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第5节磁生电【新课导思】在微型电扇的插头处连接小灯泡,用手快速拨动风扇叶片,小灯泡会发光。这是什么原因呢?【目标导学】1.通过实验,探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。2.了解电磁感应在生活、生产中的应用。3.了解发电机的原理,知道发电机工作过程的能量转化。【自主预习】1.电磁感应:(1)发现:英国物理学家_______。(2)概念:由于导体在磁场中运动而产生_____的现象,产生的电流叫作_________。法拉第电流感应电流(3)产生感应电流的条件:①_________。②___________。③在磁场中做___________运动。闭合电路一部分导体切割磁感线2.发电机:(1)原理:_________。(2)构造:主要由_____和_____组成。(3)电流特点:发出_____电流。(4)能量转化:_______转化为_____。电磁感应转子定子交变机械能电能知识点一探究什么情况下磁可以生电1.提出问题:什么情况下磁场里的导线中能够产生电流?产生的电流的方向跟哪些因素有关?2.猜想与假设:____________;_____________。提示:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动(或其他猜想)导体运动方向和磁场方向(或其他猜想)3.设计与进行实验:(1)探究产生感应电流的条件。①开关闭合时,让导体AB在磁场中静止不动,观察灵敏电流表的指针是否偏转。②开关断开时,让导体AB做切割磁感线运动,观察灵敏电流表的指针是否偏转。③开关闭合时,让导体AB做切割磁感线运动,观察灵敏电流表的指针是否偏转。④开关闭合时,让导体AB沿平行于磁感线的方向运动,观察灵敏电流表的指针是否偏转。(2)探究影响感应电流的方向的因素。①保持磁场方向不变,改变导体运动的方向,观察灵敏电流表指针偏转方向;②保持导体运动方向不变,改变磁场的方向,观察灵敏电流表指针偏转方向。4.实验记录及分析:实验序号开关磁场方向导体AB的运动方向电流表指针的偏转方向1闭合上N下S静止不动不偏转2断开上N下S向右运动不偏转3断开上N下S向左运动不偏转4闭合上N下S向右运动向左偏转5闭合上N下S向左运动向右偏转实验序号开关磁场方向导体AB的运动方向电流表指针的偏转方向6闭合上N下S向上运动不偏转7闭合上S下N向下运动不偏转8闭合上S下N向右运动向右偏转9闭合上S下N向左运动向左偏转分析实验数据,你可得出的实验结论:(1)产生感应电流的条件:______________________________________________________________________。(2)影响感应电流方向的因素:___________________。提示:(1)第1次实验中,电路闭合,导体AB静止不动,电路中没有产生感应电流;第2、3次实验中,电路断开,导体AB做切割磁感线运动,电路中没有产生感应电流;第4、5次实验中,电路闭合,导体AB做切割磁感线运动,电路中产生感应电流;第6、7次实验中,电路闭合,导体AB运动方向与磁感线平行,没有切割磁感线,电路中没有产生感应电流;由以上分析可知,产生感应电流的条件是:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。(2)分析第4、5(或8、9)次实验可知:在磁场方向一定时,感应电流方向与导体运动方向(或切割磁感线的方向)有关;分析第4、8(或5、9)次实验可知:在导体运动方向(或切割磁感线的方向)不变时,感应电流方向与磁场方向有关;故可得出影响感应电流方向的因素是:导体运动方向(切割磁感线方向)和磁场方向。参考答案:(1)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动(2)导体运动方向(切割磁感线方向)和磁场方向5.交流与讨论:(1)实验中,闭合开关,若保持导体不动,磁体运动,能否产生感应电流?提示:若导体不动,磁体运动,导体也能切割磁感线,电路闭合时也能产生感应电流。参考答案:能产生感应电流(2)在电磁感应现象中,能量是怎样转化的?参考答案:机械能转化为电能(3)电流看不见、摸不着,实验中是怎样判断是否有电流产生的?这是利用了哪种物理学研究方法?实验中还利用了哪种研究方法?参考答案:观察灵敏电流表的指针是否偏转转换法控制变量法【示范题1】(2017·云南中考)发电机是如何发电的呢?同学们用如图所示的装置进行探究。(1)当导体ab静止悬挂起来后,闭合开关,灵敏电流计G指针不偏转,说明电路中____(选填“有”或“无”)电流产生。(2)小芳无意间碰到导体ab,导体ab晃动起来,小明发现电流计指针发生了偏转,就说:“让导体在磁场中运动就可产生电流”,但小芳说:“不一定,还要看导体怎样运动”,为验证猜想,他们继续探究,并把观察到的现象记录如下:序号磁体摆放方向ab运动方向电流计指针偏转情况1N极在上竖直上下运动不偏转2水平向左运动向右偏转3水平向右运动向左偏转4N极在下竖直上下运动不偏转5水平向左运动向左偏转6水平向右运动向右偏转分析实验现象后,同学们一致认为小芳的观点是__________(选填“正确”或“错误”)的,比较第2、3次实验现象发现,产生的电流的方向跟____有关;比较第3、6次实验现象发现,产生的电流的方向还跟____有关。(3)在整理器材时,小明未断开开关,先撤去蹄形磁铁,有同学发现指针又偏转了!他们再重复刚才的操作,发现电流计的指针都偏转,请教老师后得知,不论是导体运动还是磁体运动,只要闭合电路的一部分导体在____中做____运动,电路中就会产生感应电流,这就是发电机发电的原理,此原理最早由英国物理学家____发现。【精讲精析】本题考查实验探究感应电流产生的条件。(1)当导体ab静止悬挂起来后,闭合开关,此时导体没有做切割磁感线运动,灵敏电流计G指针不偏转,说明电路中无电流产生。(2)根据表格中的信息可知,当导体在磁场中运动时,电流计指针不一定偏转,说明不一定产生电流,故小芳的观点是正确的;比较第2、3次实验现象发现,磁场方向相同,导体运动的方向不同,产生电流的方向不同,即产生的电流的方向跟导体运动方向有关;比较第3、6次实验现象发现,导体运动的方向相同,磁场方向不同,产生电流的方向不同,即产生的电流的方向还跟磁场方向有关。(3)电路闭合时,不论是导体运动还是磁体运动,导体都做切割磁感线运动,所以导体中有感应电流产生,这种现象是电磁感应,此原理最早是由英国物理学家法拉第发现的。答案:(1)无(2)正确导体的运动方向磁场方向(3)磁场切割磁感线法拉第【微点拨】电磁感应实验的“3个关键点”(1)切割磁感线:移动导体的方向与磁场方向有一定的夹角,包括正切和斜切或导体不动沿垂直于磁感线方向移动磁体。(2)电表指针不偏转的原因:电路没有闭合,导体静止或导体沿着磁场方向运动。(3)实验改进:增强磁场、用多匝线圈、快速移动导体,增大产生的电流,指针偏转角度增加便于观察。【知识拓展】“做切割磁感线运动”的理解所谓切割磁感线类似于切菜,垂直地切割或斜着切割都可以。这就是说,导体的运动方向一定与磁感线成一定角度,而不是与磁感线平行,否则无法切割磁感线。“切割磁感线运动”指的是导体与磁场的相对运动,磁场不运动,导体运动时,导体能切割磁感线;导体不动,磁场运动,导体也能切割磁感线,同样能产生感应电流。知识点二发电机1.把手摇发电机和灵敏电流表、小灯泡用导线连接起来,组成闭合电路。(1)摇动手柄带动线圈在磁场里转动时,可以看到灵敏电流表的指针随着线圈的转动而左右摆动,这个现象说明发电机发出的电流的特点是:____,这种电流叫_________。提示:灵敏电流表的指针随着线圈的转动而左右摆动,说明流过灵敏电流表的电流大小和方向是变化的,故发电机发出的电流的大小和方向是变化的,这种大小和方向变化的电流叫作交变电流。参考答案:大小和方向是变化的交变电流(2)用不同的速度摇动转轮,会观察到转轮转得快时灯泡亮,转轮转得慢时灯泡暗,这说明发电机发出的电流的大小与____有关,____越大,电流越大。提示:转轮转得快时灯泡亮,说明产生的电流大,转轮转得慢时灯泡暗,说明产生的电流小,由此可知发电机发出的电流的大小与转速有关,转速越大,电流越大。参考答案:转速转速2.实际的发电机主要是由____和____两部分组成的。大型发电机发电时,一般采用____不动,____旋转的方式来发电,为了得到较强的磁场,要用____代替永磁体。参考答案:转子定子线圈磁极电磁铁3.交流与讨论:(1)发电机的原理是什么?参考答案:电磁感应(2)发电机发电的过程中,能量是怎样转化的?参考答案:机械能转化为电能【知识拓展】周期和频率的理解周期和频率是用来表示交变电流特点的两个物理量,周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间,单位是“秒”;频率是指每秒内线圈转动的周数,它的单位是“赫兹”。我国使用的交变电流的周期是0.02s,频率是50Hz,其意义是发电机线圈转一周所用的时间为0.02s,即1s内线圈转50周。因为线圈每转一周电流方向改变两次,所以频率为50Hz的交变电流在一秒钟内电流方向改变100次。【示范题2】(2015·成都中考)如图所示为发电机的工作原理图,下列说法中正确的是()A.发电机的基本原理是通电导体在磁场中受力的作用B.发电机的基本原理是电磁感应C.线圈在转动过程中,感应电流的大小不变D.线圈在转动过程中,感应电流的方向不变【解析】发电机的原理:电磁感应。在发电机工作时,感应电流的大小和方向是时刻变化的。答案:B【微点拨】发电机和电动机的区分(1)明确运动和电流的因果关系。磁场对电流的作用(电动机原理)和电磁感应现象(发电机原理)最大的不同点是运动和电流的因果关系不同,通电导致运动的是磁场对电流的作用(电动机原理),运动导致电流产生的是电磁感应现象(发电机原理)。(2)明确发电机和电动机原理图的区别。发电机由于运动而产生电流,所以线圈之外的电路无电源,而通常有电流表;电动机由于有电而运动,所以线圈之外的电路有电源。【教材图片·考点阐释】命题点感应电流的产生导体AB在磁场中沿____(选填“水平方向左右”或“竖直方向上下”)运动时有感应电流产生,利用此原理制成了____。答案:水平方向左右发电机命题点发电机手摇发电机是根据____原理制成的,发电的过程是____能转化为电能。加快线圈的转动速度,灯泡的亮度________。答案:电磁感应机械变亮