中繪出的是交流發(fā)電機的示意圖，此時導(dǎo)線不切割磁感線，線圈中沒有電流
4．下列關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的說法正確的是 ( )
A．導(dǎo)體在磁場中運動一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流
B．導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向，只跟導(dǎo)體的運動方向有關(guān)
C．導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向,只跟磁感線的方向有關(guān)
D．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,機械能轉(zhuǎn)化為電能
5．下列說法正確的是 ( )
A．直流電動機是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的
B．交流發(fā)電機線圈中產(chǎn)生的是直流電,向外輸送的是交流電
C．交流電動機線圈中的電流是交流電，線圈外的是直流電
D．在電動機中，電能轉(zhuǎn)化成機械能
6．在交流發(fā)電機中，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)至 ( )
A．與磁感線垂直時，感應(yīng)電流最大
B．與磁感線平行時,感應(yīng)電流改變方向
C．與磁感線垂直時,感應(yīng)電流改變方向
D．與磁感線平行時，感應(yīng)電流為零
7．下圖是某同學(xué)探究“什么情況下磁可以生電”的實驗裝置。ab是一根直銅絲，通過導(dǎo)線
接在量程為3A電流表的兩接線柱上,電流表指針指零。當(dāng)使ab迅速水平向右運動時,并
未發(fā)現(xiàn)電流表指針明顯偏轉(zhuǎn)。你認為最可能的原因是 ( )
A．感應(yīng)電流太小,無法使指針明顯偏轉(zhuǎn)
B．銅絲太細，換用銅棒便能使指針明顯偏轉(zhuǎn)
C．應(yīng)把ab改為向左運動
D．應(yīng)把ab改為上下運動
8．如圖實驗裝置做電磁感應(yīng)實驗,能觀察到電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是 ( )
A．開關(guān)S斷開,導(dǎo)體AB豎直向下運動
B．開關(guān)S閉合,導(dǎo)體AB豎直向上運動
C．開關(guān)S斷開,導(dǎo)體AB從紙里向紙外運動
D．開關(guān)S閉合,導(dǎo)體AB從紙外向紙里運動
9．發(fā)電機和電動機的相繼問世,使電能的大規(guī)模生產(chǎn)和利用成為現(xiàn)實，人類社會進入了電氣
化的時代。下圖所示的四幅圖,其中屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗圖及其應(yīng)用圖的是 ( )
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
10．做如圖所示的小窯驗,用手快諫撥動風(fēng)扇葉片。帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這時發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光,
微風(fēng)電扇居然變成了“發(fā)電機”。該實驗說明了磁能夠產(chǎn)生__________,在此現(xiàn)象中
_________轉(zhuǎn)化為電能。
11．在探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的實驗中,某同學(xué)按照圖中的四種情況讓閉合電路的一段導(dǎo)體AB
在磁場中沿箭頭所示方向運動,其中能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是__________圖。
12．如圖是“研究感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān)”的實驗示意圖，比較甲、乙兩圖可以得
出感應(yīng)電流方向與_______有關(guān)的結(jié)論；比較甲、丙兩圖可以得出感應(yīng)電流方向與_________有關(guān)的結(jié)論。
13．如圖所示是兩用電機示意圖。試回答下列問題：
(1)當(dāng)S1閉合、S2斷開時。表示一個什么電機 _________。能量如何轉(zhuǎn)化 __________ 。
(2)當(dāng)S1斷開、S2閉合時，表示一個什么電機 ________。能量如何轉(zhuǎn)化 __________。換向器起什么作用 __________。
14．(1)圖甲和圖乙是電學(xué)中很重要的兩個實驗，其中甲圖裝置是研究___________的規(guī)律；乙圖裝置是研究_________________的規(guī)律。
(2)圖丙是法拉第發(fā)明的能夠產(chǎn)生持續(xù)電流的機器 發(fā)電機,金屬圓盤可以看成是由
無數(shù)根長度等于圓盤半徑的導(dǎo)線組成的。金屬圓盤在磁極間不斷轉(zhuǎn)動，每根導(dǎo)線都
在做切割磁感線運動,從而產(chǎn)生持續(xù)的電流。某校探究小組仿制了這個發(fā)電機裝置
(如圖丁)，對影響電流大小的因素進行如下探究：
①當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速增大時,電流表指針偏轉(zhuǎn)增大，說明電流大小跟_______有關(guān)；
②保持圓盤轉(zhuǎn)速不變，換用一個半徑更大的金屬圓盤，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)更大，說明電流大小還跟__________有關(guān)；
③保持圓盤轉(zhuǎn)速不變，換用_________，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)更大,說明電流大小跟磁場
強弱有關(guān)。
參考答案：
第5節(jié) 磁生電
1．A 2．C 3．B 4．D 5．D 6．C 7．A 8．D 9．B
10．電 機械能
11．C
12．導(dǎo)體運動方向磁場方向
13．(1)發(fā)電機機械能轉(zhuǎn)化為電能 (2)電動機 電能轉(zhuǎn)化為機械能 自動改變電流方向 14．(1)通電導(dǎo)體在磁場中運動 電磁感應(yīng) (2) ①閉合電路中導(dǎo)體運動的速度 ②運動導(dǎo)體的有效長度 ③強磁場
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