17.3 发电机发电的原理（导学案）物理新教材沪粤版九年级下册

该初中物理导学案聚焦“发电机发电的原理”，核心围绕电磁感应现象、感应电流产生条件及影响因素、发电机工作原理展开。通过自主预习衔接电动机结构知识，以“电生磁”为前导，搭建“磁生电”的认知支架，引导学生逐步深入电磁感应的学习脉络。 此导学案突出科学探究与科学思维培养，必做实验贯穿控制变量法和转换法，通过对比发电机与电动机深化模型建构能力，结合白鹤滩水电站等实例渗透社会责任。习题分层设计，兼顾基础与培优，助力学生形成物理观念，提升分析解决实际问题的能力。

17.3 发电机发电的原理（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 3.4.6 结合实例，了解电磁感应现象。知道发电机的工作原理，知道电磁感应现象的应用。了解电能的生产途径，知道机械能可以转化为电能。 物理观念：认识电磁感应现象及其产生条件，明确感应电流的影响因素，理解发电机将机械能转化为电能的本质，建立“磁生电”的具象认知。 科学思维：通过分析实验现象归纳电磁感应规律，发展归纳推理能力；对比发电机与电动机的结构和原理，培养模型建构与对比分析能力。 科学探究：参与“探究导体在磁场中产生感应电流的条件”必做实验，经历“提出问题→设计方案→实验操作→分析结论”的完整流程，掌握控制变量法和转换法。 科学态度与责任：了解法拉第发现电磁感应的历程，感受科学探究的艰辛与价值；结合白鹤滩水电站等我国能源工程成就，增强民族自豪感，认识电能生产对社会发展的重要意义。 【学习重点】 1．电磁感应现象的定义及感应电流产生的三个必要条件（闭合电路、一部分导体、切割磁感线运动）； 2．感应电流方向的影响因素（磁场方向、导体切割磁感线运动方向）； 3．发电机的工作原理（基于电磁感应现象，将机械能转化为电能）； 4．交流电的特点及发电机与电动机的结构共性。 【学习难点】 1．准确理解“切割磁感线运动”的含义（导体运动方向与磁感线不平行），区分“切割”与“在磁场中运动”的差异； 2．分析发电机线圈转动过程中感应电流的大小和方向变化规律； 3．辨析电磁感应（磁生电）与电流的磁效应（电生磁）的本质区别； 4．运用电磁感应原理解释动圈式话筒等实际应用的工作机制。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．发电机的主要组成部件与电动机相似，均包括定子和转子，其核心功能是将机械能转化为电能。 2．英国科学家法拉第于1831年发现了电磁感应现象，这一发现为发电机的发明奠定了理论基础，使人类从“蒸汽时代”跨入“电气时代”。 3．电磁感应现象是指：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种电流叫做感应电流。 4．感应电流的方向与磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关，当其中一个方向改变时，感应电流方向改变；当两个方向同时改变时，感应电流方向不变。 5．周期性改变大小和方向的电流叫做交流电，我国电网提供的交流电频率为50Hz，即每秒完成50个周期性变化。 【课堂探究】 探究一、探究导体在磁场中产生感应电流的条件（必做实验） 1．探究目标 （1）明确感应电流产生的必备条件，区分“有效切割”与“无效运动”； （2）掌握实验中控制变量法的应用，能通过现象归纳规律。 2．探究过程 （1）实验器材：蹄形磁铁（提供磁场）、单根导线（或线圈）、灵敏电流计（检测电流）、导线、支架（固定导体）。 （2）实验思路：以“是否产生感应电流”为判断标准，通过控制变量法逐一验证“电路是否闭合”“导体是否为电路一部分”“导体是否切割磁感线”三个因素的影响，用灵敏电流计指针偏转作为电流存在的依据（转换法）。 （3）实验步骤及现象记录： 序号 实验条件 灵敏电流计指针偏转情况 结论 （是否产生感应电流） 1 电路断开，导体在磁场中切割磁感线运动 不偏转 否 2 电路闭合，整个导体在磁场中切割磁感线运动（非一部分） 不偏转 否 3 电路闭合，一部分导体在磁场中静止 不偏转 否 4 电路闭合，一部分导体在磁场中平行于磁感线运动 不偏转 否 5 电路闭合，一部分导体在磁场中垂直于磁感线运动（切割） 偏转 是 6 电路闭合，一部分导体在磁场中斜向切割磁感线运动 偏转 是 3．探究结论 感应电流产生的三个必要条件：① 电路必须闭合；② 导体必须是闭合电路的一部分；③ 导体必须在磁场中做切割磁感线运动（运动方向与磁感线不平行）。三者缺一不可。 【例题1】 下列四种情况中，能产生感应电流的是（ ） A．闭合电路的整根导线在磁场中切割磁感线 B．断开电路的一部分导体在磁场中切割磁感线 C．闭合电路的一部分导体在磁场中静止 D．闭合电路的一部分导体在磁场中斜向切割磁感线 【答案】D 【解析】A缺少“一部分导体”条件，B缺少“电路闭合”条件，C缺少“切割磁感线运动”条件，均不满足感应电流产生的必要条件；D符合三个条件，D正确。 探究二、感应电流方向的影响因素 1．探究目标 （1）通过实验探究感应电流方向与磁场方向、导体运动方向的关系； （2）归纳感应电流方向的变化规律，培养归纳推理能力。 2．探究过程 （1）实验控制：基于探究一的成功装置，保持“电路闭合、一部分导体”条件不变，通过控制变量法分别改变磁场方向和导体运动方向。 （2）实验步骤及现象： 序号 磁场方向（N极→S极） 导体切割磁感线运动方向 灵敏电流计指针偏转方向 1 向下（磁铁N极在上，S极在下） 水平向右 向左 2 向下（不变） 水平向左（反向） 向右（反向） 3 向上（磁铁N极在下，S极在上，反向） 水平向右（不变） 向右（反向） 4 向上（反向） 水平向左（反向） 向左（不变） 3．探究结论 （1）感应电流的方向与磁场方向和导体切割磁感线运动方向都有关； （2）规律：当其中一个方向单独改变时，感应电流方向改变；当两个方向同时改变时，感应电流方向不变。 【例题2】如图所示，闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线，灵敏电流计指针向右偏转。若仅将蹄形磁铁的N、S极对调，其他条件不变，则指针偏转情况是（ ） A．不偏转 B．向左偏转 C．向右偏转 D．无法判断 【答案】B 【解析】仅改变磁场方向，根据探究结论，感应电流方向会反向，原指针向右偏转，现在会向左偏转，B正确。 探究三、发电机的工作原理与应用 1．探究目标 （1）结合线圈转动模型，理解发电机产生交流电的过程； （2）对比发电机与电动机的异同，明确“磁生电”与“电生磁”的区别； （3）运用电磁感应原理解释实际设备的工作机制。 2．探究过程 （1）交流发电机的结构与工作过程（结合教材图17-3-6）： ① 基本结构：矩形线圈（转子）、磁体（定子）、滑环、电刷、闭合电路（含灵敏电流计）； ② 关键分析：线圈绕轴转动时，AB边和CD边交替切割磁感线，且切割方向周期性变化； ③ 电流变化规律： Ⅰ．当线圈平面与磁感线垂直时（如教材图17-3-6a、c）：AB、CD边运动方向平行于磁感线，不切割，电路中无感应电流； Ⅱ．当线圈平面与磁感线平行时（如教材图17-3-6b、d）：AB、CD边垂直切割磁感线，切割速度最大，电路中感应电流最大； Ⅲ．线圈转动一周：电流方向改变2次，大小先增大后减小，完成一次周期性变化，形成交流电。 （2）发电机与电动机的对比： 对比项目 发电机 电动机 核心原理 电磁感应（磁生电） 磁场对通电导体有力的作用（电生磁） 能量转化 机械能→电能 电能→机械能 主要部件 线圈、磁体 线圈、磁体、换向器（直流电动机） 外部电路 无需电源（产生电能） 需要电源（提供电能） （3）实际应用： ① 大型发电设备：白鹤滩水电站（水轮机带动发电机）、火电站（汽轮机带动）、核电站（核反应堆加热产生蒸汽驱动汽轮机）； ② 声电转换设备：动圈式话筒（声音振动带动线圈切割磁感线，将声信号转化为电信号）； ③ 新兴技术：手机无线充电（应用电磁感应原理，实现电能无线传输）。 3．探究结论 （1）交流发电机的工作原理：利用电磁感应现象，通过线圈在磁场中持续转动，将机械能（如水流、蒸汽的动能）转化为电能； （2）发电机的核心价值：实现了电能的大规模生产，是现代社会电能供应的核心设备。 【例题3】 下列设备中，工作原理与发电机相同的是（ ） A．动圈式扬声器 B．动圈式话筒 C．电磁铁 D．电铃 【答案】B 【解析】发电机基于电磁感应（磁生电）；动圈式扬声器利用磁场对通电导体的作用力（与电动机原理相同），A错误；动圈式话筒利用声音带动线圈切割磁感线产生电流，属于电磁感应，B正确；电磁铁和电铃利用电流的磁效应，C、D错误。 【归纳整理】 【课堂练习】 题组A 基础过关练 1．1831年，英国物理学家法拉第发现了磁生电，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化新时代。下列图中，闭合开关，回路中可以产生感应电流的是（　　） A． 导体棒向上运动 B． 导体棒向下运动 C． 导体棒向左运动 D． U形磁铁向上运动 【答案】C 【解析】AB．蹄形磁体不动，导体在蹄形磁体中上下运动，导体在磁场中没有切割磁感线运动，电路中没有感应电流产生，故AB不符合题意； C．蹄形磁体不动，导体在蹄形磁体中左右运动，导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中产生感应电流，故C符合题意； D．导体不动，蹄形磁体向上运动，导体在磁场中没有做切割磁感线运动，电路中没有感应电流产生，故D不符合题意。 故选C。 2．卓玛同学下课后对物理课上学习的电与磁知识作了归纳整理，其中记录有错误的是（　　） A．通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样 B．电磁铁的磁性与通入的电流大小和线圈的匝数有关 C．发电机是根据电磁感应原理制成的 D．地磁场的南北极和地理南北极是一致的 【答案】D 【解析】A．通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样，都是由N极出发回到S极，故A正确，不符合题意； B．电磁铁的磁性与通入的电流大小和线圈的匝数有关，通入的电流越大，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强，故B正确，不符合题意； C．闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流，发电机就是根据电磁感应原理制成的，故C正确，不符合题意； D．地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，即地磁场的南北极和地理南北极不是一致的，故D错误，符合题意。 故选D。 3.发电机的主要结构是什么？它的电能从哪里来？又到哪里去？ 【答案】见解析 【解析】发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。最后通过输电网供给民用或商用。 题组B 能力提升练 1．电池产生的电流方向不变，称为直流。观察手摇发电机灯泡的发光与手电筒灯泡的发光，能看出它们有什么不同吗？ 【答案】详情见解析 【解析】手摇发电机灯泡发的光有闪烁，因为手摇发电机发出来的是交流电且电压不稳。手电筒灯泡的光是稳定的亮度，因为它是电池（直流）供电且电压稳定。 2．小科对手机无线充电的原理感到好奇。查阅资料后得知：充电时充电器内的发射线圈产生磁场，手机内的接收线圈会产生感应电流给电池充电，结构如图甲。学过电磁感应原理的小科提出质疑：手机和充电器在充电过程中都不动，并没有做切割磁感线运动，为何会产生感应电流？对此，他设计了图乙实验进行验证。 操作序号 开关及滑动变阻器状态 灵敏电流计指针偏转方向 1 开关由断开变为闭合 向左 2 开关由闭合变为断开 向右 3 开关闭合时，滑片向左移动 向左 4 开关闭合时，滑片向右移动 向右 5 开关闭合后，滑片不移动 不偏转 6 改变电源正负极，闭合开关，滑片向左移动 向左 7 改变电源正负极，闭合开关，滑片向右移动 向右 （1）通过实验小科发现当Q线圈有变化的______时，P线圈中就会产生感应电流。 （2）小科向老师请教，得知当闭合电路围成的平面内，磁感线数量发生改变时，电路中就能产生感应电流。请根据上述事实，解释课本实验中导体ab上下运动时不产生感应电流的原因（图丙）______。 （3）小科发现不同情况下灵敏电流计指针偏转方向不同。他猜测与Q线圈中的电流方向改变有关，于是进行实验并记录现象。请判断小科的说法是否正确，并合理选择上表格中的两次实验说明理由______。 【答案】     电流     该闭合电路内磁感线数量未发生改变     见解析 【解析】（1）[1]通过分析表中信息可知，小科发现当Q线圈有变化的电流时，P线圈中就会产生感应电流。 （2）[2]小科向老师请教，得知当闭合电路围成的平面内，磁感线数量发生改变时，电路中就能产生感应电流。请根据上述事实，课本实验中导体ab上下运动时不产生感应电流的原因（图丙）是该闭合电路内磁感线数量未发生改变。 （3）[3]小科的说法不正确，理由是：比较3、6或4、7可知，Q线圈中的电流方向改变，其他条件不变，灵敏电流计指针偏转方向不改变，说明感应电流方向与Q线圈中的电流方向无关。 3．实验小组在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，连接了如下图所示的实验装置。 （1）实验中是通过观察______来显示电路中是否有电流产生； （2）保持装置不变，改变开关通断状态，让导体AB在磁场中沿不同方向运动，观察灵敏电流计指针的偏转情况，记录在下表中； 实验次数 开关 磁场方向 导体AB运动情况 灵敏电流计的指针偏转情况 1 断开 上N下S 左右或上下运动 不偏转 2 闭合 上N下S 静止 不偏转 3 闭合 上N下S 上下运动 不偏转 4 闭合 上N下S 左右运动 偏转 （3）闭合开关，保持导体AB和蹄形磁铁相对静止，灵敏电流计指针不偏转，说明电路中______（选填“有”或“没有”）电流产生； （4）分析实验1和4可知，要想产生电流的条件之一是开关必须______； （5）分析实验3和4可知，产生电流的另一个条件是电路中的部分导体必须做______运动； （6）分析实验可知，闭合电路中的一部分导体在磁场中______时，导体中就产生电流，这种电流叫做______； （7）实验时电路中产生的感应电流是将______能转化为电能，此原理可用来制造______（选填“电动机”或“发电机”）； （8）如下图所示，a表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分，结合上述实验的结论，判断以下选项中能让a在磁场中水平方向左右运动时产生感应电流的有______ （9）完成上述实验后，小红还想探究感应电流的方向与什么因素有关，于是继续进行了如下实验，并将实验现象填在下表中。比较第5、6（或7、8）次实验可以得出感应电流的方向与______有关，通过比较第______次实验可以得出感应电流的方向还与磁场的方向有关。 实验次数 开关 磁场方向 导体AB运动情况 灵敏电流计的指针偏转情况 5 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转 6 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转 7 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转 8 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转 【答案】     灵敏电流计指针是否偏转     没有     闭合     切割磁感线     做切割磁感线运动     感应电流     机械     发电机     CD     导体切割磁感线的方向     5、7 【解析】（1）[1]实验中，导体AB与灵敏电流计串联，电路中有电流，电流计的指针会偏转，无电流，指针保持静止。所以电路中有无电流产生可通过观察灵敏电流计指针是否偏转来确定。 （3）[2]导体AB和蹄形磁铁相对静止，即导体不做切割磁感线运动，灵敏电流计指针不偏转，电路中无电流产生。 （4）[3]实验1和4中，磁场方向相同，导体AB相对磁体是运动的，第1次实验中，开关断开，灵敏电流计指针不偏转，第4次实验中，开关闭合，灵敏电流计指针偏转，这说明要产生电流的条件之一是开关必须闭合，形成闭合回路。 （5）[4]实验3和4中，电路中开关保持闭合，磁场方向相同，导体上下运动时，即导体不是做切割磁感线运动时，指针不偏转，无电流产生，导体左右运动时，即导体做切割磁感线运动时，指针偏转，有电流产生，所以电路中要产生电流，导体须做切割磁感线运动。 （6）[5][6]分析实验知，要产生感应电流的条件是：闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动。这种情况下产生的电流，叫做感应电流。 （7）[7][8]闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时，将机械能转化为电能，发电机就是利用这个原理工作的。 （8）[9]垂直于纸面的导体在磁场中水平方向运动时，要产生感应电流，则磁场方向是向下或向上的，这样导体才做切割磁感线运动。故AB不符合题意，CD符合题意。 故选CD。 （9）[10]由5、6次实验知，在电路开关闭合、磁场方向相同时，导体切割磁感线的方向不同，灵敏电流计指针的偏转方向不同，说明感应电流的方向与导体切割磁感线的方向有关。 [11]要探究电流方向与磁场方向的关系，应让闭合电路的部分导体切割磁感线的方向相同，磁场的方向不同，所以应比较5、7或6、8次实验。 题组C 培优拔尖练 1．小明参加社团活动时，想和同学们探究“怎样产生感应电流”?他们用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路。 （1）组装完电路后，闭合开关，此时灵敏电流计的指针______偏转（选填“会或不会”）； （2）检查电路连接正确，向左移动金属棒，发现灵敏电流计指针向左偏转，初步得出产生感应电流的条件：______电路的一部分导体做______运动； （3）该小组接着改变磁场的方向或运动方向进行了一系列的实验操作，他们探究发现“感应电流的方向与磁场的方向和______方向有关”，根据此原理可以制成______（选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）； （4）小明回家后找到家里的一个小风扇，发现通电后能够转动，则电风扇的工作原理是______；小明尝试将电池反向接到电风扇两端，看到电风扇______（选填“原方向旋转”“不转动”或“反向旋转”）。 【答案】     不会     闭合     切割磁感线     导体切割磁感线     动圈式话筒     通电线圈在磁场中受力转动     反向旋转 【解析】（1）[1]组装完电路后，闭合开关，由于导体没有切割磁感线，不会产生感应电流，此时灵敏电流计的指针不会偏转。 （2）[2][3]闭合开关后，向左移动金属棒，金属棒切割磁感线，灵敏电流计指针向左偏转，这说明闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动才会产生感应电流。 （3）[4]改变磁场的方向，导体切割磁感线方向不变，则灵敏电流计的指针偏转方向改变，说明电流的方向改变，感应电流的方向与磁场的方向有关；改变导体切割磁感线方向，磁场的方向不变，则灵敏电流计的指针偏转方向改变，说明电流的方向改变，感应电流的方向与导体切割磁感线方向有关。 [5]动圈式扬声器是将电信号转化成声信号，即其内部有磁铁和线圈，当线圈中通过变化的电流时，该线圈会在磁场中受力而有规律的振动，进而产生声音，故是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理工作的；动圈式话筒工作时，声信号转化为电信号，是利用电磁感应的原理制成的。 （4）[6]电风扇里主要部件是电动机，利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。 [7]线圈受力转动方向与电流方向和磁场方向有关，将电池反向接到电风扇两端，电流的方向发生改变，电风扇反向旋转。 2．基本问答： （1）如图1，对着话筒说话时，膜片和与膜片连在一起的线圈由于受声波的作用而振动，由于线圈在磁场中做 _____，从而产生 _____，这样就把强弱不同的声信号转化成了强弱不同的电流信号，这个过程中，话筒将机械能转化为 _____能； （2）如图2，闭合开关，电磁铁有 _____，_____（填“向上”或“向下”）吸引 _____，碗锤击打铃碗，与此同时，电路被 _____（选填“断开”或“闭合”），衔铁向 _____（填“上”或“下”），电路复原。 【答案】     切割磁感线运动     电流     电     磁场     向下     衔铁     断开     上 【解析】（1）[1][2][3]当你对着话筒说话时，与膜片连在一起的线圈会振动，线圈在永久磁体提供的磁场中振动，实际上是线圈在做切割磁感线运动，从而产生感应电流，这是电磁感应现象，此过程中消耗机械能，得到电能，即将机械能转化为电能。 （2）[4][5][6][7][8]当闭合开关后，电磁铁通上电流，产生的磁场将衔铁吸引向下移动，敲击铃碗，同时两触点脱离接触，电路被断开，电磁铁失去磁性，衔铁由于弹簧片的弹性向上移动，接触触点，电路复原。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 17.3 发电机发电的原理（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 3.4.6 结合实例，了解电磁感应现象。知道发电机的工作原理，知道电磁感应现象的应用。了解电能的生产途径，知道机械能可以转化为电能。 物理观念：认识电磁感应现象及其产生条件，明确感应电流的影响因素，理解发电机将机械能转化为电能的本质，建立“磁生电”的具象认知。 科学思维：通过分析实验现象归纳电磁感应规律，发展归纳推理能力；对比发电机与电动机的结构和原理，培养模型建构与对比分析能力。 科学探究：参与“探究导体在磁场中产生感应电流的条件”必做实验，经历“提出问题→设计方案→实验操作→分析结论”的完整流程，掌握控制变量法和转换法。 科学态度与责任：了解法拉第发现电磁感应的历程，感受科学探究的艰辛与价值；结合白鹤滩水电站等我国能源工程成就，增强民族自豪感，认识电能生产对社会发展的重要意义。 【学习重点】 1．电磁感应现象的定义及感应电流产生的三个必要条件（闭合电路、一部分导体、切割磁感线运动）； 2．感应电流方向的影响因素（磁场方向、导体切割磁感线运动方向）； 3．发电机的工作原理（基于电磁感应现象，将机械能转化为电能）； 4．交流电的特点及发电机与电动机的结构共性。 【学习难点】 1．准确理解“切割磁感线运动”的含义（导体运动方向与磁感线不平行），区分“切割”与“在磁场中运动”的差异； 2．分析发电机线圈转动过程中感应电流的大小和方向变化规律； 3．辨析电磁感应（磁生电）与电流的磁效应（电生磁）的本质区别； 4．运用电磁感应原理解释动圈式话筒等实际应用的工作机制。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．发电机的主要组成部件与电动机相似，均包括_________和_________，其核心功能是将______能转化为______能。 2．英国科学家____________于1831年发现了电磁感应现象，这一发现为发电机的发明奠定了理论基础，使人类从“蒸汽时代”跨入“______时代”。 3．电磁感应现象是指：______电路的____________导体在磁场里做____________的运动时，导体中就会产生电流，这种电流叫做____________。 4．感应电流的方向与______方向和__________________方向有关，当其中一个方向改变时，感应电流方向______；当两个方向同时改变时，感应电流方向______。 5．周期性改变______和______的电流叫做交流电，我国电网提供的交流电频率为______Hz，即每秒完成50个周期性变化。 【课堂探究】 探究一、探究导体在磁场中产生感应电流的条件（必做实验） 1．探究目标 （1）明确感应电流产生的必备条件，区分“有效切割”与“无效运动”； （2）掌握实验中控制变量法的应用，能通过现象归纳规律。 2．探究过程 （1）实验器材：蹄形磁铁（提供磁场）、单根导线（或线圈）、灵敏电流计（检测电流）、导线、支架（固定导体）。 （2）实验思路：以“是否产生感应电流”为判断标准，通过控制变量法逐一验证“电路是否闭合”“导体是否为电路一部分”“导体是否切割磁感线”三个因素的影响，用灵敏电流计指针偏转作为电流存在的依据（转换法）。 （3）实验步骤及现象记录： 序号 实验条件 灵敏电流计指针偏转情况 结论 （是否产生感应电流） 1 电路断开，导体在磁场中切割磁感线运动 不偏转 否 2 电路闭合，整个导体在磁场中切割磁感线运动（非一部分） 不偏转 否 3 电路闭合，一部分导体在磁场中静止 不偏转 否 4 电路闭合，一部分导体在磁场中平行于磁感线运动 不偏转 否 5 电路闭合，一部分导体在磁场中垂直于磁感线运动（切割） 偏转 是 6 电路闭合，一部分导体在磁场中斜向切割磁感线运动 偏转 是 3．探究结论 感应电流产生的三个必要条件：① 电路必须______；② 导体必须是____________的一部分；③ 导体必须在磁场中做____________运动（运动方向与磁感线不平行）。三者缺一不可。 【例题1】 下列四种情况中，能产生感应电流的是（ ） A．闭合电路的整根导线在磁场中切割磁感线 B．断开电路的一部分导体在磁场中切割磁感线 C．闭合电路的一部分导体在磁场中静止 D．闭合电路的一部分导体在磁场中斜向切割磁感线 探究二、感应电流方向的影响因素 1．探究目标 （1）通过实验探究感应电流方向与磁场方向、导体运动方向的关系； （2）归纳感应电流方向的变化规律，培养归纳推理能力。 2．探究过程 （1）实验控制：基于探究一的成功装置，保持“电路闭合、一部分导体”条件不变，通过控制变量法分别改变磁场方向和导体运动方向。 （2）实验步骤及现象： 序号 磁场方向（N极→S极） 导体切割磁感线运动方向 灵敏电流计指针偏转方向 1 向下（磁铁N极在上，S极在下） 水平向右 向左 2 向下（不变） 水平向左（反向） 向右（反向） 3 向上（磁铁N极在下，S极在上，反向） 水平向右（不变） 向右（反向） 4 向上（反向） 水平向左（反向） 向左（不变） 3．探究结论 （1）感应电流的方向与______方向和__________________方向都有关； （2）规律：当其中一个方向单独改变时，感应电流方向______；当两个方向同时改变时，感应电流方向______。 【例题2】如图所示，闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线，灵敏电流计指针向右偏转。若仅将蹄形磁铁的N、S极对调，其他条件不变，则指针偏转情况是（ ） A．不偏转 B．向左偏转 C．向右偏转 D．无法判断 探究三、发电机的工作原理与应用 1．探究目标 （1）结合线圈转动模型，理解发电机产生交流电的过程； （2）对比发电机与电动机的异同，明确“磁生电”与“电生磁”的区别； （3）运用电磁感应原理解释实际设备的工作机制。 2．探究过程 （1）交流发电机的结构与工作过程（结合教材图17-3-6）： ① 基本结构：矩形线圈（转子）、磁体（定子）、滑环、电刷、闭合电路（含灵敏电流计）； ② 关键分析：线圈绕轴转动时，AB边和CD边交替切割磁感线，且切割方向周期性变化； ③ 电流变化规律： Ⅰ．当线圈平面与磁感线垂直时（如教材图17-3-6a、c）：AB、CD边运动方向平行于磁感线，不切割，电路中______感应电流； Ⅱ．当线圈平面与磁感线平行时（如教材图17-3-6b、d）：AB、CD边垂直切割磁感线，切割速度最大，电路中感应电流______； Ⅲ．线圈转动一周：电流方向改变______次，大小先增大后减小，完成一次周期性变化，形成交流电。 （2）发电机与电动机的对比： 对比项目 发电机 电动机 核心原理 电磁感应（磁生电） 磁场对通电导体有力的作用（电生磁） 能量转化 机械能→电能 电能→机械能 主要部件 线圈、磁体 线圈、磁体、换向器（直流电动机） 外部电路 无需电源（产生电能） 需要电源（提供电能） （3）实际应用： ① 大型发电设备：白鹤滩水电站（水轮机带动发电机）、火电站（汽轮机带动）、核电站（核反应堆加热产生蒸汽驱动汽轮机）； ② 声电转换设备：动圈式话筒（声音振动带动线圈切割磁感线，将声信号转化为电信号）； ③ 新兴技术：手机无线充电（应用电磁感应原理，实现电能无线传输）。 3．探究结论 （1）交流发电机的工作原理：利用____________现象，通过线圈在磁场中持续转动，将______能（如水流、蒸汽的动能）转化为______能； （2）发电机的核心价值：实现了电能的大规模生产，是现代社会电能供应的核心设备。 【例题3】 下列设备中，工作原理与发电机相同的是（ ） A．动圈式扬声器 B．动圈式话筒 C．电磁铁 D．电铃 【归纳整理】 【课堂练习】 题组A 基础过关练 1．1831年，英国物理学家法拉第发现了磁生电，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化新时代。下列图中，闭合开关，回路中可以产生感应电流的是（　　） A． 导体棒向上运动 B． 导体棒向下运动 C． 导体棒向左运动 D． U形磁铁向上运动 2．卓玛同学下课后对物理课上学习的电与磁知识作了归纳整理，其中记录有错误的是（　　） A．通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样 B．电磁铁的磁性与通入的电流大小和线圈的匝数有关 C．发电机是根据电磁感应原理制成的 D．地磁场的南北极和地理南北极是一致的 3.发电机的主要结构是什么？它的电能从哪里来？又到哪里去？ 题组B 能力提升练 1．电池产生的电流方向不变，称为直流。观察手摇发电机灯泡的发光与手电筒灯泡的发光，能看出它们有什么不同吗？ 2．小科对手机无线充电的原理感到好奇。查阅资料后得知：充电时充电器内的发射线圈产生磁场，手机内的接收线圈会产生感应电流给电池充电，结构如图甲。学过电磁感应原理的小科提出质疑：手机和充电器在充电过程中都不动，并没有做切割磁感线运动，为何会产生感应电流？对此，他设计了图乙实验进行验证。 操作序号 开关及滑动变阻器状态 灵敏电流计指针偏转方向 1 开关由断开变为闭合 向左 2 开关由闭合变为断开 向右 3 开关闭合时，滑片向左移动 向左 4 开关闭合时，滑片向右移动 向右 5 开关闭合后，滑片不移动 不偏转 6 改变电源正负极，闭合开关，滑片向左移动 向左 7 改变电源正负极，闭合开关，滑片向右移动 向右 （1）通过实验小科发现当Q线圈有变化的______时，P线圈中就会产生感应电流。 （2）小科向老师请教，得知当闭合电路围成的平面内，磁感线数量发生改变时，电路中就能产生感应电流。请根据上述事实，解释课本实验中导体ab上下运动时不产生感应电流的原因（图丙）______。 （3）小科发现不同情况下灵敏电流计指针偏转方向不同。他猜测与Q线圈中的电流方向改变有关，于是进行实验并记录现象。请判断小科的说法是否正确，并合理选择上表格中的两次实验说明理由______。 3．实验小组在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，连接了如下图所示的实验装置。 （1）实验中是通过观察______来显示电路中是否有电流产生； （2）保持装置不变，改变开关通断状态，让导体AB在磁场中沿不同方向运动，观察灵敏电流计指针的偏转情况，记录在下表中； 实验次数 开关 磁场方向 导体AB运动情况 灵敏电流计的指针偏转情况 1 断开 上N下S 左右或上下运动 不偏转 2 闭合 上N下S 静止 不偏转 3 闭合 上N下S 上下运动 不偏转 4 闭合 上N下S 左右运动 偏转 （3）闭合开关，保持导体AB和蹄形磁铁相对静止，灵敏电流计指针不偏转，说明电路中______（选填“有”或“没有”）电流产生； （4）分析实验1和4可知，要想产生电流的条件之一是开关必须______； （5）分析实验3和4可知，产生电流的另一个条件是电路中的部分导体必须做______运动； （6）分析实验可知，闭合电路中的一部分导体在磁场中______时，导体中就产生电流，这种电流叫做______； （7）实验时电路中产生的感应电流是将______能转化为电能，此原理可用来制造______（选填“电动机”或“发电机”）； （8）如下图所示，a表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分，结合上述实验的结论，判断以下选项中能让a在磁场中水平方向左右运动时产生感应电流的有______ （9）完成上述实验后，小红还想探究感应电流的方向与什么因素有关，于是继续进行了如下实验，并将实验现象填在下表中。比较第5、6（或7、8）次实验可以得出感应电流的方向与______有关，通过比较第______次实验可以得出感应电流的方向还与磁场的方向有关。 实验次数 开关 磁场方向 导体AB运动情况 灵敏电流计的指针偏转情况 5 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转 6 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转 7 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转 8 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转 题组C 培优拔尖练 1．小明参加社团活动时，想和同学们探究“怎样产生感应电流”?他们用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路。 （1）组装完电路后，闭合开关，此时灵敏电流计的指针______偏转（选填“会或不会”）； （2）检查电路连接正确，向左移动金属棒，发现灵敏电流计指针向左偏转，初步得出产生感应电流的条件：______电路的一部分导体做______运动； （3）该小组接着改变磁场的方向或运动方向进行了一系列的实验操作，他们探究发现“感应电流的方向与磁场的方向和______方向有关”，根据此原理可以制成______（选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）； （4）小明回家后找到家里的一个小风扇，发现通电后能够转动，则电风扇的工作原理是______；小明尝试将电池反向接到电风扇两端，看到电风扇______（选填“原方向旋转”“不转动”或“反向旋转”）。 2．基本问答： （1）如图1，对着话筒说话时，膜片和与膜片连在一起的线圈由于受声波的作用而振动，由于线圈在磁场中做 _____，从而产生 _____，这样就把强弱不同的声信号转化成了强弱不同的电流信号，这个过程中，话筒将机械能转化为 _____能； （2）如图2，闭合开关，电磁铁有 _____，_____（填“向上”或“向下”）吸引 _____，碗锤击打铃碗，与此同时，电路被 _____（选填“断开”或“闭合”），衔铁向 _____（填“上”或“下”），电路复原。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $