1 电磁感应现象（导学案）物理教科版2024九年级上册

1 电磁感应现象（导学案） 【学习目标】 1. 了解电磁感应现象的发现历程，包括奥斯特实验的启发和法拉第的探索过程。 2. 通过实验探究电磁感应现象，理解产生感应电流的条件——电路闭合、导体切割磁感线运动。 3. 能够通过实验探究影响感应电流方向和大小的因素，并掌握右手定则的基本应用。 4. 认识电磁感应在发电机、变压器等现代设备中的核心应用，理解其在能源转换与技术发展中的跨学科意义。 【学习重点】 1.电磁感应现象的产生条件；2.发电机的工作原理及交变电流的特征；3.感应电流方向的影响因素。 【学习难点】理解“切割磁感线运动”的物理实质；发电机中交变电流产生的机理与周期变化；电磁感应现象中的能量转化机制。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 奥斯特实验表明：通电导线周围存在磁场，即“电能生磁”。引发了大量科学家的反向思考，能否利用磁场来产生电流。 2. 英国物理学家法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律，进一步揭示了电与磁的联系，导致发电机、电动机和变压器的相继问世，人类社会进入电气化的时代。 3. 实验表明，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象就做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 4. 感应电流的方向与导体的运动方向、磁场方向有关。 5. 发电机是利用电磁感应现象制成的，工作时将机械能转化为电能。 6. 发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性变化，这样的电流叫做交变电流，简称交流电，电流周期性变化的次数与所用时间的比叫做频率，单位是赫兹（Hz），我国电网的频率是50Hz。 【课堂探究】 探究一、法拉第的发现 1. 知识回顾：奥斯特—电流的磁效应 奥斯特发现通电导线旁边的小磁针发生偏转，说明电流在它周围的空间产生的磁场，且磁场的方向与电流的方向有关。在此基础上，很多科学家进行了逆向思考：既然电流能产生磁场，那么能否利用磁场来产生电流呢？ 逆向思维：又称反向思维或求异思维，是一种突破常规、从对立或相反方向思考问题的思维方式。它不遵循常见的逻辑顺序，而是从结果反推原因、从目标倒推步骤，或从对立面寻找突破口。这种思维方式在创新、科研、商业及日常生活中都具有重要价值，能帮助人们跳出思维定式，发现隐藏的机会与解决方案。很多时候，对一个问题的逆向思考，是一种有效的思维方式。 2. 法拉第的发现 1831年，英国物理学家法拉第历经10年探索，终于发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现进一步揭示了电与磁的联系，导致了发电机、电动机和变压器的相继问世，使电能的大规模生产、传输和利用成为现实，人类社会进入了电气化的时代。 【例题1】1820年，丹麦物理学家 通过实验证明电流周围存在磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系；英国物理学家法拉第经过10年的不懈探索，终于在1831年发现了电磁感应现象，由此发明了 （选填“电动机”或“发电机”），开创了电气化时代的新纪元。 【答案】 奥斯特 发电机 【详解】[1]1820年，丹麦物理学家奥斯特通过实验证明电流周围存在磁场，他把一根导线平行地放在小磁针上方，当导线中通过电流时，磁针发生了偏转，从而在世界上第一个发现了电与磁之间的联系。 [2]英国物理学家法拉第经过10年的不懈探索，终于在1831年发现了电磁感应现象，电磁感应现象是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。根据电磁感应现象发明了发电机，发电机是将机械能转化为电能的装置，开创了电气化时代的新纪元；而电动机是根据通电导体在磁场中受力运动的原理制成的。 【例题2】如图所示的四个实验，下列说法正确的是（　　） A．图甲所示实验可以验证电流的磁效应 B．图乙所示实验与电动机工作原理相同 C．图丙所示的实验开关闭合后，小磁针将逆时针偏转 D．图丁所示实验是法拉第电磁感应原理图 【答案】A 【详解】A．图甲所示实验，导线接触电池正负极，会看到小磁针偏转，说明通电导体周围存在磁场，可以验证电流的磁效应，故A正确； B．图乙所示实验，当导体棒做切割磁感线运动时，会有感应电流产生，反映了电磁感应现象，与发电机工作原理相同，故B错误； C．图丙所示的实验开关闭合后，螺线管右端为N极，左端为S极，小磁针将顺时针偏转，故C错误； D．图丁所示实验，演示的是磁场对电流有力的作用，是电动机原理，故D错误。 故选A。 探究二、产生感应电流的条件 【思考】法拉第发现的利用磁场产生电流的条件和规律到底是什么呢？ 1. 实验——探究导体在磁场中产生电流的条件 【实验目标】 探究导体在磁场中运动时产生电流的条件。 【实验思路】 将导体两端用导线与灵敏电流计串联成闭合电路，将导体置于磁场中，通过改变导体的运动状态，观察电流计是否偏转，从而判断是否产生感应电流。 【实验器材】 直导体 1 根、方形线圈 1 个、蹄形磁铁 1 个、灵敏电流计 1 只、铁架台 1 套、导线若干。 【实验步骤与记录】 步骤一、直导体实验 （1）断开开关，使导体在磁场中静止或沿不同方向运动，观察电流计指针是否偏转，记录结果。 （2）闭合开关，重复上述运动，观察并记录指针偏转情况。 实验对象 运动情况 开关状态 指针偏转情况 直导体 静止或上下左右运动 断开 不偏转 直导体 向左/向右运动 闭合 摆动很小 直导体 斜向运动 闭合 摆动很小 步骤二：线圈实验 （1）断开开关，使线圈在磁场中静止或沿不同方向运动，观察电流计指针是否偏转。 （2）闭合开关，重复上述运动，观察并记录指针偏转情况。 实验对象 运动情况 开关状态 指针偏转情况 线圈 静止或上下左右运动 断开 不偏转 线圈 向左/向右运动 闭合 偏转明显 线圈 斜向运动 闭合 偏转明显 【分析与论证】 （1）类比模型：将磁感线想象为“线”，导体想象为“刀”，导体运动时是否“切割”磁感线？ （2）运动方向与磁感线方向的关系： 平行时：不切割 → 无电流 垂直时：切割最有效 → 电流明显 斜交时：切割 → 有电流 【实验结论】 导体中产生感应电流的条件： （1）电路处于闭合状态； （2）部分导体在磁场中做切割磁感线运动（导体运动的方向与磁场方向不平行，当运动方向与磁场方向相垂直时，切割磁感线运动最明显）。 【例题3】1831年法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律，如图所示是“探究感应电流产生条件”的实验装置。下列说法不正确的是（　　） A．闭合开关，导体在磁场中上下运动会产生感应电流 B．闭合开关，导体左右运动时，将机械能转化为电能 C．利用该实验原理可以制成发电机 D．将电流计换成电源，可以研究通电导体在磁场中的受力情况 【答案】A 【详解】A．探究感应电流产生条件是闭合电路的部分导体，做切割磁感线运动时就会产生感应电流，导体上下运动时不能够切割磁感线运动，不会产生感应电流，故A错误； BC．导体左右运动时会产生感应电流，将机械能转化为电能，利用该实验原理可以制成发电机，故BC正确； D．若将电流计换成电源，有电流通过导体，则导体会在磁场中受力运动，故D正确。 故选A。 【例题4】如图所示为“探究感应电流产生的条件”的实验装置，蹄形磁体放置在水平桌面上。请按要求回答： (1)实验中小海闭合开关，发现无论导体如何运动，电流计指针均不偏转。请分析可能导致该现象的一种原因： （可从电路连接、器材选择等方面分析）。 (2)排除故障后，小明进行实验。下表是他的实验记录，请根据实验现象在横线上填写相应结论： 实验操作 灵敏电流计指针偏转情况 是否产生感应电流 导体ab竖直上下运动 不偏转 否 导体ab水平左右运动（切割磁感线） 偏转 是 导体ab斜向运动（切割磁感线） 偏转 是 结论：只有当闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时，电路中才会产生感应电流。 (3)实验中，通过观察灵敏电流计指针是否偏转来判断感应电流是否产生，这种研究方法属于 （选填“转换法”或“控制变量法”）。实验中，保持其他条件不变，改变导体的运动方式，继续探究感应电流产生的条件。 (4)若想进一步探究“感应电流方向与导体运动方向是否有关”，请写出你的实验设计思路（步骤）： 。（合理即可） 【答案】(1)见解析 (2)切割磁感线 (3)转换法 (4)见解析 【详解】（1）当闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。由题意可知，无论导体ab 如何运动，电路中没有产生感应电流，其原因可能是：①电路连接方面：开关未闭合、导线接触不良等；②器材选择方面：灵敏电流计损坏、磁体没有磁性等。 （2）由表格数据可知，当导体ab竖直上下运动，此时导体的运动方向与磁感线方向平行，导体没有做切割磁感线运动，灵敏电流计指针不偏转；当导体ab水平左右运动或斜向运动时，此时导体做切割磁感线运动，灵敏电流计指针发生偏转，由此可知，只有当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中才会产生感应电流。 （3）实验中通过观察灵敏电流计指针是否偏转来判断感应电流是否产生，若指针发生偏转，说明电路有电流产生，若指针不发生偏转，说明电路中没有电流产生，这种研究方法属于转换法。 （4）若要探究“感应电流方向与导体运动方向是否有关”，根据控制变量法可知，应控制其他条件不变，只改变导体在磁场中的运动方向。若电流计指针的偏转方向不同，说明感应电流的方向与导体的运动方向有关；若电流计指针的偏转方向相同，说明感应电流的方向与导体的运动方向无关。 探究三、电磁感应 1. 电磁感应现象 （1）电磁感应的定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生电流，这种现象叫做电磁感应（即磁生电，注意电生磁不是电磁感应）。 （2）感应电流：电磁感应产生的电流叫做感应电流。 2. 实验—探究感应电流的方向 实验现象回顾：在探究感应电流条件的实验中，导体运动方向不同时，灵敏电流计指针偏转方向也不同。 线圈ab段运动情况（电路闭合） 电流计指针偏转情况 闭合电路 静止 不偏转 竖直向上或向下运动 不偏转 水平向左（向右）运动 向右（向左）偏转 斜向右上（左下）运动 向左（向右）偏转 初步结论：感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关。 3. 进一步探究：感应电流方向是否与磁场方向有关 实验记录： 导体切割磁感线方向 磁场方向 灵敏电流计指针偏转方向 向左 向上 向右 向左 向下 向左 结论：感应电流的方向不仅与导体运动方向有关，还与磁场的方向有关。 4. 总结归纳 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中产生感应电流；感应电流的方向与磁场的方向和导体运动的方向有关。 5. 交流与合作 （1）能量转化分析 电磁感应现象中的能量转化形式是：机械能 → 电能 （2）拓展思考：太空悬绳发电能否实现 背景设想：从航天飞机向地心发射一颗卫星，卫星携带一根很长的金属悬绳，该悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动。 原理分析： 悬绳、航天飞机、卫星和电离层构成闭合回路。 悬绳作为闭合回路的一部分导体，做切割地磁场磁感线的运动。 符合产生感应电流的条件，因此理论上可以产生感应电流。 【例题5】如图所示是2025年儋州马拉松情景。比赛中，运动员佩戴的感应芯片经过磁场区域时，线圈产生电流并发送信息，实现自动计时。其工作原理与下列相同的是（　　） A．手摇发电机 B．电铃 C．电磁起重机 D．扬声器 【答案】A 【详解】感应芯片的工作原理是电磁感应，即导体在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，将机械能转化为电能。 A．手摇发电机的工作原理是电磁感应，通过摇动手柄使线圈切割磁感线，产生电流，与感应芯片原理相同，故A 符合题意； B．电铃的工作原理是电流的磁效应，与感应芯片原理不同，故 B不符合题意； C．电磁起重机的工作原理是电流的磁效应，与感应芯片原理不同，故 C不符合题意； D．扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，与感应芯片原理不同，故 D不符合题意。 故选A。   【例题6】在“探究导体在磁场中运动时产生感应电流条件”实验中，某小组利用灵敏电流计、开关、U形磁铁、导线、导体棒组成了如图甲所示电路。 (1)探究小组将观察到的现象记录在下表中： 开关 闭合 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 开关 断开 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 竖直上下（乙图） 不偏转 竖直上下（乙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 水平左右（丁图） 偏转 水平左右（丁图） 不偏转 分析表中信息可知导体在磁场中运动产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。上面的现象叫做电磁感应，生活中 是根据此现象的原理工作的。 (2)探究小组观察到磁体不动时，导体棒向右运动指针向右偏转，向左运动指针向左偏转，这说明感应电流方向与 有关。继续实验：导体棒静止不动，磁体向右运动时，会观察到电流计指针向 偏转。 (3)探究小组发现实验中灵敏电流计的指针偏转角度较小，实验现象不明显，你有什么方法让实验现象变明显？答： （写出一种即可）。 【答案】(1) 切割磁感线 发电机（麦克风） (2) 导体运动方向 左 (3)增大导体棒的切割速度（或换用更强的磁铁、用线圈代替导体棒等） 【详解】（1）[1][2]由表中的记录可知，开关闭合，电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。发电机、麦克风（写出其一即可）等都是利用此原理制成的。 （2）[1]磁体不动时，导体棒向右运动指针向右偏转，向左运动指针向左偏转，灵敏电流计指针偏转表明了电流的方向，此操作说明感应电流方向与导体运动方向有关。 [2]导体棒静止不动，磁体向右运动时，相当于磁体不动，导体向左运动，此时电流表指针向左偏转。 （3）感应电流的大小与磁场强度和导体切割磁感线的速度有关，灵敏电流计的指针偏转角度较小，说明感应电流较小，要增大感应电流，可以增大导体棒的切割速度，或换用更强的磁铁、用线圈代替导体棒等，写出其中一条即可。 探究四、发电机 1. 实验（一）—利用手摇发电机发电 （1）发电机的原理：导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，人们根据这一原理制造了发电机，实现了机械能向电能的转化。 （2）实验过程：将手摇发电机与灯泡连接，转动摇把。观察灯泡是否发光？改变转动的速度，观察灯泡亮度是否变化。 （3）实验现象： ①转动摇把后观察到灯泡发光，说明电路中产生感应电流。 ②摇把转速不同时，灯泡亮度也不一样，转速越快，灯泡越亮，说明感应电流大小与导体切割磁感线的速度有关。 （4）发电机的构造说明。 发电机主要由转子（转动部分）和定子（固定部分）组成，关键部件包括： 磁铁：产生磁场。 线圈：转动时切割磁感线，产生感应电流。 铜环：随线圈转动，与外部电路构成闭合回路。 电刷：将感应电流导出至外部电路。 2. 实验（二）—探究手摇发电机产生的电流方向 实验方法：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，观察二极管的发光情况。 实验现象：两个二极管交替发光，说明发电机产生的电流方向在不断变化。 3. 交变电流 直流电：用电池供电时，电源外部电流总是从电池的正极流向负极，方向不改变。这种电流叫作直流电， 交流电：在刚才的实验中发现，随着线圈转动，发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性的变化，我们把这样的电流称为交变电流，简称交流电。 交流电的频率：交变电流中，电流周期性变化的次数与所用时间的比叫做频率，频率和周期互为倒数。我国电网使用的就是交流电，频率为50Hz。周期0.02s，1s内电流方向改变100次。 4. 生活中的发电机 从能量转化的角度看，发电机是将机械能转化为电能的装置，而机械能可以来自于风、来自于高处下落的水、来自于蒸汽机，实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者水库中水流的机械能转化为电能，发电机的出现，推动了人类历史上一次重要的工业革命。 【例题7】如图所示，把两个发光二极管极性相反地并联起来，组成二极管组，把它的a、b端分别接在手摇发电机和干电池组上，将观察到的现象记录在下表中，以下说法正确的（　　） 手摇发电机 干电池组 现象 甲、乙交替发光 甲一直发光，乙 A．手摇发电机产生的是直流电 B．表格中漏写的现象应该是“也一直发光” C．发电机把机械能转化为电能 D．手摇发电机的工作原理是：电流的磁效应 【答案】C 【分析】知道手摇发电机的原理是电磁感应，它产生的是交流电，而二极管则具有单向导电性，据此可做出判断，同时要知道发电机的能量转化。 【详解】A．手摇发电机产生的电流的大小和方向是周期性变化的，所以是交流电，故A错误； B．图中两只二极管的连接方向相反，又因为二极管具有单向导电性，则当接入电池组时，甲如果一直发光，乙就不能发光，故表格中漏写的现象应该是“不发光”，故B错误； C．发电机是利用机械能来发电的，故C正确； D．手摇发电机的工作原理是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，这就是电磁感应现象，故D错误。 故选C。 【例题8】小丹做了一个有趣的实验，她将两个相同的玩具电机A、B的转轴用塑料管连接起来，图甲是电机A、B简易结构的示意图。 (1)如图乙所示，闭合开关S，电流通过电机B，B中线圈在磁场中会受到 的作用转动起来，带动电机A中线圈转动，小灯泡发光。此时，电机A 相当于 （选填“用电器”“开关”或“电源”），这是利用了 原理。 (2)若想改变电机B中线圈的转动方向，可以通过改变 来实现。 (3)当电机B 中线圈转动方向改变时，电机A 中线圈的转动方向也随之改变，通过小灯泡的电流方向 （选填“会”或“不会”）改变。 【答案】(1) 力 电源 电磁感应 (2)电流方向 (3)会 【详解】（1）[1]图乙中，闭合开关S，当有电流通过电机B，B中线圈在磁场中会受到力的作用，从而使线圈转起来。 [2][3]B中线圈带动A中线圈转动，A中线圈做切割磁感线的运动，产生感应电流，小灯泡发光，这种现象称为电磁感应现象，所以利用了电磁感应原理，此时的电机A为电路提供电能，相当于电源。 （2）通电导体在磁场中要受到力的作用，受到的力的方向跟电流方向和磁场方向有关，电机B中磁场方向是固定的，可以通过改变电流方向来改变导体在磁场中的受力的方向。 （3）因为电机A和电机B的转轴相连，当电机B中线圈转动方向改变时，电机A中线圈转动方向也改变。电机A作为发电机，根据电磁感应现象中感应电流的方向与导体切割磁感线的方向和磁场方向有关，磁场方向不变，电机A中线圈转动方向改变，即切割磁感线方向改变，所以通过小灯泡的电流方向会改变。 【精讲点拨】 1. 产生感应电流的条件：①电路是闭合的；②电路中导体的一部分切割磁感线运动。 2. 切割磁感线运动指的是导体的运动方向与磁感线方向不平行。 3. 决定感应电流方向的因素：①磁场方向；②导体运动方向。 4. 发电机产生的感应电流的大小和方向都在随时间周期性变化，这样的电流叫做交变电流。发电机实质是通过电磁感应将机械能转化为电能的装置。 【归纳整理】 1 电磁感应现象 【课堂练习】 1．我国生产的人形机器人动态性能卓越，它内置高性能电池，关节电动机在实时控制系统指挥下实现抓握、奔跑等动作。图中所示的四个实验，能够揭示电动机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．装置中有电源，通电导体在磁场中受力运动，反映电动机的工作原理，故A符合题意； B．这是探究电磁铁磁性强弱的实验，利用了电流的磁效应，故B不符合题意； C．该装置无电源，导体切割磁感线产生感应电流，是电磁感应现象，故C不符合题意； D．如图是探究磁极间相互作用的实验，同名磁极靠近时，会因“同名磁极相互排斥”而分开，故D不符合题意。 故选A。 2．如图是一种新型的风光互补照明灯，它头顶小风扇，肩扛太阳能电池板，腰挎照明灯，脚踏蓄电池，下列解释正确的是（　　） A．利用风力发电将机械能转化为电能 B．太阳能电池板将太阳能转化为化学能 C．照明灯工作时，LED灯是将机械能转化为光能 D．蓄电池夜晚放电时将电能转化为化学能 【答案】A 【详解】A．新型的风光互补照明灯，利用风力发电将机械能转化为电能，故A正确； B．太阳能电池板是将太阳能转化为电能的装置，故B错误； C．照明灯工作时，LED灯消耗电能，是将电能转化为光能，故C错误； D．蓄电池夜晚放电时，消耗了化学能，获得了电能，将化学能转化为电能，故D错误。 故选A。 3．如图所示的装置中，线圈abcd的ab、cd边分别与金属圆环A、B固定，电刷E、F分别与金属圆环A、B接触，电流计的指针偏转方向可以反映电流的方向。闭合开关后，线圈顺时针转动到图中位置时，电流计指针往左偏。则（　　） A．当线圈abcd转过90°后，电流计指针往右偏 B．当线圈abcd转过180°后，电流计指针往右偏 C．当线圈abcd在图中位置逆时针转动，则电流计指针往左偏 D．当线圈abcd从图中位置逆时针转过180°，则电流计指针往右偏 【答案】B 【详解】A．线圈顺时针转动到图中位置时，ab边向上切割磁感线，cd边向下切割磁感线，线圈中产生感应电流，线圈转过 90°  后， ab 、cd边不切割磁感线，无感应电流，指针不偏转，故A 错误； B．线圈转过 180 ° 后，  ab 、cd边切割磁感线的方向反向，感应电流方向改变，指针往右偏，故B 正确； C．当线圈abcd在图中位置逆时针转动， ab 、cd边切割磁感线方向反向，感应电流方向改变，指针应往右偏，故C错误； D．线圈逆时针转过 180 ° ，则ab边仍向上切割磁感线，cd边仍向下切割磁感线，感应电流方向与原方向一致，指针往左偏，故D错误。 故选 B。 4．图中反映了发电机原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．图中实验说明通电导线周围存在着磁场，是电流的磁效应，故A不符合题意； B．此图中没有电源，有电流表，当金属棒切割磁感线运动时，电路中会产生电流，是电磁感应实验装置，即是发电机的制作原理，故B符合题意； C．此图是探究电磁铁磁性强弱与线圈的电流大小有关的实验装置，故C不符合题意； D．图中有电源，通电后金属棒会受力运动，即是通电线圈在磁场中受力的作用的原理，故是电动机原理实验图，故D不符合题意。 故选B。 5．嘉宾戴着“运动手环”运动时，手环中小磁体在管内反复运动，线圈中便会产生电流，通过传感器实现运动追踪，该过程中 转化为电能，这与 （选填“乙”或“丙”）工作原理相似。 【答案】 机械能 丙 【详解】[1]手环中小磁体在管内反复运动，则小磁体具有机械能，线圈中便会产生电流，即有电能产生，所以该过程中机械能转化为电能。 [2]手环中发生的是电磁感应现象，是发电机的工作原理，图乙中，通电导体在磁场中受到力的作用，与电动机的工作原理相似；图丙中，闭合电路中的部分导体做切割磁感线运动，电路中产生感应电流，是电磁感应现象，与发电机的工作原理相似。因此这与丙工作原理相似。 6．如图为近年来流行的一种手压式自发电手电筒，按压手电筒上的按柄时，通过塑料齿轮带动铜丝线圈内的磁性飞轮高速旋转，从而产生电流点亮灯泡。这个过程中把 能转化为电能，电流的产生是利用了 原理 【答案】 机械 电磁感应 【详解】[1][2]由题意可知，按压手电筒上的按柄时，通过塑料齿轮带动铜丝线圈内的磁性飞轮高速旋转，线圈切割磁感线产生感应电流，故可知利用了电磁感应原理；这个过程由机械能转化为电能。 7．位于四川省宁南县与云南省巧家县的白鹤滩水电站是世界第二大水电站。水电站发电机的工作原理是 （填科学家名字）发现的；图 是发电机基本构造示意图。 【答案】 法拉第 乙 【详解】[1]闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，闭合电路中便有了感应电流，这种现象是电磁感应现象，据此制成了发电机，法拉第最先发现了电磁感应现象。 [2]发电机的工作原理是电磁感应，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流，而甲图中有电源是电动机，故乙图是发电机基本构造示意图。 8．小红用如图所示的装置做了“探究怎样产生感应电流”的实验。 (1)实验中通过观察灵敏电流计 来判断电路中是否有感应电流； (2)她发现，如果开关处于 状态，无论磁体怎样放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针均不偏转，这说明闭合电路是产生感应电流的必要条件； (3)电路闭合后，下列实验操作不能使灵敏电流计指针发生偏转的是______（选填序号）； A．磁体不动，导体棒水平向右运动 B．磁体不动，导体棒向斜上方运动 C．导体棒不动，磁体竖直向下运动 D．导体棒不动，磁体水平向左运动 (4)保持导体AB运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，重复上述实验，是为了探究感应电流方向与 的关系； (5)产生感应电流时，正在切割磁感线的导体相当于电路中的 ； (6)小红觉得灵敏电流计偏转角度不明显，其他同学纷纷给她提出了一些建议。联系自己在该实验过程中的经验，你认为以下建议中无效的是______（选填序号）。 A．换用磁性更强的磁铁 B．使导体以更快的速度做切割磁感线运动 C．使导体以相反的方向做切割磁感线运动 D．把导体AB换成多匝线圈 【答案】(1)指针是否偏转 (2)断开 (3)C (4)磁场方向 (5)电源 (6)C 【详解】（1）若有电流通过灵敏电流计，则指针会发生偏转，故实验中可以通过观察灵敏电流计指针是否发生偏转来判断电路中是否有感应电流产生，这里采用的是转换法。 （2）电路中有持续电流的条件之一是电路是闭合的，若开关断开，无论磁体怎样放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针均不偏转，这说明闭合电路是产生感应电流的必要条件。 （3）当闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流。 A．磁体不动，导体棒水平向右运动，做切割磁感线运动，指针发生偏转；     B．磁体不动，导体棒向斜上方运动，做切割磁感线运动，指针发生偏转 C．导体棒不动，磁体竖直向下运动，没有做切割磁感线运动，指针不会偏转， D．导体棒不动，磁体水平向左运动，做切割磁感线运动，指针发生偏转， 故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 （4）保持导体AB运动方向不变，仅将磁体N、S极对调（即只改变了磁体的磁场方向），重复上述实验，由控制变量法可知，这是为了探究感应电流方向与磁场方向的关系。 （5）产生感应电流时，正在切割磁感线的导体将机械能转化为电能，能向外提供电能，故相当于电路中的电源。 （6）灵敏电流计偏转角度不明显，说明产生的感应电流太小。感应电流的大小与磁场的强弱、切割磁感线的速度以及线圈的匝数多少有关，故换用磁性更强的磁铁、使导体以更快的速度做切割磁感线运动、把导体AB换成多匝线圈，都可以使感应电流增大，而使导体以相反的方向做切割磁感线运动，只能改变感应电流的方向，并不能改变感应电流的大小，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【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 $ 1 电磁感应现象（导学案） 【学习目标】 1. 了解电磁感应现象的发现历程，包括奥斯特实验的启发和法拉第的探索过程。 2. 通过实验探究电磁感应现象，理解产生感应电流的条件——电路闭合、导体切割磁感线运动。 3. 能够通过实验探究影响感应电流方向和大小的因素，并掌握右手定则的基本应用。 4. 认识电磁感应在发电机、变压器等现代设备中的核心应用，理解其在能源转换与技术发展中的跨学科意义。 【学习重点】 1.电磁感应现象的产生条件；2.发电机的工作原理及交变电流的特征；3.感应电流方向的影响因素。 【学习难点】理解“切割磁感线运动”的物理实质；发电机中交变电流产生的机理与周期变化；电磁感应现象中的能量转化机制。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 实验表明：通电导线周围存在 ，即“电能生磁”。引发了大量科学家的反向思考，能否利用磁场来产生电流。 2. 英国物理学家 发现了利用磁场产生电流的条件和规律，进一步揭示了电与磁的联系，导致 、 和 的相继问世，人类社会进入 的时代。 3. 实验表明，闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时，导体中就会产生电流，这种现象就做 ，产生的电流叫做 。 4. 感应电流的方向与导体的 、 有关。 5. 发电机是利用 现象制成的，工作时将 能转化为 能。 6. 发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性变化，这样的电流叫做 ，简称 ，电流周期性 与 的比叫做频率，单位是 ，我国电网的频率是 。 【课堂探究】 探究一、法拉第的发现 1. 知识回顾：奥斯特—电流的磁效应 奥斯特发现通电导线旁边的小磁针发生偏转，说明电流在它周围的空间产生的磁场，且磁场的方向与电流的方向有关。在此基础上，很多科学家进行了逆向思考：既然电流能产生磁场，那么能否利用磁场来产生电流呢？ 逆向思维：又称反向思维或求异思维，是一种突破常规、从对立或相反方向思考问题的思维方式。它不遵循常见的逻辑顺序，而是从结果反推原因、从目标倒推步骤，或从对立面寻找突破口。这种思维方式在创新、科研、商业及日常生活中都具有重要价值，能帮助人们跳出思维定式，发现隐藏的机会与解决方案。很多时候，对一个问题的逆向思考，是一种有效的思维方式。 2. 法拉第的发现 1831年，英国物理学家 历经10年探索，终于发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现进一步揭示了电与磁的联系，导致了 、 和 的相继问世，使电能的大规模生产、传输和利用成为现实，人类社会进入了 的时代。 【例题1】1820年，丹麦物理学家 通过实验证明电流周围存在磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系；英国物理学家法拉第经过10年的不懈探索，终于在1831年发现了电磁感应现象，由此发明了 （选填“电动机”或“发电机”），开创了电气化时代的新纪元。 【例题2】如图所示的四个实验，下列说法正确的是（　　） A．图甲所示实验可以验证电流的磁效应 B．图乙所示实验与电动机工作原理相同 C．图丙所示的实验开关闭合后，小磁针将逆时针偏转 D．图丁所示实验是法拉第电磁感应原理图 探究二、产生感应电流的条件 【思考】法拉第发现的利用磁场产生电流的条件和规律到底是什么呢？ 1. 实验——探究导体在磁场中产生电流的条件 【实验目标】 探究导体在磁场中运动时产生电流的条件。 【实验思路】 将导体两端用导线与灵敏电流计串联成闭合电路，将导体置于磁场中，通过改变导体的运动状态，观察电流计是否偏转，从而判断是否产生感应电流。 【实验器材】 直导体 1 根、方形线圈 1 个、蹄形磁铁 1 个、灵敏电流计 1 只、铁架台 1 套、导线若干。 【实验步骤与记录】 步骤一、直导体实验 （1）断开开关，使导体在磁场中静止或沿不同方向运动，观察电流计指针是否偏转，记录结果。 （2）闭合开关，重复上述运动，观察并记录指针偏转情况。 实验对象 运动情况 开关状态 指针偏转情况 直导体 静止或上下左右运动 断开 不偏转 直导体 向左/向右运动 闭合 摆动很小 直导体 斜向运动 闭合 摆动很小 步骤二：线圈实验 （1）断开开关，使线圈在磁场中静止或沿不同方向运动，观察电流计指针是否偏转。 （2）闭合开关，重复上述运动，观察并记录指针偏转情况。 实验对象 运动情况 开关状态 指针偏转情况 线圈 静止或上下左右运动 断开 不偏转 线圈 向左/向右运动 闭合 偏转明显 线圈 斜向运动 闭合 偏转明显 【分析与论证】 （1）类比模型：将磁感线想象为“线”，导体想象为“刀”，导体运动时是否“切割”磁感线？ （2）运动方向与磁感线方向的关系： 平行时：不切割 → 无电流 垂直时：切割最有效 → 电流明显 斜交时：切割 → 有电流 【实验结论】 导体中产生感应电流的条件： （1）电路处于 状态； （2）部分导体在磁场中做 运动（导体运动的方向与磁场方向不平行，当运动方向与磁场方向相垂直时，切割磁感线运动最明显）。 【例题3】1831年法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律，如图所示是“探究感应电流产生条件”的实验装置。下列说法不正确的是（　　） A．闭合开关，导体在磁场中上下运动会产生感应电流 B．闭合开关，导体左右运动时，将机械能转化为电能 C．利用该实验原理可以制成发电机 D．将电流计换成电源，可以研究通电导体在磁场中的受力情况 【例题4】如图所示为“探究感应电流产生的条件”的实验装置，蹄形磁体放置在水平桌面上。请按要求回答： (1)实验中小海闭合开关，发现无论导体如何运动，电流计指针均不偏转。请分析可能导致该现象的一种原因： （可从电路连接、器材选择等方面分析）。 (2)排除故障后，小明进行实验。下表是他的实验记录，请根据实验现象在横线上填写相应结论： 实验操作 灵敏电流计指针偏转情况 是否产生感应电流 导体ab竖直上下运动 不偏转 否 导体ab水平左右运动（切割磁感线） 偏转 是 导体ab斜向运动（切割磁感线） 偏转 是 结论：只有当闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时，电路中才会产生感应电流。 (3)实验中，通过观察灵敏电流计指针是否偏转来判断感应电流是否产生，这种研究方法属于 （选填“转换法”或“控制变量法”）。实验中，保持其他条件不变，改变导体的运动方式，继续探究感应电流产生的条件。 (4)若想进一步探究“感应电流方向与导体运动方向是否有关”，请写出你的实验设计思路（步骤）： 。（合理即可） 探究三、电磁感应 1. 电磁感应现象 （1）电磁感应的定义： 电路的一部分 在磁场中做 运动时，导体中会产生电流，这种现象叫做 （即磁生电，注意电生磁不是电磁感应）。 （2）感应电流：电磁感应产生的电流叫做 。 2. 实验—探究感应电流的方向 实验现象回顾：在探究感应电流条件的实验中，导体运动方向不同时，灵敏电流计指针偏转方向也不同。 线圈ab段运动情况（电路闭合） 电流计指针偏转情况 闭合电路 静止 不偏转 竖直向上或向下运动 不偏转 水平向左（向右）运动 向右（向左）偏转 斜向右上（左下）运动 向左（向右）偏转 初步结论：感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关。 3. 进一步探究：感应电流方向是否与磁场方向有关 实验记录： 导体切割磁感线方向 磁场方向 灵敏电流计指针偏转方向 向左 向上 向右 向左 向下 向左 结论：感应电流的方向不仅与导体运动方向有关，还与磁场的 有关。 4. 总结归纳 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中产生感应电流；感应电流的方向与 的方向和 的方向有关。 5. 交流与合作 （1）能量转化分析 电磁感应现象中的能量转化形式是： 能 → 能 （2）拓展思考：太空悬绳发电能否实现 背景设想：从航天飞机向地心发射一颗卫星，卫星携带一根很长的金属悬绳，该悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动。 原理分析： 悬绳、航天飞机、卫星和电离层构成闭合回路。 悬绳作为闭合回路的一部分导体，做切割地磁场磁感线的运动。 符合产生感应电流的条件，因此理论上可以产生感应电流。 【例题5】如图所示是2025年儋州马拉松情景。比赛中，运动员佩戴的感应芯片经过磁场区域时，线圈产生电流并发送信息，实现自动计时。其工作原理与下列相同的是（　　） A．手摇发电机 B．电铃 C．电磁起重机 D．扬声器 【例题6】在“探究导体在磁场中运动时产生感应电流条件”实验中，某小组利用灵敏电流计、开关、U形磁铁、导线、导体棒组成了如图甲所示电路。 (1)探究小组将观察到的现象记录在下表中： 开关 闭合 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 开关 断开 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 竖直上下（乙图） 不偏转 竖直上下（乙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转 水平左右（丁图） 偏转 水平左右（丁图） 不偏转 分析表中信息可知导体在磁场中运动产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。上面的现象叫做电磁感应，生活中 是根据此现象的原理工作的。 (2)探究小组观察到磁体不动时，导体棒向右运动指针向右偏转，向左运动指针向左偏转，这说明感应电流方向与 有关。继续实验：导体棒静止不动，磁体向右运动时，会观察到电流计指针向 偏转。 (3)探究小组发现实验中灵敏电流计的指针偏转角度较小，实验现象不明显，你有什么方法让实验现象变明显？答： （写出一种即可）。 探究四、发电机 1. 实验（一）—利用手摇发电机发电 （1）发电机的原理：导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，人们根据这一原理制造了发电机，实现了 能向 能的转化。 （2）实验过程：将手摇发电机与灯泡连接，转动摇把。观察灯泡是否发光？改变转动的速度，观察灯泡亮度是否变化。 （3）实验现象： ①转动摇把后观察到灯泡发光，说明电路中产生 。 ②摇把转速不同时，灯泡亮度也不一样，转速越快，灯泡越亮，说明感应电流大小与导体切割磁感线的速度有关。 （4）发电机的构造说明。 发电机主要由转子（转动部分）和定子（固定部分）组成，关键部件包括： 磁铁：产生磁场。 线圈：转动时切割磁感线，产生感应电流。 铜环：随线圈转动，与外部电路构成闭合回路。 电刷：将感应电流导出至外部电路。 2. 实验（二）—探究手摇发电机产生的电流方向 实验方法：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，观察二极管的发光情况。 实验现象：两个二极管交替发光，说明发电机产生的电流方向在不断变化。 3. 交变电流 直流电：用电池供电时，电源外部电流总是从电池的正极流向负极，方向不改变。这种电流叫作直流电， 交流电：在刚才的实验中发现，随着线圈转动，发电机产生的感应电流的 和 在周期性的变化，我们把这样的电流称为 ，简称 。 交流电的频率：交变电流中，电流周期性变化的 与 的比叫做频率，频率和周期互为倒数。我国电网使用的就是交流电，频率为50Hz。周期0.02s，1s内电流方向改变100次。 4. 生活中的发电机 从能量转化的角度看，发电机是将机械能转化为电能的装置，而机械能可以来自于风、来自于高处下落的水、来自于蒸汽机，实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者水库中水流的机械能转化为电能，发电机的出现，推动了人类历史上一次重要的工业革命。 【例题7】如图所示，把两个发光二极管极性相反地并联起来，组成二极管组，把它的a、b端分别接在手摇发电机和干电池组上，将观察到的现象记录在下表中，以下说法正确的（　　） 手摇发电机 干电池组 现象 甲、乙交替发光 甲一直发光，乙 A．手摇发电机产生的是直流电 B．表格中漏写的现象应该是“也一直发光” C．发电机把机械能转化为电能 D．手摇发电机的工作原理是：电流的磁效应 【例题8】小丹做了一个有趣的实验，她将两个相同的玩具电机A、B的转轴用塑料管连接起来，图甲是电机A、B简易结构的示意图。 (1)如图乙所示，闭合开关S，电流通过电机B，B中线圈在磁场中会受到 的作用转动起来，带动电机A中线圈转动，小灯泡发光。此时，电机A 相当于 （选填“用电器”“开关”或“电源”），这是利用了 原理。 (2)若想改变电机B中线圈的转动方向，可以通过改变 来实现。 (3)当电机B 中线圈转动方向改变时，电机A 中线圈的转动方向也随之改变，通过小灯泡的电流方向 （选填“会”或“不会”）改变。 【精讲点拨】 1. 产生感应电流的条件：①电路是闭合的；②电路中导体的一部分切割磁感线运动。 2. 切割磁感线运动指的是导体的运动方向与磁感线方向不平行。 3. 决定感应电流方向的因素：①磁场方向；②导体运动方向。 4. 发电机产生的感应电流的大小和方向都在随时间周期性变化，这样的电流叫做交变电流。发电机实质是通过电磁感应将机械能转化为电能的装置。 【归纳整理】 1 电磁感应现象 【课堂练习】 1．我国生产的人形机器人动态性能卓越，它内置高性能电池，关节电动机在实时控制系统指挥下实现抓握、奔跑等动作。图中所示的四个实验，能够揭示电动机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 2．如图是一种新型的风光互补照明灯，它头顶小风扇，肩扛太阳能电池板，腰挎照明灯，脚踏蓄电池，下列解释正确的是（　　） A．利用风力发电将机械能转化为电能 B．太阳能电池板将太阳能转化为化学能 C．照明灯工作时，LED灯是将机械能转化为光能 D．蓄电池夜晚放电时将电能转化为化学能 3．如图所示的装置中，线圈abcd的ab、cd边分别与金属圆环A、B固定，电刷E、F分别与金属圆环A、B接触，电流计的指针偏转方向可以反映电流的方向。闭合开关后，线圈顺时针转动到图中位置时，电流计指针往左偏。则（　　） A．当线圈abcd转过90°后，电流计指针往右偏 B．当线圈abcd转过180°后，电流计指针往右偏 C．当线圈abcd在图中位置逆时针转动，则电流计指针往左偏 D．当线圈abcd从图中位置逆时针转过180°，则电流计指针往右偏 4．图中反映了发电机原理的是（　　） A． B． C． D． 5．嘉宾戴着“运动手环”运动时，手环中小磁体在管内反复运动，线圈中便会产生电流，通过传感器实现运动追踪，该过程中 转化为电能，这与 （选填“乙”或“丙”）工作原理相似。 6．如图为近年来流行的一种手压式自发电手电筒，按压手电筒上的按柄时，通过塑料齿轮带动铜丝线圈内的磁性飞轮高速旋转，从而产生电流点亮灯泡。这个过程中把 能转化为电能，电流的产生是利用了 原理 7．位于四川省宁南县与云南省巧家县的白鹤滩水电站是世界第二大水电站。水电站发电机的工作原理是 （填科学家名字）发现的；图 是发电机基本构造示意图。 8．小红用如图所示的装置做了“探究怎样产生感应电流”的实验。 (1)实验中通过观察灵敏电流计 来判断电路中是否有感应电流； (2)她发现，如果开关处于 状态，无论磁体怎样放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针均不偏转，这说明闭合电路是产生感应电流的必要条件； (3)电路闭合后，下列实验操作不能使灵敏电流计指针发生偏转的是______（选填序号）； A．磁体不动，导体棒水平向右运动 B．磁体不动，导体棒向斜上方运动 C．导体棒不动，磁体竖直向下运动 D．导体棒不动，磁体水平向左运动 (4)保持导体AB运动方向不变，仅将磁体N、S极对调，重复上述实验，是为了探究感应电流方向与 的关系； (5)产生感应电流时，正在切割磁感线的导体相当于电路中的 ； (6)小红觉得灵敏电流计偏转角度不明显，其他同学纷纷给她提出了一些建议。联系自己在该实验过程中的经验，你认为以下建议中无效的是______（选填序号）。 A．换用磁性更强的磁铁 B．使导体以更快的速度做切割磁感线运动 C．使导体以相反的方向做切割磁感线运动 D．把导体AB换成多匝线圈 【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 $