第20章 第5节 磁生电 ----2024-2025学年人教版物理九年级下学期

第二十章 电与磁 第5节 磁生电 重大发现 1820年，丹麦物理学家奥斯特用实验证实了通电导体的周围存在磁场。 第一次揭示了电和磁之间的联系。 电流的磁效应 即电生磁 逆向思考→ 奥斯特发现电流的磁效应后，许多科学家都在 思索：既然电能生磁，那么磁能否生电呢？ 奥斯特实验 英国物理学家法拉第在1821—1831十年间，进行了多次实验，最终发现了电磁感应现象，即利用磁场产生电流的规律。 进一步揭示了电和磁之间的联系，并根据这个发现，发明了发电机，实现了他利用磁场获得电流的愿望。使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化的时代。 磁生电 一、什么情况下磁能生电 实验 探究什么情况下磁可以生电 提出问题 ①怎样才能使磁生电？ ②磁场产生的电流大小、方向由什么决定？ 设计实验 ①电流看不见、摸不着，如何知道磁场中产生了电流？可借助什么实验仪器？ 可以利用转换法，看电流表的指针是否偏转来判断是否有电流产生。 ②产生电流的大小、方向可能与多个因素有关, 实验还要用到________法。 (1)实验方法： 控制变量 使用灵敏电流计 增强磁场 增加导线数量 （2）如果发现电路中产生的电流太小，电流表指针偏转不明显，应该如何改进实验？ 零刻度处于中央，指针能向左右两侧偏转，更便于观察电流方向。 一、什么情况下磁能生电 实验器材：蹄形磁铁、导体、灵敏电流计、开关 实验步骤： （1）将部分导线ab放置于磁场中，开关断开，导体在磁场中上下左右运动，观察电流计指针偏转。 （2）将部分导线ab放置于磁场中，开关闭合，使导线在磁场中保持静止，观察电流计的指针偏转。 （3）保持磁场方向不变，开关闭合，将导线ab左右移动，观察电流计的指针偏转。 （4）保持磁场方向不变，开关闭合，将导线ab上下移动，观察电流计的指针偏转。 （5）保持磁场方向不变，开关闭合， 将导线ab倾斜一定角度移动，观察电流计的指针偏转。 （6）调换磁极方向，开关闭合，将导线ab左右移动，观察电流计的指针偏转。 什么情况下磁能生电 进行实验：在蹄形磁铁的磁场中放置一根导线，导线两端跟电流表连接。 实验记录 序号 开 关 磁场方向 导体ab的运动方向 指针的偏转方向 产生的电流方向 1 断开 上N下S 向各个方向运动 都不偏转 / 2 闭合 上N下S 静止不动 不偏转 / 2 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转 向左 3 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转 向右 4 闭合 上N下S 向上运动 不偏转 / 5 闭合 上N下S 向下运动 不偏转 / 6 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转 向右 7 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转 向左 一、什么情况下磁能生电 分析——①电流有无②电流方向 实验结论 （1）产生电流的条件： ①闭合电路的一部分导体 ②导体做切割磁感线运动 （导体切割磁感线） 把磁感线想象成一根根实实在在的线，导体想象成一把刀 （2）产生的电流的方向跟： ①导体的运动方向 ②磁感线方向（磁场方向） 有关 导线的运动方向要与磁感线的方向 垂直或有一定夹角，不能平行。 当其中一个方向改变时，电流方向随之改变， 但两个方向同时改变时，产生的电流方向不变。 判断练习： 如图甲所示，ab表示闭合电路中的部分导体，v表示导体ab的运动方向，I表示产生感应电流的方向。根据图甲判断乙、丙、丁三图中的感应电流方向。 实验结论 （1）产生电流的条件： ①闭合电路的一部分导体 ②导体做切割磁感线运动 （2）产生的电流的方向跟： ①导体的运动方向 ②磁感线方向（磁场方向） 有关 磁场产生电流的大小与： ______________________________________________________________有关。 拓展补充: 磁场的强弱、导体切割的速度、切割的导体数目、切割的导体有效长度 10 产生电流的条件： ①电路闭合的一部分导体 ②导体做切割磁感线运动 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中产生电流的现象叫电磁感应。 电磁感应现象所产生的电流叫感应电流。 电磁感应现象 感应电流的方向与 有关。 磁场方向、导体切割磁感线的运动方向 电磁感应现象的应用 发电机、变压器等 发电机 变压器 实验室手摇发电机 再将手摇发电机与电流表连接起来，线圈在磁场中转动 时，可以看到电流表的指针会左右摆动，这说明发电机 发出的电流大小和方向都是变化的。 将手摇发电机与灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到灯泡会发光，说明有电流产生。 二、发电机 发电机是怎样发电的？ 手摇发电机 实验视频 实验室手摇发电机 1.观察模型式手摇发电机的构造 演示 2.观察发电机转速对小灯泡亮度的影响 把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联，转动摇把。 两个二极管交替发光，说明产生的电流方向在不断改变。 这种方向不断发生改变的电流我们叫做 交变电流，简称交流电。 方向不变的电流叫做直流电，如干电池、蓄电池提供的电流都是直流电。 3.检验手摇式发电机电流方向的变化 拱形磁体；导线；皮带和机械齿轮。 转速越快小灯泡越亮。 线圈不断旋转作切割磁感线运动，每当转过180度以后，线圈每条边的运动方向就变成正好相反，产生感应电流的方向也会相反，于是线圈和外部电路就会产生方向不断改变的感应电流。 ▲每转半圈改变1次电流方向； 每转一圈改变2次电流方向。 交流电 （交变电流） ↓ 交流电(AC) (1)概念：大小和方向随时间周期性变化的电流，叫交变电流，简称交流电。 (2)频率：电流在每秒内周期性变化的次数。单位是赫兹（Hz）； 我国电网交流电频率为50Hz。（每秒内转50圈，电流方向改变100次） (3)周期：转一圈需要的时间。单位：s。 我国电网交流供电的周期为0.02S。 每转半圈改变1次电流方向； 每转一圈改变2次电流方向。 alternating current 交流发电机的基本结构 构造： 转子、定子、铜环、电刷 为了把线圈中产生的感应电流输送给用电器，要用铜环和电刷把线圈和用电器连接起来。 利用线圈切割磁感线产生电流 原理：电磁感应现象（磁生电） 交流发电机的基本结构模型 实际使用的交流发电机 原因：线圈匝数多，导线很粗，高速旋转困难； 用电磁铁代替永磁体能得到更强的磁场。 （1）组成：定子——线圈；转子——电磁铁 （2）能量的转化 一般采用线圈不动、磁极旋转的方式 发电机是机械能转化为电能的装置。 发电机的机械能可以来自风，来自高处下落的水，或者汽轮机（核电站）、内燃机、蒸汽轮机（火力发电站）等。 水轮机叶轮 三峡大型发动机组 风力发电 实际的发电机比模型式发电机复杂得多，但仍是由转子和定子两部分组成的。 电动机 发电机 原理 原理图 能量的转化 线圈中电流来源 在电路中相当于 ▲电动机和发电机的区别 归纳总结： 电能转化为机械能 机械能转化为电能 由电源提供 线圈产生感应电流 用电器 电源 通电线圈在磁场中受力转动 电磁感应现象 拓展补充： ▲动圈式话筒的原理——电磁感应现象 注意区分：电铃、扬声器及话筒的原理 电铃——电磁铁（电生磁） 扬声器——电动机（电生磁） 话筒——电磁感应现象（磁生电） 声波接触话筒的膜片时，带动连接的线圈一起振动。线圈在永久磁铁的磁场中振动的过程中切割磁感线，从而产生感应电流（电信号）。 所产生的电信号经放大处理，再通过扬声器转换成我们听到的话筒声音。 1.图中的a表示垂直于纸面的一根导线,它是闭合电路的一部分,它在磁场中按箭头方向运动时,不能产生感应电流的是（ ） A 巩固练习 2.如图所示是研究产生感应电流的实验，下列说法正确的是（　　） A.电磁感应是把电能转化为机械能 B.只对调两个磁极，电流表的指针偏转方向发生改变 C.只要导体ab在磁场中运动，电流表的指针就会发生偏转 D.只改变导体ab切割磁感线的方向，电流表的指针偏转方向不发生改变 B 3.科技创新小组发明了一款新型的带滚轮书包，其内部无电池，但拖动书包使轮子滚动时，嵌在轮子里的灯会发光，行走更安全。下图中能反映此原理的是（  ） D 4.物理活动课中，同学们用如图所示的装置做电磁实验，将导体用两根绝缘细线悬挂放在蹄形磁铁中央，导体两端连接着导线。若要求在虚线框中只接入某个实验器材既可进行相应的实验，则下列说法中正确的是（   ） A.若接入电流表可研究电动机的工作原理 B.若接入灵敏电流计可研究电流的磁效应 C.若接入电池可研究电磁感应现象，与发电机原理相同 D.若接入学生电源可研究通电导体在磁场中受力，与电动机原理相同 D 5.如图所示： （1）图甲是______机模型，它是根据________________________的原理制成的。 图甲中两个电刷AB和中间断开、彼此绝缘的两个铜半环EF组成的 构造叫做______。 (2) 图乙是______机模型，它是根据___________原理制成的。 电动 通电线圈在磁场中受力转动 换向器 发电 电磁感应 6.如题图甲所示是小明设计的振动发电装置，它由一个辐向型的永磁铁(磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布，如题图乙所示)和一个套在辐向型永磁铁槽中的线圈组成，外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线左右往复运动，便有电流通过小灯泡。该装置是利用_____________原理制成的；此装置中线圈相当于________ (选填“用电器”或“电源”)；通过小灯泡的电流是____________(选填“直流电”或“交流电”)。 电磁感应 电源 交流电 7. 某同学用如图所示的装置研究电磁感应。 （1）如图甲所示，保持蹄形磁体竖直放置，使导体从图示位置向上运动， 电路中______（填“无”或“有”）感应电流。 （2）如图乙所示，保持线圈不动，使蹄形磁体快速向左运动，电流表指针______ （填“不会”或“会”）偏转。 （3）利用电磁感应原理工作的装置有_________（选填 “电铃”“扬声器” “电磁起重机”或“动圈式话筒” ）。 会 动圈式话筒 有 磁生电相关探究实验 课作： 1.电动机和发电机的工作原理分别为 、 。 能量转化分别为： 电动机—— 。 发电机—— 。 2. 电铃、扬声器及话筒的原理： 电铃——电磁铁（ ） 扬声器——电动机（ ） 话筒——电磁感应现象（ ） $$