17.5 发电机（讲义）物理新教材北师大版（北京）九年级全一册

本初中物理讲义聚焦电磁感应现象与发电机这一核心知识点，系统梳理从法拉第发现电磁感应现象，到感应电流产生条件、方向影响因素，再到发电机工作原理、能量转化及交直流电区分的知识脉络，通过对比电动机构建完整的电磁相互作用学习支架。 该资料以科学探究为核心，通过“探究感应电流条件”实验活动培养学生科学思维，结合高铁节能等实际案例渗透能量观念，题型从基础通关到迁移创新分层设计，课中助力教师高效授课，课后帮助学生查漏补缺，强化知识应用能力。

第十七章 电磁相互作用 第5节 发电机 课标要点 1.通过实验认识电磁感应现象，记住感应电流产生条件； 2.掌握感应电流方向的影响因素； 3.了解交流发电机结构、工作原理、能量转化； 4.区分交流电与直流电，对比发电机和电动机的异同。 学习重难点 重点：电磁感应现象、产生感应电流的条件；发电机工作原理与能量转化。 难点：理解导体切割磁感线的含义；区分电动机与发电机原理、结构差异。 知识点 发电机 1.电磁感应现象： 英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 内容：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 导体中感应电流的方向，跟导体的运动方向和磁感线方向有关。（当导体运动方向或磁感线方向两者中的一个发生改变时，感应电流的方向也随之改变；当导体运动方向和磁感线方向两者同时都发生改变时，力的方向不变。） 2.发电机： 发电机是根据电磁感应现象制成的，是将机械能转化为电能的装置。 发电机是由定子和转子两部分组成的。 从电池得到的电流的方向不变，通常叫做直流电。（DC） 电流方向周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。（AC） 在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率，频率的单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。 我国供生产和生活用的交流电，电压是220V，频率是50Hz，周期是0.02s，即1s内有50个周期，交流电的方向每周期改变2次，所以50Hz的交流电电流方向1s内改变100次。 随学随练关于图甲和图乙所示的两个实验，下列说法正确的是（　　） A．图甲所示实验能说明发电机的工作原理 B．图乙所示实验中开关闭合时线圈会摆动 C．电磁起重机是利用电磁感应现象工作的 D．它们揭示了电能和机械能可以相互转化 【答案】D 【详解】A．图甲是电动机的工作原理，发电机原理是图乙的电磁感应，故A错误； B．图乙电路本身无电源，开关闭合后，只有导体切割磁感线才会产生感应电流，仅闭合开关时线圈不会受力摆动，故B错误； C．电磁起重机是利用电流的磁效应工作的，和电磁感应现象无关，故C错误； D．甲将电能转化为机械能，乙将机械能转化为电能，揭示了电能和机械能可以相互转化，故D正确。 故选D。 题型 发电机 活学活用 如图所示，是探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件的装置，导体AB、开关、灵敏电流计用导线连接组成电路，导体AB悬挂于蹄形磁体的磁场中，请回答下列问题： (1)闭合开关，当导体AB在磁场中静止时，电路中__________（选填“能”或“不能”）产生感应电流。 (2)闭合开关，保持磁体的N、S极位置不变，让导体AB在磁场中水平向左运动，观察到灵敏电流计的指针向右偏转；让导体AB在磁场中水平向右运动，观察到灵敏电流计的指针向左偏转。根据以上现象，请你提出一个可探究的科学问题：_________。 (3)本实验原理可应用于__________（选填“电动机”或“发电机”）。 【答案】(1)不能 (2)感应电流的方向与导体切割磁感线的方向有关吗？ (3)发电机 【详解】（1）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。导体 AB 在磁场中静止时，没有切割磁感线，因此电路中不能产生感应电流。 （2）实验中控制磁场方向不变，改变导体 AB 的运动方向（左移/右移），灵敏电流计指针的偏转方向相反（右偏/左偏），说明感应电流方向与导体运动方向有关，因此可提出该探究性问题。 （3）本实验利用了电磁感应现象，闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，该原理是发电机的工作基础；而电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的。 基础通关 1．如图所示的实例中，工作原理跟发电机相同的是（     ） A．动圈式扬声器 B．动圈式话筒 C．电磁铁 D．司南 【答案】B 【详解】发电机的工作原理是闭合电路中的部分导线切割磁感线产生感应电流，是电磁感应现象。 A．动圈式扬声器的工作原理是通电导线在磁场中受力的作用运动，故A不符合题意； B．动圈式话筒的工作原理是闭合电路中的部分导线切割磁感线产生感应电流，是电磁感应现象，故B符合题意； C．电磁铁的工作原理是通电导体的周围存在磁场，故C不符合题意； D．司南的工作原理是利用地球的磁场来确定方向，即磁极间的相互作用，故D不符合题意。 故选B。 2．（多选）下列说法正确的是（     ） A．磁场看不见、摸不着，但它是真实存在的 B．导体周围一定存在着由它产生的磁场 C．电动机是利用磁场对通电导体有力的作用工作的 D．发电机发电时将电能转化为机械能 【答案】AC 【详解】A．磁场是真实存在的物质，虽看不见、摸不着，但可通过对磁体的作用来感知其存在，故A正确； B．只有通电导体周围才会产生磁场（奥斯特实验证明），不通电的导体周围不存在磁场，故B错误； C．电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用，通电导体在磁场中受力运动，将电能转化为机械能，故C正确； D．发电机发电时是将机械能转化为电能，并非电能转化为机械能，故D错误。 故选AC。 3． (1)为了探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，在如图所示的实验装置中，还需在导线夹甲、乙间接入的电路元件是________。 (2)为了探究磁场对通电导体是否有力的作用，在如图所示的实验装置中，还需在导线夹甲、乙间接入的电路元件是________。闭合开关前，导体ab处于静止状态；若闭合开关后，观察到导体ab________的现象，则说明磁场对通电导体有力的作用。 【答案】(1)灵敏电流计 (2) 电源 从静止开始运动 【详解】（1）电磁感应是“磁生电”，实验中不需要电源，但需要检测微小电流的灵敏电流计，以判断是否产生感应电流。因此，导线夹甲、乙间接入的电路元件是灵敏电流计。 （2）磁场对通电导体的力的作用是“电生磁”，实验中需要电源给导体通电，则导线夹甲、乙间接入的电路元件是电源；闭合开关前导体ab静止，闭合开关后，若通电导体ab运动，则受到磁场力的作用。 4．（多选）下列关于电和磁的说法中，正确的有（     ） A．磁感线是描述磁场的物理模型 B．线圈匝数越多的电磁铁，磁性就越强 C．电动机是将电能转化为机械能的机器 D．导体在磁场中运动就能产生感应电流 【答案】AC 【详解】A．磁感线并不真实存在，是物理学家为了方便描述磁场假想出来的物理模型，故A正确； B．电磁铁的磁性强弱与线圈匝数、电流大小两个因素都有关，当电流大小相同时，线圈匝数越多磁性越强，故B错误； C．电动机工作时消耗电能，得到机械能，是将电能转化为机械能的装置，故C正确； D．闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，才能产生感应电流，故D错误。 故选AC。 5．某同学用如图所示的装置进行实验，使金属棒ab向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向右偏转，说明回路中有电流产生，这是______现象。灵敏电流计指针偏转的方向可以反映电路中的电流方向，若要改变上述灵敏电流计指针偏转的方向，可进行的操作是：______。实验中金属棒ab向左运动产生感应电流的过程中能量转化与______（选填：“电动机”或“发电机”）工作时相同。 【答案】 电磁感应 将磁体的N、S对调，仍使金属棒ab向左做切割磁感线运动 发电机 【详解】闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流的现象，叫做电磁感应现象； 感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向、磁场方向有关，要改变灵敏电流计的偏转方向，可以将磁体的N、S对调，仍使金属棒ab向左做切割磁感线运动（或保持磁体的N、S不变，使金属棒ab向右做切割磁感线运动）； 发电机工作时将机械能转化为电能，电动机工作时将电能转化为机械能，实验中金属棒ab向左运动产生感应电流的过程中，消耗机械能转化为电能，该能量转化与发电机工作时的能量转化一致。 素养提升 6．小一用如图所示装置探究“感应电流的方向与切割磁感线运动的方向是否有关”，他先使金属棒向左做切割磁感线运动，发现灵敏电流计指针向右偏转，如图所示： (1)他接下来应该执行的实验步骤是：__________________，观察灵敏电流计指针偏转方向。 (2)如果小一打算继续探究“通电导体在磁场中的受力方向与电流方向是否有关”，除了准备开关和导线以外，他还应该将灵敏电流计更换为________。 【答案】(1)保持磁场方向不变，使金属棒ab向右做切割磁感线运动 (2)电源 【详解】（1）探究感应电流方向与切割磁感线运动方向的关系，需控制磁场方向不变，改变导体运动方向。因此应使金属棒 向右做切割磁感线运动，观察电流计指针偏转方向。 （2）探究通电导体在磁场中受力方向与电流方向的关系，电路中需要有电源提供电流。灵敏电流计用于检测电流，不能提供电能，故需将其更换为电源。 7．（多选）如图所示，下列关于电磁学的四幅图，说法正确的是（     ） A．甲图中，闭合开关，小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在磁场 B．乙图中，线圈只要在磁场中运动，就能产生电流 C．丙图中，闭合开关，导体AB会受到力的作用而运动 D．丁图中，根据电流方向，可判定通电螺线管的上端为S极 【答案】AC 【详解】A．甲图是奥斯特实验，闭合开关后通电导体使小磁针偏转，该实验说明通电导体周围存在磁场，故A正确； B．乙图是电磁感应实验装置，产生感应电流的条件是电路闭合、导体做切割磁感线运动，两个条件缺一不可，因此不是线圈只要运动就产生电流，故B错误； C．丙图装置有电源，闭合开关后，导体AB是通电导体，通电导体在磁场中会受到力的作用，因此会受力运动，故C正确； D．根据安培定则可知，电流从螺线管上端流入、下端流出，可判断出螺线管下端为S极，上端为N极，故D错误。 故选 AC。 8．某同学用如图所示的装置进行实验，其中灵敏电流计指针偏转的方向可以反映电路中的电流方向。使金属棒向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向右偏转，如图甲所示；对调磁铁的N、S极位置，使金属棒向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向左偏转，如图乙所示。该同学探究的问题是：__________。 【答案】在导体切割磁感线运动方向不变时，电路中感应电流的方向与磁场方向是否有关 【详解】对比甲、乙两次实验，控制了导体切割磁感线的运动方向不变，只改变磁场方向，观察到灵敏电流计偏转方向改变，也就是感应电流方向改变，因此该实验探究的问题是：在导体切割磁感线运动方向不变时，感应电流的方向是否与磁场方向有关。 9．（多选）如图所示是研究物理规律的四个实验，下列相关叙述正确的是（     ） A．①的实验结论可应用在磁悬浮列车中 B．动圈式扬声器应用了②的实验原理 C．电动自行车的电动机应用了③的实验原理 D．物理实验室中的滑动变阻器的原理与实验④相同 【答案】AC 【详解】A．①实验结论为同名磁极相互排斥，磁悬浮列车正是利用该原理使车体悬浮，故A正确； B．②实验是电磁感应现象，动圈式扬声器工作时将电能转化为机械能，利用磁场对电流有力的作用工作的，故B错误； C．③实验说明通电导体在磁场中受力运动，电动机的工作原理与该原理相同，故C正确； D．实验④是电磁继电器，利用电流的磁效应工作。滑动变阻器的原理是通过改变接入电路中电阻丝的长度改变电阻，二者原理不同，故D错误。 故选AC。 10．（多选）关于电磁现象，下列说法中正确的是（     ） A．导体做切割磁感线运动时，导体中一定产生电流 B．通电线圈在磁场中受力转动时，电能转化为机械能 C．磁场中某点的磁场方向是由该处磁感线的方向决定的 D．指南针能指南是由于地磁场对指南针磁极有力的作用 【答案】BD 【详解】A．根据电磁感应原理，只有闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，导体中才会产生感应电流，若导体未构成闭合电路，仅切割磁感线不会产生电流，故A错误； B．通电线圈在磁场中受力转动是电动机的工作原理，此过程中电能转化为机械能，故B正确； C．磁场是客观存在的，磁感线是为描述磁场而假想的曲线，磁场中某点的磁场方向决定了该处磁感线的方向，而非磁感线方向决定磁场方向，故C错误； D．地球周围存在地磁场，指南针作为磁体，会受到地磁场对其磁极的磁力作用，从而能够指南北，故D正确。 故选BD。 迁移创新 11．关于电磁现象，下列说法中正确的是（　　） A．通电导体的周围存在磁感线 B．电磁感应现象揭示了电流的磁效应 C．闭合电路的部分导体在磁场中运动时，导体中一定产生感应电流 D．指南针指南北是受地磁场作用的结果 【答案】D 【详解】A．通电导体周围存在磁场，磁感线是为描述磁场分布而假想的曲线，不是真实存在的，故A错误； B．电磁感应现象揭示了磁生电。故B错误； C．闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中才会产生感应电流。故C错误； D．地球本身是一个巨大的磁体，地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近。指南针指南北是受地磁场作用的结果。故D正确。 故选D。 12．（多选）如图所示，①②③④为探究物理规律的四个实验，abcd为物理规律的应用实例，箭头表示规律和应用之间的对应关系，其中对应关系正确的是（   ） A．A B．B C．C D．D 【答案】ABC 【详解】A．电流的磁效应是指电流通过导体时会产生磁场，电磁起重机的工作原理也是通过对电流的通断来控制磁性大小的，故A正确； B．通电导线在磁场中受到力的作用是电动机的工作原理，故B正确； C．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，导体中就会产生感应电流，手摇发电机正是利用了这一个原理，故C正确； D．同种电荷相互排斥遵循库仑定律，而磁悬浮地球仪是属于磁现象中的同名磁极相互排斥，故D错误。 故选ABC。 13．（多选）关于如图所示的四个电磁实验，下列说法正确的是（　　） A．实验甲：断开开关S，小磁针静止，其指向如图所示，闭合开关S，小磁针发生偏转，实验表明通电导线周围存在磁场 B．实验乙：断开开关S，导体棒ab静止，闭合开关S，导体棒ab在磁场中运动，实验表明通电导体在磁场中受到力的作用 C．实验丙：闭合开关S，部分导体在磁场中做切割磁感线运动，灵敏电流计指针发生偏转，产生感应电流，这是电动机的工作原理 D．实验丁：闭合开关S，甲、乙两电磁铁吸起大头针的数目不同，实验表明电磁铁磁性强弱与电流大小有关 【答案】AB 【详解】A．闭合开关S，通电导线周围存在磁场，小磁针受到磁场的作用发生偏转，表明通电导线的周围存在磁场，故A正确； B．闭合开关S，导体在磁场中运动，其工作原理是通电导体在磁场中受力而运动，电动机是利用这一原理制成的，故B正确； C．实验丙，闭合开关后，导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中就会有感应电流，这是发电机的工作原理，故C错误； D．闭合开关S，甲、乙两电磁铁吸起大头针的数目不同，实验表明电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关，故D错误。 故选AB。 14．中国高铁位居世界前列，成为了中国一张亮丽的名片，具有节能、快速、高效、安全、智能和舒适等优势。 (1)节能；动车组减速过程中，可以将机械能转化为电能，实现节能。图____（填“a”或“b”）与其工作原理相同。 (2)快速；复兴号某动车组在高速运行时，若空气阻力占总阻力的80%，与速度的关系为（，的单位为），当该动车组以400km/h的速度匀速直线运动时，该动车组牵引力每小时至少做功____J。（为方便计算，数据已作简化处理） (3)高效；列车网络控制系统可以依托大数据优化停靠站，提高效率。优化前，一动车组以速度匀速行驶，经停某站，先减速一段时间，然后停一段时间，再加速一段时间，恰好恢复到原速度继续匀速行驶。优化后，该动车组不停靠此站，可视为在原路线上一直以速度匀速行驶，则该动车组因不停靠此站而节省的时间为____。（该动车组加速阶段、减速阶段的平均速度均为，题中所给的物理量均为已知量） (4)安全；如图（c），受电弓安装在高铁车箱的顶部，受电弓的碳钢滑板与供电线接触。如果碳钢滑板的同一位置与供电线持续摩擦，会缩短碳钢滑板的使用寿命，更会影响动车组的运行安全，那么图____（填“d”或“e”）的设计能使碳钢滑板的磨损均匀化。 (5)智能；某小组设计了一个冻雨预警电路，如图（f）所示。闭合S后，当环境温度低于0℃（温控开关闭合）且空气湿度高于80%（湿控开关闭合）时，警示灯一直发光并出现持续的亮暗交替现象，发出预警。已知：电源电压恒为6V，定值电阻为10，警示灯标有“6V；0.5A”。当电磁铁线圈中的电流时，电磁铁吸下衔铁，使动触点与下方静触点接触。为实现预警功能，温控开关与湿控开关应____联，请选择合适的接线柱，用笔画线代替导线将电路连接完整_______。（图中温控开关与湿控开关之间已正确连接，电磁铁线圈的电阻、温控开关与湿控开关的电阻均忽略不计，只能在标有字母的接线柱上连接导线，导线不能交叉） (6)中国高铁的发展，彰显了我国在科技创新领域的强大实力。请写出你想象的中国高铁最智慧的样子：____。 【答案】(1)b (2) (3) (4)e (5) 串 (6)智能节能系统，实现绿色低碳运营 【详解】（1）动车组减速过程中，可以将机械能转化为电能，属于电磁感应现象，图b为电磁感应现象，图a为通电导体在磁场中受力的作用，故图b与其工作原理相同。 （2）空气的阻力为 总阻力为 该动车组匀速直线运动，牵引力和阻力二力平衡，大小相等，牵引力大小为 该动车组牵引力每小时运动的路程为 该动车组牵引力每小时至少做功 （3）由题意可知，经停某站运动的路程为 经停某站的总时间 匀速运动通过的时间 该动车组因不停靠此站而节省的时间为 （4）如果碳钢滑板的同一位置与供电线持续摩擦，会缩短碳钢滑板的使用寿命，更会影响动车组的运行安全，需要尽量每个位置都能摩擦，故图e的设计能使碳钢滑板的磨损均匀化。 （5）[1]闭合S后，当环境温度低于0℃（温控开关闭合）且空气湿度高于80%（湿控开关闭合）时，警示灯一直发光并出现持续的亮暗交替现象，发出预警。说明两个开关同时闭合，灯泡才亮，发出预警，故温控开关与湿控开关应串联。 [2]根据题意可知，开关闭合，温控开关与湿控开关闭合，灯泡一直亮，通过定值电阻和电磁铁的短路与否来改变电路中的总电阻，改变电路中的电流，从而改变灯泡的亮暗。闭合开关，环境温度低于0℃（温控开关闭合）且空气湿度高于80%（湿控开关闭合）时，灯泡与电阻串联，灯泡发光，由于电源电压为，灯泡分得的电压小于额定电压，灯泡发光较暗，灯泡电阻为 总电阻为 电流为 电流，衔铁被吸下，定值电阻与电磁铁被短路，此时电路为灯泡的简单电路，灯泡两端电压等于电源电压，达到额定电压，发光较亮，此时由于电磁铁被短路，没有电流流过电磁铁，电磁铁磁性消失，衔铁被松开，重复以上现象，灯泡会亮暗交替，故如下图所示： （6）我想象的中国高铁最智慧的样子是智能节能系统，实现绿色低碳运营。 15．电磁炉与涡流加热 近年来，随着生活方式的改变和能源利用方式的升级，各类电加热设备在日常生活中得到广泛应用。在家庭厨房中，常见的加热方式包括以电阻丝为核心的电加热装置，以及基于电磁感应原理的电磁炉。不同加热方式在能量转化过程和热量产生位置上存在明显差异。 电磁炉的加热原理基于电磁感应。当电磁炉工作时，其内部线圈中通入高频交变电流，在锅具底部空间中形成不断变化的磁场。金属锅具处在该磁场中时，其内部会产生闭合的感应电流。这种电流在锅底中不断改变方向，通常称为涡旋电流（涡流）。需要注意的是，锅具中产生的涡流并不是由家庭电路直接“送入”的电流，而是由电磁炉线圈中变化的磁场在锅具中直接感应产生的。 涡流在锅具内部流动时，由于锅具材料具有一定的电学特性，会产生热效应，使锅底温度升高，从而实现对锅内食物或水的加热。在这一过程中，热量主要在锅具内部产生，再通过热传导传递给被加热物体。与此不同，电阻丝加热装置通常是通过电流直接通过电阻丝产生热量，电阻丝温度升高后，再通过传导、对流和辐射等方式将热量传递给周围环境或被加热物体。由此可见，不同电加热方式在热量产生的位置和传递路径上存在差别。 在实际应用中，无论采用电磁炉还是电阻丝加热装置，加热过程中产生的热量并不一定能够全部被食物吸收。部分热量可能通过空气、器具或周围环境散失。因此，在评价加热效果时，常引入“加热效率”的概念，用于描述被加热物体实际吸收的热量与加热装置产生热量之间的关系。加热效率的大小不仅与加热方式有关，还与器具结构、使用条件以及环境等多种因素相关。 随着半导体技术的发展，新一代电磁炉开始采用碳化硅（SiC）功率器件，使电磁炉在更高频率下工作，能量损失更小，控制响应更快。未来，随着材料与电力电子技术的进一步提升，电磁加热将更加普及，并在工业加热、厨房自动化等领域发挥更重要的作用。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)利用电磁感应加热时，锅具内部出现的涡流在锅具内部产生热量，其中涡旋电流是由________直接产生的。（选填字母） A．家庭电路提供的220V交流电 B．电磁炉线圈中变化的磁场 C．锅具本身的电阻 D．锅具与食物之间的热传递 (2)在使用电磁炉加热食物时，小海发现家里使用的电磁炉的功率是可调的，最高功率可达2.2kW，最低功率为最高功率的25%，中间可以连续调节。为模拟这种可调功率的加热器，他设计了一种等效电路如图所示。其中R2=_______Ω。当R2接入电路的阻值为其最大阻值的一半时，电磁炉的加热功率等于________kW。 (3)在实验中，某加热效率为99%的电磁炉可将5kg的水在7分钟的时间内升高44℃，其加热食物的效果与家庭电路中某加热效率为90%的加热器正常工作时的效果相同，则该电热器的阻值为________Ω。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]。 【答案】(1)B (2) 66 0.88 (3)19.8 【详解】（1）涡流的产生原理是电磁感应，当电磁炉线圈中通有交变电流时，会产生变化的磁场，锅具处于这个变化的磁场中，锅具内部的自由电荷会在电磁感应的作用下做定向移动，从而形成涡流，所以涡流电流是由电磁炉线圈中变化的磁场直接产生的，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 （2）[1]由电路图可知，R1、R2串联，根据可知，电源电压不变，功率与电流成正比。 当R2接入电阻最小，即时，电路中的总电阻最小，电流最大，电磁炉功率最大，最大功率为 则此时R1的阻值为 当R2的阻值最大时，电路中的总电流最小，此时电磁炉的功率最低。 电磁炉的最低功率 此时电路中的总电流 电路中的总电阻 则R2的最大阻值为 [2]当R2接入电路的阻值为其最大阻值的一半时，此时电阻为 电路中的电流 此时电磁炉的功率为 （3）由题意，因为加热效率为99%的电磁炉将5kg的水在7分钟的时间内升高44℃，其加热食物的效果与家庭电路中某加热效率为90%的加热器正常工作时的效果相同，所以，两种加热器加热时间相同，使水升高相同温度，水吸收的热量相同。则5kg的水升高44℃吸收的热量 则加热效率为90%的加热器消耗的电能 该加热效率为90%的加热器工作时间 该加热效率为90%的加热器的功率 该加热效率为90%的加热器的阻值 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十七章 电磁相互作用 第5节 发电机 课标要点 1.通过实验认识电磁感应现象，记住感应电流产生条件； 2.掌握感应电流方向的影响因素； 3.了解交流发电机结构、工作原理、能量转化； 4.区分交流电与直流电，对比发电机和电动机的异同。 学习重难点 重点：电磁感应现象、产生感应电流的条件；发电机工作原理与能量转化。 难点：理解导体切割磁感线的含义；区分电动机与发电机原理、结构差异。 知识点 发电机 1.电磁感应现象： 英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 内容：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 导体中感应电流的方向，跟导体的运动方向和磁感线方向有关。（当导体运动方向或磁感线方向两者中的一个发生改变时，感应电流的方向也随之改变；当导体运动方向和磁感线方向两者同时都发生改变时，力的方向不变。） 2.发电机： 发电机是根据电磁感应现象制成的，是将机械能转化为电能的装置。 发电机是由定子和转子两部分组成的。 从电池得到的电流的方向不变，通常叫做直流电。（DC） 电流方向周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。（AC） 在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率，频率的单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。 我国供生产和生活用的交流电，电压是220V，频率是50Hz，周期是0.02s，即1s内有50个周期，交流电的方向每周期改变2次，所以50Hz的交流电电流方向1s内改变100次。 随学随练关于图甲和图乙所示的两个实验，下列说法正确的是（　　） A．图甲所示实验能说明发电机的工作原理 B．图乙所示实验中开关闭合时线圈会摆动 C．电磁起重机是利用电磁感应现象工作的 D．它们揭示了电能和机械能可以相互转化 题型 发电机 活学活用 如图所示，是探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件的装置，导体AB、开关、灵敏电流计用导线连接组成电路，导体AB悬挂于蹄形磁体的磁场中，请回答下列问题： (1)闭合开关，当导体AB在磁场中静止时，电路中__________（选填“能”或“不能”）产生感应电流。 (2)闭合开关，保持磁体的N、S极位置不变，让导体AB在磁场中水平向左运动，观察到灵敏电流计的指针向右偏转；让导体AB在磁场中水平向右运动，观察到灵敏电流计的指针向左偏转。根据以上现象，请你提出一个可探究的科学问题：_________。 (3)本实验原理可应用于__________（选填“电动机”或“发电机”）。 基础通关 1．如图所示的实例中，工作原理跟发电机相同的是（     ） A．动圈式扬声器 B．动圈式话筒 C．电磁铁 D．司南 2．（多选）下列说法正确的是（     ） A．磁场看不见、摸不着，但它是真实存在的 B．导体周围一定存在着由它产生的磁场 C．电动机是利用磁场对通电导体有力的作用工作的 D．发电机发电时将电能转化为机械能 3． (1)为了探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，在如图所示的实验装置中，还需在导线夹甲、乙间接入的电路元件是________。 (2)为了探究磁场对通电导体是否有力的作用，在如图所示的实验装置中，还需在导线夹甲、乙间接入的电路元件是________。闭合开关前，导体ab处于静止状态；若闭合开关后，观察到导体ab________的现象，则说明磁场对通电导体有力的作用。 4．（多选）下列关于电和磁的说法中，正确的有（     ） A．磁感线是描述磁场的物理模型 B．线圈匝数越多的电磁铁，磁性就越强 C．电动机是将电能转化为机械能的机器 D．导体在磁场中运动就能产生感应电流 5．某同学用如图所示的装置进行实验，使金属棒ab向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向右偏转，说明回路中有电流产生，这是______现象。灵敏电流计指针偏转的方向可以反映电路中的电流方向，若要改变上述灵敏电流计指针偏转的方向，可进行的操作是：______。实验中金属棒ab向左运动产生感应电流的过程中能量转化与______（选填：“电动机”或“发电机”）工作时相同。 素养提升 6．小一用如图所示装置探究“感应电流的方向与切割磁感线运动的方向是否有关”，他先使金属棒向左做切割磁感线运动，发现灵敏电流计指针向右偏转，如图所示： (1)他接下来应该执行的实验步骤是：__________________，观察灵敏电流计指针偏转方向。 (2)如果小一打算继续探究“通电导体在磁场中的受力方向与电流方向是否有关”，除了准备开关和导线以外，他还应该将灵敏电流计更换为________。 7．（多选）如图所示，下列关于电磁学的四幅图，说法正确的是（     ） A．甲图中，闭合开关，小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在磁场 B．乙图中，线圈只要在磁场中运动，就能产生电流 C．丙图中，闭合开关，导体AB会受到力的作用而运动 D．丁图中，根据电流方向，可判定通电螺线管的上端为S极 8．某同学用如图所示的装置进行实验，其中灵敏电流计指针偏转的方向可以反映电路中的电流方向。使金属棒向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向右偏转，如图甲所示；对调磁铁的N、S极位置，使金属棒向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向左偏转，如图乙所示。该同学探究的问题是：__________。 9．（多选）如图所示是研究物理规律的四个实验，下列相关叙述正确的是（     ） A．①的实验结论可应用在磁悬浮列车中 B．动圈式扬声器应用了②的实验原理 C．电动自行车的电动机应用了③的实验原理 D．物理实验室中的滑动变阻器的原理与实验④相同 10．（多选）关于电磁现象，下列说法中正确的是（     ） A．导体做切割磁感线运动时，导体中一定产生电流 B．通电线圈在磁场中受力转动时，电能转化为机械能 C．磁场中某点的磁场方向是由该处磁感线的方向决定的 D．指南针能指南是由于地磁场对指南针磁极有力的作用 迁移创新 11．关于电磁现象，下列说法中正确的是（　　） A．通电导体的周围存在磁感线 B．电磁感应现象揭示了电流的磁效应 C．闭合电路的部分导体在磁场中运动时，导体中一定产生感应电流 D．指南针指南北是受地磁场作用的结果 12．（多选）如图所示，①②③④为探究物理规律的四个实验，abcd为物理规律的应用实例，箭头表示规律和应用之间的对应关系，其中对应关系正确的是（   ） A．A B．B C．C D．D 13．（多选）关于如图所示的四个电磁实验，下列说法正确的是（　　） A．实验甲：断开开关S，小磁针静止，其指向如图所示，闭合开关S，小磁针发生偏转，实验表明通电导线周围存在磁场 B．实验乙：断开开关S，导体棒ab静止，闭合开关S，导体棒ab在磁场中运动，实验表明通电导体在磁场中受到力的作用 C．实验丙：闭合开关S，部分导体在磁场中做切割磁感线运动，灵敏电流计指针发生偏转，产生感应电流，这是电动机的工作原理 D．实验丁：闭合开关S，甲、乙两电磁铁吸起大头针的数目不同，实验表明电磁铁磁性强弱与电流大小有关 14．中国高铁位居世界前列，成为了中国一张亮丽的名片，具有节能、快速、高效、安全、智能和舒适等优势。 (1)节能；动车组减速过程中，可以将机械能转化为电能，实现节能。图____（填“a”或“b”）与其工作原理相同。 (2)快速；复兴号某动车组在高速运行时，若空气阻力占总阻力的80%，与速度的关系为（，的单位为），当该动车组以400km/h的速度匀速直线运动时，该动车组牵引力每小时至少做功____J。（为方便计算，数据已作简化处理） (3)高效；列车网络控制系统可以依托大数据优化停靠站，提高效率。优化前，一动车组以速度匀速行驶，经停某站，先减速一段时间，然后停一段时间，再加速一段时间，恰好恢复到原速度继续匀速行驶。优化后，该动车组不停靠此站，可视为在原路线上一直以速度匀速行驶，则该动车组因不停靠此站而节省的时间为____。（该动车组加速阶段、减速阶段的平均速度均为，题中所给的物理量均为已知量） (4)安全；如图（c），受电弓安装在高铁车箱的顶部，受电弓的碳钢滑板与供电线接触。如果碳钢滑板的同一位置与供电线持续摩擦，会缩短碳钢滑板的使用寿命，更会影响动车组的运行安全，那么图____（填“d”或“e”）的设计能使碳钢滑板的磨损均匀化。 (5)智能；某小组设计了一个冻雨预警电路，如图（f）所示。闭合S后，当环境温度低于0℃（温控开关闭合）且空气湿度高于80%（湿控开关闭合）时，警示灯一直发光并出现持续的亮暗交替现象，发出预警。已知：电源电压恒为6V，定值电阻为10，警示灯标有“6V；0.5A”。当电磁铁线圈中的电流时，电磁铁吸下衔铁，使动触点与下方静触点接触。为实现预警功能，温控开关与湿控开关应____联，请选择合适的接线柱，用笔画线代替导线将电路连接完整_______。（图中温控开关与湿控开关之间已正确连接，电磁铁线圈的电阻、温控开关与湿控开关的电阻均忽略不计，只能在标有字母的接线柱上连接导线，导线不能交叉） (6)中国高铁的发展，彰显了我国在科技创新领域的强大实力。请写出你想象的中国高铁最智慧的样子：____。 15．电磁炉与涡流加热 近年来，随着生活方式的改变和能源利用方式的升级，各类电加热设备在日常生活中得到广泛应用。在家庭厨房中，常见的加热方式包括以电阻丝为核心的电加热装置，以及基于电磁感应原理的电磁炉。不同加热方式在能量转化过程和热量产生位置上存在明显差异。 电磁炉的加热原理基于电磁感应。当电磁炉工作时，其内部线圈中通入高频交变电流，在锅具底部空间中形成不断变化的磁场。金属锅具处在该磁场中时，其内部会产生闭合的感应电流。这种电流在锅底中不断改变方向，通常称为涡旋电流（涡流）。需要注意的是，锅具中产生的涡流并不是由家庭电路直接“送入”的电流，而是由电磁炉线圈中变化的磁场在锅具中直接感应产生的。 涡流在锅具内部流动时，由于锅具材料具有一定的电学特性，会产生热效应，使锅底温度升高，从而实现对锅内食物或水的加热。在这一过程中，热量主要在锅具内部产生，再通过热传导传递给被加热物体。与此不同，电阻丝加热装置通常是通过电流直接通过电阻丝产生热量，电阻丝温度升高后，再通过传导、对流和辐射等方式将热量传递给周围环境或被加热物体。由此可见，不同电加热方式在热量产生的位置和传递路径上存在差别。 在实际应用中，无论采用电磁炉还是电阻丝加热装置，加热过程中产生的热量并不一定能够全部被食物吸收。部分热量可能通过空气、器具或周围环境散失。因此，在评价加热效果时，常引入“加热效率”的概念，用于描述被加热物体实际吸收的热量与加热装置产生热量之间的关系。加热效率的大小不仅与加热方式有关，还与器具结构、使用条件以及环境等多种因素相关。 随着半导体技术的发展，新一代电磁炉开始采用碳化硅（SiC）功率器件，使电磁炉在更高频率下工作，能量损失更小，控制响应更快。未来，随着材料与电力电子技术的进一步提升，电磁加热将更加普及，并在工业加热、厨房自动化等领域发挥更重要的作用。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)利用电磁感应加热时，锅具内部出现的涡流在锅具内部产生热量，其中涡旋电流是由________直接产生的。（选填字母） A．家庭电路提供的220V交流电 B．电磁炉线圈中变化的磁场 C．锅具本身的电阻 D．锅具与食物之间的热传递 (2)在使用电磁炉加热食物时，小海发现家里使用的电磁炉的功率是可调的，最高功率可达2.2kW，最低功率为最高功率的25%，中间可以连续调节。为模拟这种可调功率的加热器，他设计了一种等效电路如图所示。其中R2=_______Ω。当R2接入电路的阻值为其最大阻值的一半时，电磁炉的加热功率等于________kW。 (3)在实验中，某加热效率为99%的电磁炉可将5kg的水在7分钟的时间内升高44℃，其加热食物的效果与家庭电路中某加热效率为90%的加热器正常工作时的效果相同，则该电热器的阻值为________Ω。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $