16.5 电磁感应 发电机（教学课件）-【上好课】九年级物理下册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 下册 义务教育教科书 第十六章 电磁转换 琳琅满目的电动玩具散发着诱人的魅力 . 淘气的小鸭扑棱着翅膀； 调皮的小狗摇动着尾巴； 可爱的熊猫晃动着脑袋； 还有那奔驰的小汽车…… 你知道这些电动玩具为什么会动吗？ 从玩具世界到生活空间，处处都离不开电 . 那么，电是从哪里来的呢？ 说明 视频资源 免责声明 致老师、同学 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约60MB. 本ppt共有59张、3段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. ①演示实验——《探究感应电流的产生条件》 ②演示实验——《手摇发电机原理》 ③课堂总结——《发电机原理》 ppt中的部分视频来源于媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 导入新课 第五节 电磁感应 发电机 在1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，即电流的周围存在着磁场。 英国物理学家法拉第经10年的多次探索，于1831年终于取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。 既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？历史上，有许多的物理学家进行了探索。 学习目标 1 知道电磁感应现象。 2 知道产生感应电流的条件，知道感应电流的 方向与导体运动的方向和磁场的方向有关。 3 了解交流发电机的工作原理。 4 了解发电机工作过程中的能量转化。 第五节 电磁感应 发电机 电磁感应现象 第五节 电磁感应 发电机 一 ①观察微型电扇的结构，如图所示。 ②如图所示，在微型电扇的插头处接一个发光二极管，用手旋转叶片，你发现了什么？ ③如果用手指捏紧插头的两极，旋转叶片有什么感觉？ ④上述实验现象说明了什么？ （1）观察“磁生电”现象 1. 电磁感应现象 一、电磁感应现象 （2）观察与实验结果 ①微型电扇主要有磁体、线圈等组成。 ②在微型电扇的插头处接一个发光二极管，用手旋转叶片，发现二极管发光。 ③如果用手指捏紧插头的两极，旋转叶片，感觉手麻麻的。 ④上述实验现象说明电路中有电流通过，利用磁场可以得到电流，即“磁生电”。 一、电磁感应现象 （3）电磁感应现象 利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应现象，电磁感应产生的电流叫作感应电流。 1822年，英国物理学家法拉第开始进行磁生电的探索，经过十年的不懈努力，终于在1831年发现了磁生电的规律。 今天我们沿着科学家的足迹，来研究如何利用磁场来获得电流。 一、电磁感应现象 2. 探究感应电流产生的条件 如图所示将导体AB、开关、小量程电流表和蹄形磁体组装起来。 装 置 信息快递： 小量程电流表俗称灵敏电流计。借助于小量程电流表可以检测出从几十微安到几毫安的电流，并且它的“0”刻度线在中间可以左右偏转显示电流的方向。 一、电磁感应现象 ①让导体AB静止在磁场中，闭合开关，观察回路中是否有感应电流产生. ②在电路闭合时，让导体AB分别沿磁场方向运动和做切割磁感线运动，观察回路中是否有感应电流产生。 ③把观察到的现象记录在表格中。 实 验 信息快递： 可将导体AB想象成一把刀，若它运动时与磁感线相交，则切割磁感线，否则不切割磁感线。 （1）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件 一、电磁感应现象 实验序号 电路部分导体AB在磁场中 电流的有无 1 电路断开 2 静止 3 向上、向下运动 4 向前、向后运动 5 向左、向右运动（切割磁感线) 6 斜着运动（切割磁感线） 无 无 无 有 有 无 一、电磁感应现象 【探究分析】 （1）由实验序号1与2可知，电路断开，没有感应电流产生；电路闭合，导体在磁场中不做切割磁感线运动时，电流表的指针不偏转，表明没有感应电流产生。 （2）由实验序号3与4可知，电路闭合，导体在磁场中不做切割磁感线运动时，电流表的指针不发生偏转，表明没有感应电流产生。 （3）由实验5与6可知，电路闭合，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针发生偏转，表明电路产生了感应电流。 一、电磁感应现象 在电路闭合时，导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。 3. 导体中产生感应电流的条件 导体是闭合电路的一部分；导体在磁场中做切割磁感线运动。 【结论】 一、电磁感应现象 4. 理解产生感应电流的条件 （1）产生感应电流的两个条件缺一不可。如果电路不闭合，导体做切割磁感线运动时，能产生感应电压，不会产生感应电流。 （2）对“切割磁感线运动”的理解：导体运动方向与磁感线方向垂直或有一定的角度，但不能平行。 （3）磁体不动，导体AB左右运动能产生感应电流；若AB不动，磁体左右运动，仍能切割磁感线产生感应电流。 5. 电磁感应现象中的能量转化 在电磁感应现象中，消耗了机械能，得到了电能，即机械能转化为电能。 一、电磁感应现象 【猜一猜】可以通过什么方法改变感应电流的方向? 既然导体做切割磁感线运动时，电路中才会产生感应电流。感应电流的方向应该与导体运动的方向和磁场的方向有关。 （2）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的方向 一、电磁感应现象 一、电磁感应现象 （1）闭合开关让导体向左运动，观察实验现象，发现电流表指针向右偏转。 （2）闭合开关让导体向右运动，观察实验现象，发现电流表指针向左偏转。 【进行实验】 一、电磁感应现象 （3）将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体向左运动，电流表指针向左偏转。 （4）将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体向右运动，电流表指针向右偏转。 一、电磁感应现象 【探究分析】 （1）比较实验（1）与（2）或（3）与（4）的实验可知，在磁场方向不变时，导体做切割磁感线运动的方向相反，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向有关。 （2）比较（1）与（3）或（2）与（4）的实验可知，在导体做切割磁感线运动的方向相同时，调换磁体N、S极的位置，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与磁场的方向有关。 （3）比较（1）与（4）或（2）与（3）的实验可知，磁极和导体切割磁感线的方向均发生了改变，但感应电流的方向不变，说明同时使磁场方向和导体做切割磁感线运动的方向反向时，感应电流方向不变。 一、电磁感应现象 【实验结论】 在电磁感应中，感应电流的方向跟导体在磁场中做切割磁感线运动的方向和磁场的方向有关。 只改变磁场的方向或导体做切割磁感线运动的方向，感应电流的方向改变；若同时将磁场的方向和导体做切割磁感线运动的方向改变，则感应电流的方向不变。 一、电磁感应现象 视频演示——《探究感应电流的产生条件》 （1）该实验中，灵敏电流计的作用是____（写出一条）； （2）确认灵敏电流计能正常工作后，小明同学发现，无论导体在磁场中怎样运动，灵敏电流计的指针均不见发生偏转，其主要原因可能是______（写出一条）； （3）在教师的指导下，兴趣小组对实验进行完善后，根据观察到的现象可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做_______________运动时，电路中会产生感应电流； （4）在此实验过程中，能量转化情况是__________________。 【例题1】如图是“探究什么情况下磁可以生电”的装置，用棉线将一段导体 悬挂起来，放置于蹄形磁体的磁场中，再用导线把导体和灵敏电流计连接起来，组成了闭合电路。 切割磁感线      判断感应电流 的大小或方向     产生的电流太小或电路不是闭合回路        机械能转化为电能  一、电磁感应现象 （1）实验中灵敏电流计的作用是判断产生感应电流的大小、判断产生感应电流的方向。因为电路中有电流通过时，灵敏电流计的指针会偏转，电流大小不同，偏转程度也不同，电流方向不同，偏转方向也不同。 一、电磁感应现象 （2）灵敏电流计能正常工作后，灵敏电流计的指针均不见发生偏转，其主要原因可能是电流太小，或电路不是闭合回路，没有电流产生。 （3）由观察到的现象可知闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。 （4）电磁感应现象中，消耗机械能得到电能，即把机械能转化为电能. 发 电 机 二 第五节 电磁感应 发电机 二、发电机 1. 实验探究：手摇发电机的发电情况 （1）观察与实验 发电机怎样发电？以手摇发电机为例学习。 ①观察模型式手摇发电机的构造 磁极是什么形状的？线圈是通过哪些装置和灯泡连接起来的？摇把是通过什么带动线圈转起来的？ ②摇动手柄时，你观察到什么现象？这说明什么问题？ ③将小灯泡换成小量程电流表，缓缓地摇动手柄，你发现了什么现象？说明了什么问题？ 二、发电机 手轮 磁铁 线圈 小电灯 电刷 换向器 （2）观察结果 ①手摇发电机的主要构造 磁铁形状是蹄形磁铁 ；线圈是通过电刷与灯泡（或发光二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。 ②摇动手柄时，观察到小灯泡闪烁发光。如果快速摇动轮盘时，会观察到灯泡更亮。说明摇动转轮的转速越大，灯泡发光越亮。 ③将小灯泡换成小量程电流表，缓缓地摇动手柄，会观察到电流表指针左右来回摆动，这说明该发电机产生的电流的方向在改变。 二、发电机 二、发电机 （1）交变电流：线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性变化，这种电流叫作交变电流。 （2）交流电的频率：我们日常生活中使用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化。即交流电的频率为 f=50/s=50HZ 周期为T=0.2s （3）交流发电机：发电机线圈在转动过程中，线圈中电流的大小和方向重复发生相同的变化，这种变化叫作周期性变化，这种发电机叫作交流发电机。 2. 交变电流 二、发电机 视频演示——《观察手摇发电机》 二、发电机 （1）发电机主要构造 磁铁、线圈abcd、铜环K和L、电刷A与B等。 （2）主要部分作用 ①磁铁：用来产生磁场； ②线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流； ③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路； ④电刷：感应电流通过电刷流出。 3. 交流发电机 磁铁 铜环 电刷 线圈abcd 二、发电机 （3）交流发电机工作原理示意图 导线ab边向左运动，cd边向右运动，不切割磁感线，没有电流。 导线ab边向下切割磁感线，cd边向上切割磁感线，产生感应电流。外部电流方向为A到B。 B A 线圈转过半周时，ab边向右运动，cd边向左运动，不切割磁感线，没有电流。 导线ab边向上切割磁感线，cd边向下切割磁感线，产生感应电流。外部电流方向为B到A。 B A 甲 乙 丙 丁 二、发电机 ①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。 ②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。 ③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。 甲 乙 丙 丁 二、发电机 4. 实际发电机的构造与能量转化 （1）构造 主要有磁体、线圈、铜环和电刷四个基本组成部分。概括地讲是由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。实际上大型发电机多采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机。 转子 定子 大型发电机安装转子 二、发电机 机械能 电能 （2）发电机的能量转化 从能量转化的角度看，发电机是一种将机械能转化为电能的装置。在发电的过程中，由于线圈存在电阻以及转动系统存在摩擦，因此还有部分能量转化为内能。 二、发电机 视频演示——《发电机原理》 A．发电机的工作原理是电磁感应，不是利用电流的磁效应，故A错误； B．发电机消耗机械能获得电能，是将机械能能转化为了电能，故B错误； C．发电机线圈转得越快，切割磁感线的速度就越大，则产生的感应电流越大，小灯泡越亮，故C正确； 【例题2】如图甲把一台手摇发电机跟小灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到小灯泡会发光。下列说法正确的是（　　） A．发电机是利用电流的磁效应来工作的 B．发电机将电能转化为了机械能 C．线圈转得越快，小灯泡越亮 D．如果将小灯泡换成如图乙的电流表，指针一直偏向右边 二、发电机 故选C。 D．如果将小灯泡换成如图乙的电流表，当线圈在磁场中转动做切割磁感线运动时，在前半圈和后半圈，线圈切割磁感线的方向是相反的，则产生的感应电流方向也不断交替改变，故电流表的指针会不断左右交替偏转，故D错误。 C 【例题3】如图所示，下列与电磁现象有关的分析中正确的是（　　） A．图甲：该装置利用的是发电机的原理 B．图乙：该装置可以用来研究电动机的工作原理 C．图丙：铁棒靠近小磁针，小磁针偏转说明铁棒一定具有磁性 D．图丁：铁钉B吸引大头针更多说明电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关 D 二、发电机 A．甲图中有电源，闭合开关后，导体棒就会在磁场中运动起来，是由于通电导体在磁场中受到力的作用，根据这个原理制成了电动机，故A错误； B．乙图中，导体棒在磁场中切割磁感线，灵敏电流计就会发生偏转，产生了电流，是电磁感应现象，利用该装置制成了发电机，故B错误； C．丙图中铁棒靠近小磁针，即使铁棒没有磁性，小磁针也会吸引铁棒，由于力的作用是相互的，图中小磁针也会被铁棒吸引，不能确定铁棒是否具有磁性，故C正确； D．丁图中，铁芯相同、电流相同，只有线圈的匝数不同，铁钉B吸引大头针更多说明电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关，故D正确。 二、发电机 电从发电厂到千家万户 生活•物理•社会 电能在工农业生产、城市建设和人们的日常生活中占据极为重要的地位。这是因为电能具有易于产生、传输、分配、控制、计量等优点。从电能的产生到应用包含着一系列能量的转化和传输过程。 火力发电厂 水电站 （1）发电厂的能量转化 发电厂把自然界蕴藏的某种形式的能量（如燃料的化学能、水流的机械能、太阳能、原子能等）转化成电能。为了充分、合理地利用自然资源，减少燃料运输以降低发电成本，火力发电厂一般建在燃料产地或交通运输方便的地方，而水力发电站通常建在水力资源丰富的江河、水库等地方。 （2）远距离输电 对于遍布各地、远离发电站的电能用户，需要远距离送电。例如，位于湖北省宜昌市境内长江干流之上的长江三峡水电站，共安装了32台7×105kw的水轮发电机，年发电量约1×1011kW·h，约占全国水力发电总量的20%。为了把电能输送到东部地区，必须架设很长的输电线路。 受绝缘材料的限制，大型发电机产生的电压通常为几千伏到几万伏，以这种电压输送电能，在线路上损失的电能就会很多。所以，发电厂先利用变压器把电压升高到几十万伏后送到交流电网上；高压输电线把电能输送到用电地区的变电站；变电站进行若干次降压，将电压降至220V供家庭用户使用。 利用高压进行远距离输电可以大大减少电能在输送线路上的损失。 生活•物理•社会 电从发电厂到千家万户 发电站 升压变压器 高压输电线路 一次降压变压器 二次降压变压器 普通用户 生活•物理•社会 电从发电厂到千家万户 是不是输电电压越高越好? 电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。所以输电电压也不会无限高。 我国常用的远距离输电采用的电压有110kV、220kV、330kV，输电干线采用500kV的超高压，西北电网达到750kV。 生活•物理•社会 电从发电厂到千家万户 我国供电系统提供的民用交流电压为220V，动力电路的交流电压为380V，而不同的用电设备需要的电压是不同的。例如，机床上的照明灯需要24V的电压；交流电动机通常需要380V的工作电压；电视机内部的电子电路只需要12V的电压，而显像管的工作电压却需要几万伏。 （3）变压器 为了使各种用电器正常工作，需用变压器来改变电压。变压器是利用电磁感应来改变交流电电压的，它能将输人变压器的电压升高（升压变压器），也可以将输入变压器的电压降低（降压变压器）。但是，变压器不能改变直流电的电压。 变压器 生活•物理•社会 电从发电厂到千家万户 课堂总结 三 第五节 电磁感应 发电机 利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，电磁感应产生的电流叫作感应电流。 电磁感应 现象 感应电流 电磁感应发电机 ①导体是闭合电路的一部分。 ②在磁场中做切割磁感线运动。 ①与磁场方向有关。 ②与导体切割磁感线运动的方向有关。 ①原理：电磁感应现象。 ②交变电流：电流的方向周期性变化。 ③基本组成：定子、转子。 ④能量转化：把机械能转化为电能。 交流 发电机 产生 条件 方向 课堂总结（1） 课堂总结（2） 项目 直流电动机 交流发电机 原理图 原理 构造 能量转化 在电路中的作用 区分方法 电动机与发电机比较 通电线圈在磁场中受力转动 电磁感应 与电刷接触的是铜半环 与电刷接触的是铜环 电能转化为机械能 机械能转化为电能 用电器 电源 通电转动 转动生电 实践与练习 四 第五节 电磁感应 发电机 实践与练习 1. 电能的来源比较广泛，试通过具体实例说明自然界中有哪些形式的能可以转化为电能。 电池工作时，把化学能转化为电能；水力发电、风力发电把机械能转化为电能；太阳能发电把太阳能转化为电能；用核燃料代替石化燃料发电把核能转化为电能等。 实践与练习 这个来回运动的物块是磁体。因为磁体运动时，闭合线圈切割磁感线，产生感应电流，灯泡发光。 2. 如图所示是一种手摇发电的手电筒，当沿图中箭头方向来回摇动时，灯泡就能发光。这个手电筒壳体透明，可以清晰地看到里面有线圈，摇动时，可以感觉到有一个物块在来回运动。这个来回运动的物块是什么?你作出猜想的依据是什么? 实践与练习 3. 自制交流发电机模型。 用漆包线绕成一个宽约1.5cm、长约2cm、匝数约10匝的矩形线圈，将线圈两端的导线拉直，留出约1cm长，用刀片将漆刮掉，作为转动轴。将线圈放在支架上，在它下面放一块小磁体。这样，一个最简单的发电机就做成了。如图所示，用纸做一个小风车固定在转动轴上，将小发电机与小量程电流表相连，使小风车转动，观察小量程电流表的指针是否偏转。 描述这台小发电机在发电过程中能量是如何转化的. 在小发电机模型发电的过程中，风能转化为线圈转动的动能，再转化为电能。 发电机模型 综合提升训练 五 第五节 电磁感应 发电机 综合提升训练 1. 做图所示的小实验，用手快速拨动风扇叶片，带动转子转动，这时发现小灯泡发光，微风电扇居然变成了“发电机”！该实验说明了磁能够产生______，这种现象叫作______________，在该现象中_________转化为电能。 风扇内有电动机，电动机由磁体及线圈等组成。用手快速拨动风扇叶片，带动转子转动，线圈切割磁感线，产生感应电流，这就是电磁感应现象，在此现象中，机械能转化为电能。 机械能 电流     电磁感应现象     综合提升训练 2. 如图为电动机和发电机的模型，其中虚线框内的装置叫__________，乙图的工作原理是_____________ ，甲图要加快线圈的转速，写出一种方法：________________。 根据甲图可知，有电源，是电动机模型，故虚线框内的装置是换向器，可以改变线圈中电流的方向；乙图中无电源，线圈转动过程中切割磁感线，产生感应电流，这是发电机的原理图，发电机的工作原理是电磁感应现象。 要使甲图中的线圈转速变快，可增大电路中的电流或增强磁体的磁性。 电磁感应现象 增大电路中的电流 换向器 综合提升训练 3．如图所示，使导体棒ab在磁场中运动，下列说法正确的是（ ） A．用该装置可探究“通电导线在磁场中受力” B．导体棒ab竖直上下运动时，灵敏电流表指针会发生偏转 C．实验过程中将电能转化为导体棒ab的机械能 D．利用该实验揭示的原理发明了发电机 D A．该装置没有电源，不能探究“让通电导体在磁场中动起来”，故A错误； B．闭合开关后，导体棒ab竖直上下运动时，没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，灵敏电流表指针不会发生偏转，故B错误； CD．当导体ab做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，这是电磁感应现象，根据该实验揭示的原理发明了发电机，该实验中将导体棒的机械能转化为电能，故C错误，D正确。 所以选D。 综合提升训练 4．如图所示是小华用漆包线和磁体制作的一台发电机，制作时用刀片将线圈两端的漆全部刮掉，作为转动轴，用纸做一个小风车固定在转轴上，将转轴放在支架上，如图所示，将发电机与小量程电流表相连，转动小风车，电流表指针左右偏转，电路中电流的方向______（填“改变”或“不变”），此过程中发电机将______能转化为电能。若将小量程电流表换成电池， 线圈_____（填“能”或“不能”）持续转动。 不能 改变 机械 综合提升训练 将发电机与小量程电流表相连，转动小风车，线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中会产生感应电流，电流表指针左右偏转，这说明电路中电流的方向是改变的。 此过程中线圈在磁场中转动的机械能转化为电能。 若将图中电流表换成电池，则无风吹时，由于通电线圈处在磁场中故而受力转动，但线圈转动至平衡位置因线圈两端的绝缘漆全部刮掉，无法改变线圈中的电流从而不能持续转动下去。 5．在“科技节”活动中，小明受到物理课上“电与磁”相关知识的启发，制作了如图所示的“小发明”。闭合两开关后电动机都能转动，小灯泡发光。下列说法不正确的是（　　） A．甲电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的 B．对调电源正、负极，小灯泡将不发光 C．甲电动机相当于电路中的用电器 D．乙电动机是利用电磁感应原理工作的 B 综合提升训练 A．磁场对通电导体有力的作用。甲电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的，故A正确，不符合题意； B．对调电源正、负极，小灯泡能够发光，故B错误，符合题意； C．甲电动机是消耗电能的设备，相当于电路中的用电器，故C正确，不符合题意； D．乙电动机此时相当于发电机给灯泡提供电能，是利用电磁感应原理工作的，故D正确，不符合题意。 故选B. 综合提升训练 综合提升训练 6．图所示是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”实验装置。闭合开关后，铜棒AB、电流表、开关组成闭合电路。 （1）要使电流表指针发生偏转，选择一种可行的操作：______。 （2）使铜棒AB上下运动，电流表指针能否发生偏转？为什么？______。 （3）要使电流表指针偏转方向发生改变，可以采取两种方法。 ①___________________________________________； ②_____________________________________________。 使铜棒AB水平向左运动（或使铜棒AB水平向右运动，或使铜棒AB斜向上运动等）。    保持磁场方向不变，改变导体AB在磁场中的运动方向； 保持导体的运动方向不变，将磁体的N、S极对调. 综合提升训练 （1）要使电流表指针发生偏转，即要产生感应电流，闭合 回路一部分导体必须要做切割磁感线运动；由图可知，使铜棒 AB水平向左运动、使铜棒AB水平向右运动、使铜棒AB斜向上 运动或斜向下运动时，都做切割磁感线运动，产生感应电流。 （2）铜棒AB上下运动时，正好和蹄形磁体中磁感线的方向一致，不能做切割磁感线运动，所以不能产生感应电流，电流表的指针不能发生偏转。 （3）由于感应电流的方向与导体的运动方向和磁场方向有关，因此要改变感应电流的方向，可以采取以下措施： ①保持磁场方向不变，改变导体AB在磁场中的运动方向； ②保持导体的运动方向不变，将磁体的N、S极对调，即此时上面为S极，下面为N极。 Lavf59.27.100 $$