初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第二十章 电与磁第6节 磁生电课时训练

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1. 了解电磁感应现象的产生条件及其在生产生活中的应用，了解发电机的工作原理和涉及的能量转化。
2. 经历对实验现象进行观察、记录、分析、归纳，得出导体在磁场中运动时产生感应电流条件的过程，发展抽象概括的思维能力。
3. 通过探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件的实验，增强设计实验与制订方案、获取与处理信息、基于证据得出结论的能力。
4. 结合磁生电在生产生活中的应用及我国的科技成就，认识科技对社会发展和人类生活的影响、增强科技强国的责任感。
【学习重点】产生感应电流的条件。
【学习难点】产生感应电流的条件。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 英国物理学家 1831年首先用实验的方法发现了电磁感应现象，这一重大发现使人类实现了将 能转化为 能的愿望。
2. 电磁感应
（1）闭合电路的一部分导体在 中做 运动时，导体中就产生电流，这种现象叫作电磁感应，产生的电流叫作 电流。
（2）导体中产生感应电流的条件
①导体是 电路的一部分；②导体在磁场中做 运动。
3. 发电机
发电机是根据 原理制成的，发电机的诞生实现了机械能向电能的转化。交流发电机主要由 和 两部分组成，线圈不动磁极旋转的发电机叫作旋转磁极式发电机。
4. 直流电和交流电
从电池得到的电流的方向不变，通常叫作 。电流方向周期性变化的电流叫作 ，简称交流电。在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做 ，频率的单位是 ，符号为Hz。我国家庭电路使用的交流电，电压是220V，频率是 Hz，电流方向1s改变 次。
【课堂探究】
探究一、磁生电
1. 电磁感应
（1）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
【实验思路】尝试用磁来生电时，需要哪些器材？
磁场可以由永磁体提供，如蹄形磁体。为了获得电流，应该用导线连成闭合电路，并将电流表连入电路中，以观察电流。
尝试使导线静止在磁场中，或在磁场中运动……看看电路中是否有电流。
①用蹄形磁体提供磁场。
②用电流表检验电路中是否有电流。
③产生电流的条件可能有多个，采用控制变量法进行探究。
④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，如图所示。进行如下操作，注意观察电流表指针是否发生偏转。
【实验过程】
①闭合开关，让导线ab在磁场中静止，发现指针 ；
②让导线ab在磁场中沿竖直方向上下运动（与磁感线平行），发现指针 ；
③让导线ab在磁场中沿水平方向里外运动（与ab平行），发现指针 ；
④让导线ab在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线），发现指针 ；
⑤让导线ab在磁场中斜向上运动（或斜向下），发现指针 ；
⑥断开开关，让导线ab在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线），发现指针 。（以上均选填“不偏转”或“偏转”）
【探究分析】
如果把磁感线想象成一根根实实在在的线，把导线想象成一把刀，表达起来可能会方便些。
（1）由实验①、②、③可知，电路闭合，导体在磁场中不做切割磁感线运动时，电流表的指针不偏转，表明没有电流产生。
（2）由实验④、⑤可知，电路闭合，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针偏转，表明产生了电流。
（3）由实验⑥可知，电路断开，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针不偏转，表明没有电流产生。
【实验结论】
①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。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫作 ，产生的电流叫作 。
②导体中产生感应电流的条件：导体是闭合电路的一部分；导体在磁场中做 运动。
（2）注意理解产生感应电流的条件
①产生感应电流的两个条件缺一不可。如果电路不闭合，导体做切割磁感线运动时，能产生感应电压，不会产生感应电流。
②对“切割磁感线运动”的理解：导体运动方向与磁感线方向垂直或有一定的角度，但不能平行。
③磁体不动，导体ab左右运动能产生感应电流；若ab不动，磁体左右运动，仍能切割磁感线产生感应电流。
（3）电磁感应现象中的能量转化
在电磁感应现象中，消耗了机械能，得到了电能，即 能转化为 能。
2. 实验探究：影响感应电流方向的因素
【进行实验】
①闭合开关，让导体AB向左运动，观察实验现象，发现电流表指针向右偏转。
②闭合开关，让导体AB向右运动，观察实验现象，发现电流表指针向左偏转。
③将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体AB向左运动，电流表指针向左偏转。
④将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体AB向右运动，电流表指针向右偏转。
【探究分析】
（1）比较实验①与②或③与④的实验可知，在磁场方向不变时，导体做切割磁感线运动的方向相反，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与导体切割磁感线 的方向有关。
（2）比较①与③或②与④的实验可知，在导体做切割磁感线运动的方向相同时，调换磁体N、S极的位置，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与 的方向有关。
（3）比较①与④或②与③的实验可知，磁极和导体切割磁感线的方向均发生了改变，但感应电流的方向不变，说明同时使磁场方向和导体做切割磁感线运动的方向反向时，感应电流方向不变。
【实验结论】
在电磁感应中，感应电流的方向跟导体在磁场中做切割磁感线运动的方向和磁场的方向有关。只改变磁场的方向或导体做切割磁感线运动的方向，感应电流的方向改变；若同时将磁场的方向和导体做切割磁感线运动的方向改变，则感应电流的方向不变。
【例题1】如图所示，小明和小刚利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体AB和若干导线等器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入表格：
（1）分析①、②两次实验现象，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”小刚认为不准确，因为导体AB 运动时，其运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流；
（2）采纳小刚意见后，小明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流”，小刚认为不全面，因为导体AB 运动时，也有感应电流；
（3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将 能转化为电能；如果将图中的灵敏电流计换成 ，可以探究磁场对电流的作用。
探究二、发电机
【过渡】导体切割磁感线会产生电流，人们根据这一原理制造发电机。
1. 演示：手摇发电机发电
（1）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？
观察结果：磁铁形状是 磁铁；线圈是通过电刷与灯泡（或二极管） 联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。
（2）观察手摇发电机转速对小灯泡亮度的影响
用不同的转速摇动转轮，观察灯泡亮度的变化情况。
慢速摇动转轮 快速摇动转轮
摇把转得快时小灯泡亮，摇把转得慢时小灯泡暗，说明电流大小与 有关，转速越大，电流越 。
（3）检验手摇发电机电流方向的变化
①用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。

②现象与分析：两个二极管交替发光，说明产生的电流方向在不断变化。
（4）探究结论：发电机产生的电流的 和 是变化的；电流的大小与发电机的转速有关，转速越快，电流越大。
2. 交流与直流
（1）交流：如果导线左右往复运动，电流表指针来回摆动，电路中产生的是交变电流，简称 。
（2）直流：之前我们学习的电路用电池供电，电路中的电流从电池的正极流向负极，方向不改变。这种电流叫作 。
（3）交变电流的频率：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 。
3. 交流发电机
（1）发电机主要构造：磁铁、线圈abcd、铜环K与L、电刷A与B等。
（2）主要部件作用
①磁铁：用来产生磁场；
②线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流；
③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路；
④电刷：感应电流通过电刷流出。
（3）交流发电机工作原理示意图
①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。
②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。
③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。
4. 实际发电机的构造与能量转化
（1）实际发电机的主要构造
定子 转子
主要有磁体、线圈、铜环和电刷四个基本组成部分。概括地讲是由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。实际上大型发电机多采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机。
（2）发电机发电的过程是能量转化的过程
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 能或水库中水流的 能转化为 能。
①水电站：水力发电是利用水从高处流下推动水轮机转动，水轮机再带动发电机工作，把水的机械能转化为 能。
②火电站：火力发电是利用可燃物在燃烧时产生的内能，通过发电动力装置转换成 能的一种发电方式。
【例题2】把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，我们可以通过________这一现象来判断电路中有电流，如图甲所示，手摇发电机的工作原理是_______。把两个发光二极管极性_____地并联起来（填“相同”或“相反”），并与发电机串联，如图乙所示。转动摇把，发现两个二极管交替发光，说明电路中产生的是_______电流，简称交流。
【例题3】电动机和发电机的工作原理图如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，线圈ab边和cd边受力方向相同
B．图甲中，线圈所在的位置叫平衡位置
C．图乙中，线圈逆时针转动时，外部电路中的电流方向呈周期性变化
D．图乙中，线圈逆时针转动时，外部电路中的电流方向不变化
探究三、磁记录
1. 软磁性材料和硬磁性材料
【回忆】
（1）磁化：铁棒和钢棒本来不能吸引钢铁，当磁体靠近它或者与它接触时，它便有了吸引钢铁的性质，也就是被 了。
（2）软磁性材料：软铁磁化后，磁性很容易 ，称为软磁性材料。
（3）硬磁性材料：钢等物质在磁化后，磁性能够 ，称为硬磁性材料。硬磁性材料可以做成永磁体，还可以用来记录信息。
2. 磁带式录音机原理
磁带式录音机的磁带上附有一层磁粉，就是由硬磁材料制成的小颗粒。
录音磁头的工作原理
（1）录音时，声音先转变成强弱和方向都变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱和方向都变化的 。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被不同程度地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。
（2）放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱和方向都变化的磁带使放音磁头中产生变化的 ，电流经放大后使扬声器发声，就“读”出了磁带中记录的信息。
3. 磁记录的应用
随着技术的不断进步，磁记录与人们的关系越来越密切。电脑中的磁盘，打电话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等等，都是用磁来记录信息的。磁记录技术提高了工作效率，给生活带来了很大的方便。
【例题4】】如图所示是动圈式话筒的构造示意图，当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，产生随声音变化而变化的电流，经放大后通过扬声器还原成声音。关于动圈式话筒下列说法正确的是（ ）
A．是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理工作的
B．是利用电磁感应现象的原理工作的
C．工作时将电能转化为机械能
D．与电磁继电器的工作原理相同
【归纳整理】
第6节 磁生电
【精讲点拨】
1. 理解磁生电的条件
电路是闭合的；一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
（1）做切割磁感线运动的导体必须是闭合电路的一部分，而不是整个电路。
（2）只要导体运动的方向与磁感线有一定角度，不是与磁感线平行，导体就会切割磁感线。
（3）“切割磁感线运动”是指导体与磁场的相对运动。当磁场不动，导体运动时能切割磁感线；当导体不动，碰场运动时也能切割磁感线。
2. 区分“探究什么情况下磁可以生电”和“磁场对通电导线的作用”两种现象的实验装置
要能正确区分两实验装置，关键是找出两套实验装置的不同之处。它们的不同之处是探究什么情况下磁能生电的实验装置中，没有电源，有一个灵敏电流计用来观察是否产生了感应电流；在观察磁场对通电导线的作用的实验中，有电源，但没有灵敏电流计。
3. 影响感应电流大小的因素
导体切割磁感线运动的速度、磁场的强弱、切割磁感线运动的导体的有效长度和线圈的匝数等。
【课堂练习】
1．2024年12月26日，华能临高海上风电场项目实现主体施工收官，标志海南首个海上风电项目整体完工。下列图片中能说明发电机工作原理的是（ ）
A． B．
C． D．
2．如图所示，在a、b两端接入电源或电流表组成不同装置，以下正确的是（ ）
A．接电源，实验原理和电动机的工作原理不相同
B．接电源，实验过程中可以将机械能转化为电能
C．接电流表，移动直导线电流表指针不一定偏转
D．接电流表，实验原理和电动机的工作原理相同
3．甲、乙所示分别是动圈式话筒与动圈式扬声器的内部构造原理图，其中正确的是（ ）
A．话筒将电信号转化为声信号
B．话筒是利用电流的磁效应原理工作的
C．扬声器是利用电磁感应原理工作的
D．扬声器是利用磁场对电流的作用工作的
4．如图所示是发电机模型，图中标有“红”、“绿”字样的是发光二极管。当线圈匀速转动时，下列说法错误的是（ ）
A．线圈转动过程中，两个二极管交替发光
B．线圈转至某位置时，两个二极管都不发光
C．线圈转动过程中，线圈中的电流大小变化
D．该装置中的线圈和磁体部分在电路中相当于用电器
5. 如图是“探究感应电流产生的条件”的实验装置。
（1）实验中，ab棒的材料可能是____（选填“塑料”或“铝”）；
（2）实验中是通过观察_______来判断电路中是否产生感应电流；
（3）磁体不动，使ab竖直向上或竖直向下运动，灵敏电流计指针________（选填“偏转”或“不偏转”）；
（4）实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，为了使指针偏转明显，可采取的措施是______（写出一种措施）；
（5）如果将图中的灵敏电流计换成_________，可以探究磁场对通电导体的作用。
6. 小明学习了磁现象的知识后，深受物理学家奥斯特和法拉第科学探索精神的影响，怀着极大的兴趣利用如题图所示装置，探究电磁感应现象。
（1）他应在M、N之间接入________ ；
（2）闭合开关，让导体棒AB从图示位置上下运动时，电路中______（选填“有”或“没有”）感应电流产生；若导体棒AB不动，左右移动磁铁，电路中_____（选填“有”或“没有”）感应电流产生；
（3）在仪器和电路连接都完好的情况下，某小组的实验现象不太明显，在不增加器材的前提下，请提出一条改进措施：_________；
（4）从能量的角度分析，产生感应电流的过程就是机械能转化为电能的过程，生活中利用电磁感应原理的实例有________（列举1个）。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
序号
导体AB的运动情况
有无感应电流
①
左右运动
有
②
上下运动
无
③
前后运动
无
④
斜向上、斜向下运动
有