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1、第二十章 电与磁第5节 磁生电复习引入u电动机u磁场对通电导线的作用u电动机的基本构造磁生电u奥斯特发现电流的磁效应之后，许多科学家都在思索：既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？英国物理学家法拉第在10年中做了多次探索，1831年终于取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现，进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系。根据这个发现，后来发明了发电机，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化的时代。磁生电u今天，无论我们日常生活中使用的电还是工农业生产中使用的电，大多是由电网提供的，是从发电厂里的发电机中产生的，经过远距离的传输，到达工厂、农村、学校和家庭。火力发电中，是汽轮机带动发
2、电机；水力发电中，是水轮机带动发电机；风力发电中，是风车带动发电机。无论是火力发电、水力发电还是风力发电，都是通过发电机发电的。那么发电机是如何发电的？实验探究实验探究1：探究什么情况下磁可以生电u什么情况下磁场里的导线中能够产生电流？如图所示，在蹄形磁体的磁场中放置一根导线，导线的两端跟电流表连接。u导线跟电流表组成了闭合回路。怎样才能使回路中产生电流？可以进行各种尝试，例如，让导线在磁场中静止，换用不同强度的永磁体；让导线在磁场中静止，但不用单根导线，而用匝数很多的线圈，使导线在磁场中沿不同方向运动。实验结果u分析实验中看到的现象，就能知道闭合电路中产生电流的条件了。如果把磁感线想象成一根
3、根实实在在的线，把导线想象成一把刀，表达起来可能会方便些。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（见右图）。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫作电磁感应（electromagnetic induction），产生的电流叫作感应电流（induction current）。发动机u发电机怎样发电呢？如图所示是实验室用的手摇发电机。把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到灯泡会发光。这表明，电路中有了电流。如果把手摇发电机跟电流表连接起来，线圈在磁场中转动时，可以看到电流表的指针随着线圈的转动而左右摆动。这个现象表明，发电机发出的电流的大小和方向
4、是变化的。演示u一、观察模型式手摇发电机的构造：磁极是什么形状的？线圈是通过哪些装置和灯泡连接起来的？摇把是通过什么带动线圈转起来的？u二、观察发电机转速对小灯泡亮度的影响：取下电流表，但仍然保持小灯泡和发电机连接。用不同速度摇动转轮，观察灯泡亮度的变化。u三、检验手摇发电机电流方向的变化：把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联（见右图）。转动摇把，观察二极管的发光情况。发动机u其实，右图是一个最简单的发电装置的示意图。当导线向左运动时，电流表指针偏转，表明电路中产生了电流；当导线向右运动时，电流表指针向另一方向偏转，表明产生了另一方向的电流。如果导线左右往复运动，电流表指针来回摆
5、动，电路中产生的是交变电流，简称交流。交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，频率为50 Hz。发动机u在发电机中，用连续转动的线圈代替往复运动的导线。为了把线圈中产生的感应电流输送给用电器，还要用铜环和电刷把线圈和用电器连接起来。u实际的发电机比模型式发电机复杂得多，但仍是由转子（转动部分）和定子（固定部分）两部分组成的。大型发电机发的电，电压很高、电流很强，一般采取线圈不动、磁极旋转的方式来发电，为了得到较强的磁场，要用电磁铁代替永磁体。发动机u发电机发电的过程是能量转化的过程。以手摇发电机为例，人吃的食物的化学能转化为摇动转子的动能，发电机又把动能转化
6、为电能。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动能转化为电能。磁生电u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，导体中就会产生电流，这种现象叫作电磁感应，所产生的电流叫作感应电流。u条件：一是导体为闭合电路的一部分；二是导体在磁场中做切割磁感线运动。导体平行于磁感线方向运动只能产生很小的电流甚至没有感应电流产生。知识点一：电磁感应磁生电u感应电流的方向：感应电流的方向与磁场的方向和导体切割磁感线运动方向有关。任意改变磁场方向和导体切割磁感线运动方向中的一个，则感应电流的方向改变；若磁场方向和导体切割磁感线方向同时改变，则感应电流的方向不变
7、。u影响感应电流大小的因素：感应电流的大小与磁场的强度和导体切割磁感线运动的速度有关。通过实验得出，磁场越强，感应电流越大；导体切割磁感线运动的速度越快，产生的感应电流越大。知识点一：电磁感应磁生电构造：发电机由转子（转动的部分）和定子（固定不动的部分）组成。原理：发电机是利用电磁感应工作的。右图为简易发电机原理图。线圈垂直于磁感线方向的两条边在磁场中做切割磁感线运动，线圈和外部电路就会产生感应电流。线圈转动上半周时垂直于磁感线的两条边切割磁感线时产生的电流的流向始终相同，下半周两边切割磁感线产生的电流的流向也相同，但和上半周的方向相反，因此电路的电流方向将成周期性地变化。知识点二：发动机磁生
8、电u通电线框在磁场中转动的方向和线框中电流的方向以及磁场方向有关，其转动速度与线框中电流的大小以及磁场强度有关。u电动机构成：如图所示，直流电动机由能够转动的线圈、固定不动的磁体组成。电动机中，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。原理：通电线圈在磁场中受到力的作用会转动。知识点二：发动机磁生电u交流电定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流电。周期：交流发电机中线圈转动一周所用的时间。单位是秒（s）。我国使用的交流电周期是0.02 s。频率：在交流电中，电流在1 s内完成周期性变化的次数叫作频率，单位是赫兹（Hz）。我国使用的交流电频率为50 Hz。注意：线
9、圈每转动一周电流方向改变两次，所以频率为50 Hz的交流电在1 s内方向将改变100次。知识点二：发动机磁生电u交流电与直流电的区别本质区别：交流电有频率的变化而直流电没有。直观区别：交流电的方向成周期性变化而直流电的方向不变。注意：直流电的电流大小可能是变化的，但方向是不会变的。最特殊的直流电就是电流大小和方向都不改变的恒稳电流。知识点二：发动机课堂练习例题1：如图所示是探究“电磁感应现象”的实验装置。闭合开关S后，下列操作中，能使灵敏电流计指针发生偏转的是（）。A.磁体、导体ab均保持不动B.磁体不动，导体ab沿竖直方向上下运动C.导体ab不动，磁体沿竖直方向上下运动D.磁体不动，导体ab
10、沿水平方向左右运动D知识点一：电磁感应课堂练习【解析】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，本题图中可以看出是闭合电路的一部分导体在磁场中，本题就是判断是否做切割磁感线运动。磁感线方向是竖直向上的。磁体、导线ab均保持不动，导体在磁场中没有切割磁感线运动，导体中没有感应电流产生，指针不偏转，故选项A不符合题意；保持磁铁静止，将导体ab上下移动，没有做切割磁感线运动，所以不能产生感应电流，故选项B不符合题意；保持导体ab静止，将磁铁上下移动，运动方向与磁感线方向平行，所以不会切割磁感线，不会产生感应电流，故选项C不符合题意；保持磁体不动，使导体ab向左右运动，符合电路
11、的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中有感应电流产生，指针偏转，故选项D符合题意。课堂练习例题2：关于图（a）（b）两图所示的实验，下列说法中正确的是（）。A.（a）实验可以研究电动机的工作原理B.（b）实验可以研究通电导体在磁场中受力情况C.（a）实验的过程中，电能转化为机械能D.（b）实验的过程中，机械能转化为电能B知识点二：发动机课堂练习【解析】图（a）研究电磁感应现象，是发电机的制作原理，故选项A错误；图（b）研究电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动，故选项B正确；图（a）中将机械能转化为电能，故选项C错误；图（b）中将电能转化为机械能，故选项D错误。实战演练例题1：如图所示，
12、是小滨探究“什么情况下磁可以生电”的实验装置，ab是一根直铜丝，通过导体与电流表的“3”“-”两接线柱相连，当把ab迅速向右运动时，并未发现电流表指针明显偏转，你认为最可能的原因是（）。B知识点一：电磁感应A.没有感应电流，指针不偏转B.感应电流太小，无法使指针明显偏转C.应把ab改为迅速向左运动D.应把ab改为迅速上下运动实验探究【解析】题目中ab在切割磁感线，并且电路时闭合的，所以会产生感应电流，故选项A错误；题中实验只有一根导体在切割磁感线运动，电流表也不是灵敏电流表，实验的过程是正确的，所以产生的电流很小，使电流表指针偏转幅度很少，故选项B正确；题中向右运动可以切割磁感线，改为向左运动
13、，只是改变了感应电流的方向，而不改电流大小，故选项C错误；导体改为上下运动，不是切割磁感线的，不会产生感应电流，故选项D错误。实战演练例题2：下列电器设备中，利用电磁感应现象来工作的（）。C知识点一：电磁感应A.电热器B.电动机C.发电机D.电磁铁实战演练例题3：为了防止中考考试作弊，监考人员利用手持式金属探测器对考生进行检查，当靠近金属物体时，在金属导体中就会产生涡电流，探测器发出警报。下列选项中，也是利用该原理工作的是（）。A.发电机 B.电铃 C.电磁铁 D.电动机A知识点二：发动机实战演练例题4：关于发电机，下列说法中正确的是（）。A.发电机是根据电磁感应现象制成的，是将电能转化成机械能的装置B.发电机是根据电流的磁效应制成的，是将机械能转化成电能的装置C.发电机产生感应电流的方向跟线圈转动方向有关，跟磁感线的方向无关D.发电机产生感应电流的方向跟线圈转动方向有关，跟磁感线的方向也有关D知识点二：发动机实验探究【解析】发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，且所产生的感应电流的方向与导体的运动方向和磁场的方向有关。知识要点1.电磁感应现象：当闭合电路中部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，在电路中能产生电流。产生的电流叫感应电流。2.影响感应电流方向的因素：导体运动方向、磁场方向。
