17.3 发电机发电的原理（重难点专练）物理新教材沪粤版九年级下册

17.3 发电机发电的原理 题型01 电磁感应现象 题型02 发电机的工作原理 ▌题型01 电磁感应现象 1. 历史：1831 年， 法拉第 发现电磁感应现象，揭开大规模使用电能的序幕。 2. 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，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象；产生的电流叫做 感应电流 。 3. 产生感应电流的两个必要条件（两个条件缺一不可） ①电路必须是 闭合 的； ②一部分导体做 切割磁感线 运动。 补充：切割磁感线，可以导体动，磁体不动；也可以磁体动，导体不动，效果一样。 4. 感应电流方向影响因素 感应电流方向与 磁场 方向、 导体切割磁感线运动 方向有关；只改变其中一个，电流方向改变；两个同时改变，电流方向不变。 5. 能量转化：机械能转化为电能。 1．（多选）如图，小雪在博物馆看到一辆老式自行车，它本身不带电源，但当车轮带动轮胎附近一“瓶子”状装置旋转时，前照灯就会发光，它的原理与下面哪些图相同（　　） A．奥斯特实验 B．探究电磁感应现象 C．手摇收音机 D．电流表 【答案】BC 【详解】老式自行车无电源，车轮带动“瓶子”状装置旋转时灯发光，说明该装置能将机械能转化为电能，其物理原理是电磁感应现象。 A．图示为奥斯特实验，说明通电导线周围存在磁场，属于电流的磁效应，故A不符合题意； B．该实验的装置是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，属于电磁感应现象，故B符合题意； C．手摇收音机的“手摇发电部分”，是通过摇动使导体在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流，其原理也是电磁感应，故C符合题意； D．电流表的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，利用线圈在磁场中受力偏转显示电流大小，故D不符合题意。 故选BC。 2．小明利用如图甲所示的装置探究感应电流产生的条件。灵敏电流计电流从哪端流入，指针便向哪边偏转。 (1)为了使实验现象更明显，实验中的AB棒应选用的是________（选填字母）。 A．塑料棒 B．铜棒 C．玻璃棒 (2)实验中通过观察___________判断是否有感应电流产生，还可以通过指针偏转的方向判断________。 (3)连接好电路，小明无意间碰到AB棒，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，他想知道是否只要AB棒运动就有感应电流产生，为此他进行了一系列探究，并把观察到的现象记录在表中。 实验次数 磁体摆放方向 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 1 N极在上 竖直向上 不偏转 2 N极在下 竖直向下 不偏转 3 N极在上 水平向左 向右偏转 4 N极在上 水平向右 向左偏转 5 N极在下 水平向左 向左偏转 6 N极在下 水平向右 向右偏转 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________运动。 ②比较第3、4次实验现象发现，产生的电流的方向跟________有关。 ③比较第3、5次实验现象发现，产生的电流的方向跟________有关。 ④小明将灵敏电流计换成完好的小灯泡，再做第3、4次实验时小灯泡不亮，最可能的原因是________。 (4)实验中小明还发现，当快速晃动导体棒时，感应电流更大。于是小明猜想，感应电流的大小可能与___________有关。 (5)发电机的原理与本实验的原理一样，图乙为发电机的示意图，此时线框水平，箭头为线框旋转的方向，此时ab边中的电流方向为________（选填“由a到b”或“由b到a”）。 【答案】(1)B (2) 灵敏电流计的指针是否偏转 电流方向 (3) 切割磁感线 导体棒运动的方向 磁场方向 电流太小 (4)导体棒运动的速度 (5)由a到b 【详解】（1）为了使实验现象更明显，应使AB棒中的电流较大，塑料棒和玻璃棒是绝缘体，不容易导电，铜棒是导体，且电阻很小，因此实验中的AB棒应选用的是铜棒，故选B。 （2）[1][2]实验中通过观察灵敏电流计的指针是否偏转判断是否有感应电流产生，若指针发生偏转，说明电路中的有电流产生；灵敏电流计向左或向右偏转时，电流的方向相反，通过灵敏电流计的偏转方向，还可以通过指针偏转的方向判断感应电流的方向。 （3）①[1]对比表中的数据可知，1、2两组实验不切割磁感线，电路中没有感应电流；3、4、5、6组实验导体切割磁感线产生感应电流；由此可得：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。 ②[2]比较第3、4次实验可知，磁场的方向不变，导体的运动方向不同，产生感应电流的方向不同，可得结论：电路中产生感应电流的方向跟导体棒运动的方向有关。 ③[3]比较第3、5次实验可知，导体运动的方向相同，磁场的方向不同，感应电流的方向不同，可得结论：电路中产生的电流的方向跟磁场方向有关。 ④[4]将灵敏电流计换成完好的小灯泡，再做第3、4次实验时，电路中仍有感应电流，小灯泡不亮，最可能的原因是感应电流太小，使小灯泡的实际功率太小，不能发光。 （4）当快速晃动导体棒时，导体棒运动的速度更大，感应电流更大，可得结论：感应电流的大小可能与导体棒的运动速度有关。 （5）由表可知，图甲中导体棒向左运动时，电流方向由B到A；如图乙，发电机线框逆时针旋转，此时ab边向下运动，切割磁感线，相当于图甲中导体棒AB向左运动，由此可知，ab边中的电流方向为由a到b。 3．如图，两铜线圈用导线相连，磁铁放在线圈1中快速抽出瞬间，观察到线圈2右侧的小磁针偏转情况如图所示。两线圈间导线足够长，忽略磁铁的磁场对小磁针的影响，则磁铁在线圈1中抽出瞬间时，线圈1中的能量转化为________。 【答案】电能 【详解】磁铁放在线圈1中快速抽出瞬间，观察到线圈2右侧的小磁针偏转，说明线圈2中有电流通过，电流来自于线圈1，原因是当磁铁放在线圈1中快速抽出瞬间，闭合电路的一部分导体切割磁感线产生感应电流，这一过程是机械能转化为电能，因为磁铁的运动具有机械能，通过电磁感应转化为了电能。 4．如图所示，闭合S后电动机甲开始转动，同时用皮带带动电动机乙转动，小灯泡发光，此时，电动机乙相当于_______（选填“用电器”“开关”或“电源”），此过程中利用的原理与_____（选填“动圈式扬声器”或“话筒”）一致。将机械能转化为电能的实验装置是_____（填“甲”或“乙”）。 【答案】 电源 话筒 乙 【详解】[1]闭合开关S后，电动机甲在电源作用下转动，电能转化为机械能；电动机甲通过皮带带动电动机乙转动，电动机乙内部的线圈在磁场中切割磁感线，产生感应电流使小灯泡发光，所以电动机乙此时相当于电源，将机械能转化为电能，其原理是电磁感应。 [2][3] 动圈式扬声器是将电信号转化为声信号，利用的是通电导体在磁场中受力运动的原理；话筒是将声信号转化为电信号，利用的是电磁感应原理，所以此过程利用的原理与动圈式话筒一致。 综上，将机械能转化为电能的实验装置是乙。 ‌ 5．如图所示，阴影区域有垂直于纸面的磁场，一封闭铜质圆形线框用细线悬挂，由左侧静止释放，线框以O点为圆心向下做圆弧运动，线框刚进入磁场时，其产生的感应电流方向和受到磁场力的方向如图所示，当线框离开磁场的过程中，感应电流方向与进入时________（选填“相同”或“相反”）。 【答案】相反 【详解】根据题意可知，线框以O点为圆心向下做圆弧运动，线框刚进入磁场时，线框右侧部分产生的感应电流方向为沿线框向上，此时电流为逆时针；线框离开磁场的过程中，线框左侧部分切割磁感线的方向不变，因磁场方向不变，故线框左侧部分中的感应电流也是沿线圈向上，此时电流为顺时针。综上可知，当线框离开磁场的过程中，感应电流方向与进入时相反。 ▌题型02 发电机的工作原理 1. 工作原理：电磁感应现象。 线圈在外力带动下持续转动，线圈的两条边反复切割磁感线，从而持续产生感应电流。 2. 交变电流（交流电） 线圈旋转一周，切割磁感线的方向改变 2 次，感应电流方向随之改变 2 次，这种方向周期性变化的电流叫做 交变电流 ，简称 交流电 。 3. 部件作用：滑环和电刷，把线圈内的交变电流输送到外部用电器。 4. 能量转化： 机械 能转化为 电 能。 5. 实际大型发电机 大型发电机磁场更强，一般采用线圈不动，磁体旋转的结构；水力、风力、火力发电站都是利用机械动力带动发电机，依靠电磁感应产出电能。 教材延伸：发电机 vs 电动机对比表 装置 工作原理 能量转化 是否需要外接电源 发电机 电磁感应现象 机械能→电能 不需要外接电源 电动机 通电导体在磁场中受力转动 电能→机械能 需要外接电源 1．电磁弹射技术越来越多地出现在我国的大型舰船上，其中飞轮储能系统是关键，即在弹射前，利用高速运转的飞轮迅速发电，进行储能。以下与储能系统储能阶段的工作原理一样的是（　　） A．发电机 B．电动机 C．电磁继电器 D．扬声器 【答案】A 【详解】飞轮储能系统在储能阶段，是飞轮的机械能转化为电能，这个过程利用的是电磁感应现象，和发电机的工作原理一致。 A．发电机工作原理是电磁感应，将机械能转化为电能，与题干原理一致，故A符合题意； B．电动机工作原理是通电导体在磁场中受力运动，将电能转化为机械能，与题干原理相反，故B不符合题意； C．电磁继电器利用电流的磁效应工作，其工作原理与题干中的电磁感应现象不同，故C不符合题意； D．扬声器将电信号转化为声信号，本质是将电能转化为机械能，与题干原理相反，故D不符合题意。 故选A。 2．小明以塑料管为连接轴将两个玩具电机的转轴连接起来，并连接如图所示的电路，开关S闭合后，小灯泡发光。下列说法正确的是（    ） A．甲电机相当于电动机，其工作原理是电磁感应 B．甲电机相当于发电机，工作时将电能转化为机械能 C．乙电机相当于电动机，工作时将电能转化为机械能 D．乙电机相当于发电机，工作时线圈受到磁场力的作用 【答案】C 【详解】由图可知，右边的电路有电源，当右边电路开关闭合后，电源为乙的线圈提供电流，此时乙的线圈在磁场中受力转动，说明乙是电动机；电动机的工作原理是通电导线在磁场中受力作用，工作时将电能转化为机械能。 乙转动的同时，会通过连接轴带动甲的线圈同步转动；由于甲内部也包含磁体和线圈，甲的线圈会随乙的转动在磁场中做切割磁感线运动，从而产生感应电流，使小灯泡发光，故甲相当于一个发电机；发电机的工作原理是电磁感应现象，工作时将乙传递的机械能转化为电能，故ABD错误，C正确。 故选C。 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．电吉他中电拾音器基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后送到音箱发出声音。下列说法正确的是（     ） A．金属弦可以用铜制成 B．线圈中产生电流的原理与电动机相同 C．取走磁体，电吉他可以正常工作 D．弦振动时，线圈中的电流方向不断变化 【答案】D 【详解】A．铜不能被磁化，电拾音器需要金属弦被磁化才能工作，因此金属弦不能用铜制成，故A错误； B．线圈中产生电流的原理是电磁感应现象，和发电机原理相同；电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动，二者原理不同，故B错误； C．取走磁体后没有磁场，无法满足电磁感应产生电流的条件，不能产生感应电流，电吉他无法正常工作，故C错误； D．弦振动时不断来回运动，切割磁感线运动方向不断改变，因此线圈中的感应电流方向也不断变化，故D正确。 故选D。 5．某同学将两只发光二极管a和b按图甲的方式连接在手摇发电机（如图乙所示）的输出端，当匀速转动发电机手柄时发现，两个二极管交替发光。下列说法正确的是（　　） A．二极管主要由导体材料制成 B．手摇式发电机的原理是电磁感应 C．手摇式发电机输出的是直流电 D．二极管交替发光原因是磁场方向不断改变 【答案】B 【详解】A．二极管主要由半导体材料制成，故A错误； B．手摇式发电机的工作原理是电磁感应现象，将机械能转化为电能，故B正确； C．手摇式发电机输出的是交流电，故C错误； D．二极管交替发光原因是发电机输出的电流方向不断变化，故D错误。 故选B。 2 / 2 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 题型01 电磁感应现象 题型02 发电机的工作原理 ▌题型01 电磁感应现象 1. 历史：1831 年， 法拉第 发现电磁感应现象，揭开大规模使用电能的序幕。 2. 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，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象；产生的电流叫做 感应电流 。 3. 产生感应电流的两个必要条件（两个条件缺一不可） ①电路必须是 闭合 的； ②一部分导体做 切割磁感线 运动。 补充：切割磁感线，可以导体动，磁体不动；也可以磁体动，导体不动，效果一样。 4. 感应电流方向影响因素 感应电流方向与 磁场 方向、 导体切割磁感线运动 方向有关；只改变其中一个，电流方向改变；两个同时改变，电流方向不变。 5. 能量转化：机械能转化为电能。 1．（多选）如图，小雪在博物馆看到一辆老式自行车，它本身不带电源，但当车轮带动轮胎附近一“瓶子”状装置旋转时，前照灯就会发光，它的原理与下面哪些图相同（　　） A．奥斯特实验 B．探究电磁感应现象 C．手摇收音机 D．电流表 2．小明利用如图甲所示的装置探究感应电流产生的条件。灵敏电流计电流从哪端流入，指针便向哪边偏转。 (1)为了使实验现象更明显，实验中的AB棒应选用的是________（选填字母）。 A．塑料棒 B．铜棒 C．玻璃棒 (2)实验中通过观察___________判断是否有感应电流产生，还可以通过指针偏转的方向判断________。 (3)连接好电路，小明无意间碰到AB棒，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，他想知道是否只要AB棒运动就有感应电流产生，为此他进行了一系列探究，并把观察到的现象记录在表中。 实验次数 磁体摆放方向 导体棒运动方向 灵敏电流计指针偏转情况 1 N极在上 竖直向上 不偏转 2 N极在下 竖直向下 不偏转 3 N极在上 水平向左 向右偏转 4 N极在上 水平向右 向左偏转 5 N极在下 水平向左 向左偏转 6 N极在下 水平向右 向右偏转 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________运动。 ②比较第3、4次实验现象发现，产生的电流的方向跟________有关。 ③比较第3、5次实验现象发现，产生的电流的方向跟________有关。 ④小明将灵敏电流计换成完好的小灯泡，再做第3、4次实验时小灯泡不亮，最可能的原因是________。 (4)实验中小明还发现，当快速晃动导体棒时，感应电流更大。于是小明猜想，感应电流的大小可能与___________有关。 (5)发电机的原理与本实验的原理一样，图乙为发电机的示意图，此时线框水平，箭头为线框旋转的方向，此时ab边中的电流方向为________（选填“由a到b”或“由b到a”）。 3．如图，两铜线圈用导线相连，磁铁放在线圈1中快速抽出瞬间，观察到线圈2右侧的小磁针偏转情况如图所示。两线圈间导线足够长，忽略磁铁的磁场对小磁针的影响，则磁铁在线圈1中抽出瞬间时，线圈1中的能量转化为________。 4．如图所示，闭合S后电动机甲开始转动，同时用皮带带动电动机乙转动，小灯泡发光，此时，电动机乙相当于_______（选填“用电器”“开关”或“电源”），此过程中利用的原理与_____（选填“动圈式扬声器”或“话筒”）一致。将机械能转化为电能的实验装置是_____（填“甲”或“乙”）。 5．如图所示，阴影区域有垂直于纸面的磁场，一封闭铜质圆形线框用细线悬挂，由左侧静止释放，线框以O点为圆心向下做圆弧运动，线框刚进入磁场时，其产生的感应电流方向和受到磁场力的方向如图所示，当线框离开磁场的过程中，感应电流方向与进入时________（选填“相同”或“相反”）。 ▌题型02 发电机的工作原理 1. 工作原理：电磁感应现象。 线圈在外力带动下持续转动，线圈的两条边反复切割磁感线，从而持续产生感应电流。 2. 交变电流（交流电） 线圈旋转一周，切割磁感线的方向改变 2 次，感应电流方向随之改变 2 次，这种方向周期性变化的电流叫做 交变电流 ，简称 交流电 。 3. 部件作用：滑环和电刷，把线圈内的交变电流输送到外部用电器。 4. 能量转化： 机械 能转化为 电 能。 5. 实际大型发电机 大型发电机磁场更强，一般采用线圈不动，磁体旋转的结构；水力、风力、火力发电站都是利用机械动力带动发电机，依靠电磁感应产出电能。 教材延伸：发电机 vs 电动机对比表 装置 工作原理 能量转化 是否需要外接电源 发电机 电磁感应现象 机械能→电能 不需要外接电源 电动机 通电导体在磁场中受力转动 电能→机械能 需要外接电源 1．电磁弹射技术越来越多地出现在我国的大型舰船上，其中飞轮储能系统是关键，即在弹射前，利用高速运转的飞轮迅速发电，进行储能。以下与储能系统储能阶段的工作原理一样的是（　　） A．发电机 B．电动机 C．电磁继电器 D．扬声器 2．小明以塑料管为连接轴将两个玩具电机的转轴连接起来，并连接如图所示的电路，开关S闭合后，小灯泡发光。下列说法正确的是（    ） A．甲电机相当于电动机，其工作原理是电磁感应 B．甲电机相当于发电机，工作时将电能转化为机械能 C．乙电机相当于电动机，工作时将电能转化为机械能 D．乙电机相当于发电机，工作时线圈受到磁场力的作用 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．电吉他中电拾音器基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后送到音箱发出声音。下列说法正确的是（     ） A．金属弦可以用铜制成 B．线圈中产生电流的原理与电动机相同 C．取走磁体，电吉他可以正常工作 D．弦振动时，线圈中的电流方向不断变化 5．某同学将两只发光二极管a和b按图甲的方式连接在手摇发电机（如图乙所示）的输出端，当匀速转动发电机手柄时发现，两个二极管交替发光。下列说法正确的是（　　） A．二极管主要由导体材料制成 B．手摇式发电机的原理是电磁感应 C．手摇式发电机输出的是直流电 D．二极管交替发光原因是磁场方向不断改变 2 / 2 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 ▌题型01 电磁感应现象 1.【答案】BC 2.【答案】(1)B (2) 灵敏电流计的指针是否偏转 电流方向 (3) 切割磁感线 导体棒运动的方向 磁场方向 电流太小 (4)导体棒运动的速度 (5)由a到b 3.【答案】电能 4.【答案】 电源 话筒 乙 5.【答案】相反 ▌题型02 发电机的工作原理 1.【答案】A 2.【答案】C 3.【答案】B 4.【答案】D 5.【答案】B 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $