沪科版（五四制）(2024)九年级下册（2024）第4节 电磁感应作业课件ppt

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图是金沙江白鹤滩水电站首台百万千瓦水轮发电机组转子的照片。2022年12月20日，白鹤滩水电站16台百万千瓦水轮发电机组全部投产发电，标志着世界最大清洁能源走廊全面建成。
水电站的发电机是如何发电的呢？
奥斯特发现电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象是有联系的。许多科学家开始思考：既然电能产生磁，那么磁能否产生电呢？英国物理学家法拉第经过十多年的研究，终于取得了突破，于1831年发现了利用磁场产生电流的规律。
【实验】如图所示，用绝缘细线将直导线ab悬挂起来，使其置于蹄形磁体的磁场中，直导线ab与灵敏电流计、开关串联。
闭合开关后，保持直导线ab静止，观察灵敏电流计的指针是否发生偏转；将直导线ab沿图示箭头方向来回移动，观察灵敏电流计的指针是否发生偏转。
【实验分析】在上述实验中，闭合开关后，直导线ab沿图示方向来回移动时灵敏电流计的指针发生偏转，表明导体在磁场中运动时产生了电流。
感应电流：导体在磁场中运动时产生了电流，这种电流叫做感应电流。
【提出问题】只要导体在磁场中运动，一定能产生感应电流吗？提出你的猜想并简述猜想的依据。【搜集证据】器材：单根直导线ab、蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导线若干。
（1）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
2. 产生感应电流的条件
方案：实验装置与图所示。闭合开关后，尝试用不同方式移动直导线ab或磁体，观察并记录灵敏电流计指针的偏转情况。记录：根据上述实验方案，设计表格，记录实验过程及现象。
（1）闭合开关，让导线AB在磁场中静止
（2）让导线在磁场中沿竖直方向上下运动（与磁感线平行）
（3）让导线在磁场中沿水平方向里外运动（与AB平行）
（4）让导线在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线）
（5）让导线在磁场中斜向上运动（或斜向下）
（6）断开开关，让导线在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线）
【作出解释】如果把磁感线想象成一根根实实在在的线，把直导线ab看作一把“小刀”的话，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。
（1）当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。这种现象称为电磁感应。（2）导体中产生感应电流的条件：①导体是闭合电路的一部分；②导体在磁场中做切割磁感线运动。
（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，即机械能转化为电能。
3. 实验探究：影响感应电流方向的因素
（1）闭合开关让导体向左运动，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，让导体向右运动，电流表指针向右偏转。
【作出解释】（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运动的方向有关。（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磁场的方向有关。（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。
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。
视频演示——《探究感应电流的产生条件》
【例题1】在“探究产生感应电流的条件”的实验中，实验电路如图所示，在磁场中悬挂一根导体棒AB，把它的两端跟灵敏电流计连接起来，组成闭合回路。（1）实验中通过观察_____________来判断电路中是否有感应电流；（2）闭合开关，让导体棒AB沿_______方向运动时，能产生感应电流；根据这一原理制成了_________；（3）如果将灵敏电流计换成_______，可以探究磁场对通电导线的作用。
灵敏电流计指针是否偏转
【解析】（1）当电路有感应电流产生时，灵敏电流计的指针会发生偏转，实验中灵敏电流计指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流。（2）闭合开关，产生感应电流，说明导体在做切割磁感线运动，所以导体棒AB应该沿水平方向运动，根据这一原理制成了发电机。（3）探究磁场对通电导线的作用，电路中要有电流，如果将灵敏电流计换成电源，可以探究磁场对通电导线的作用。
如图所示，导体在磁场中切割磁感线产生感应电流，这个装置可以看作一个最简单的发电机。发电机就是利用电磁感应把机械能转化为电能的装置。
1. 发电机原理与能量转换
2. 演示：手摇发电机发电
（1）模型式手摇发电机的构造
①磁极是什么形状的？②线圈是通过哪些装置和灯泡连接起来的？③摇把是通过什么带动线圈转起来的？
观察结果：磁铁形状是蹄形磁铁；线圈是通过电刷与灯泡串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。
发现灯泡忽亮忽暗，说明手摇发电机产生的电流大小是变化的。
（2）观察小灯泡的发光情况当转动手摇发电机的摇把时，观察灯泡的发光情况。
（3）观察发电机转速对小灯泡亮度的影响用不同速度转动摇把，观察灯泡亮度的变化。摇把转得快时小灯泡亮，摇把转得慢时小灯泡暗，说明电流大小与转速有关，转速越大，电流越大。
（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，简称交流。（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。这种电流叫作直流。
（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。我国电网使用的交变电流的频率为50Hz。
（1）发电机主要构造 磁铁、线圈abcd、铜环K和L、电刷A与B等。
（2）主要部分作用 ①磁铁：用来产生磁场；②线圈：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图乙和图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。
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。
（2）发电机发电的过程是能量转化的过程
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电能。
发电机的轴是竖直安装的，轴的下面连接着水轮机，在强大水流的冲击下旋转.
②风电站风力发电中，风驱动风车带动发电机发电。
视频演示——《发电机原理》
【例题2】交流发电机的原理如图所示，导线AB在做__________的运动，使闭合回路产生感应电流；图甲中，导线AB的电流由A流向B，当它转过半圈后，在图乙中时，导线AB的电流方向为________（选填“A到B”或“B到A”），在发电机发电时，把______能转化为______能。
【解析】交流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。在图甲到图乙的过程中，导线AB的运动方向与图甲中相反，根据右手定则，伸出右手，让磁感线穿过掌心，大拇指指向导体运动方向，那么四指所指的方向就是电流方向，可知此时导线AB的电流方向为B到A。在发电机发电过程中，是由外部的机械能输入推动发电机的转子旋转，从而使导线切割磁感线产生电能，把机械能转化为电能。
①当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，这种现象称为电磁感应。②产生的电流叫做感应电流。①产生条件：闭合回路；部分导体做切割磁感线运动。②方向：与磁场、导体切割磁感线运动的方向有关。 ①原理：导体在磁场中切割磁感线产生感应电流。 ②交变电流：电流的方向周期性变化。③基本组成：定子、转子。④能量转化：把机械能转化为电能。
1．关于如图所示的实验，下列说法正确的是（　　）A．装置中的AB是轻质塑料棒B．装置中的AB左右运动过程中电能转化为机械能C．只要开关闭合，灵敏电流计的指针就会偏转D．人们根据该实验揭示的原理发明了发电机
【解析】A．该实验是电磁感应实验，装置中的AB应是导体棒，若为轻质塑料棒，塑料棒是绝缘体，无法产生感应电流，故A错误；B．装置中的AB左右运动时，是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，此过程是机械能转化为电能，故B错误；C．开关闭合后，只有AB做切割磁感线运动时，才会产生感应电流，灵敏电流计的指针才会偏转，若AB不做切割磁感线运动，指针不会偏转，故C错误；D．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，导体中会产生感应电流，人们根据电磁感应原理发明了发电机，故D正确。故选D。
2．如图所示是一种新型电筒，上下快速晃动时，筒内的磁体会上下运动，使筒壁上的线圈内产生感应电流，并为筒内的蓄电池充电，下列说法正确的是（ ）A．该装置利用了电动机原理B．上下快速晃动时机械能转化为电能C．电磁铁也利用了此原理D．感应电流给蓄电池充电时，蓄电池相当于电源
【解析】A. 筒内的磁体会上下运动，使筒壁上的线圈内产生感应电流，是发电机原理，故A错误；B．上下快速晃动时，通过电磁感应，将机械能转化为电能，故B正确；C．电磁铁原理是通电导体周围存在磁场，与手电筒不同，故C错误；D．蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器，故D错误。故选B。
3．图是小津同学手工组装的手摇发电机，不用电源只需通过摇动手柄即可点亮灯泡，其工作原理是（　　） A．电磁感应 B．电流的热效应C．电流的磁效应D．磁场对通电导线的作用
【解析】手摇发电机工作时，摇动手柄使线圈转动，并做切割磁感线运动，产生感应电流，这是电磁感应现象，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
4．如图是一种常见的手环“计步器”，其主要构件是在一段塑料管中有一小块磁铁，管外绕着线圈。人运动时，磁铁在管中往复运动，利用线圈输出电流实现计步功能。下列设备与该“计步器”原理相同的是（　　）A．电风扇 B．电水壶C．电熨斗 D．发电机
【解析】由题知，人运动时，磁铁在管中往复运动，利用线圈输出电流，将机械能转化为电能，利用了电池感应原理；A．电风扇中电动机的工作原理是通电导线在磁场中受力的作用，故A不符合题意；B．电热水壶的工作原理是电流的热效应，故B不符合题意；C．电熨斗的原理是电流的热效应，故C不符合题意；D．发电机的工作原理是电池感应原理，故D符合题意。故选D。
5．如图甲所示，将一条长约5米的软导线两端与微电流传感器相连，形成闭合回路。微电流传感器与计算机相连。让两位同学快速甩动软导线，计算机显示的微电流波形如图乙所示，这是________现象，此过程中产生的电流是________（选填“直流电”或“交变电流”），利用这一原理，可制成________ （写出一种即可）。
【解析】地球的周围存在磁场，两位同学快速甩动软导线，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，由图乙可知，产生电流，这是电磁感应现象，由图乙可知，电流的大小和方向发生变化，产生的电流是交变电流，发电机就是根据此原理制成的。
（4）利用上述实验原理可用来制造_________，若将此装置中灵敏电流计换成_______，可进一步探究磁场对电流的作用。
6．实验小组在“探究什么情况下磁能生电”的实验中，连接了如下图所示的实验装置。（1）实验中AB棒的材料可能是_______（选填“塑料”“铝铜”或“铁”）。（2）实验中通过观察____________来显示电路中是否有电流产生。（3）最早发现该现象的是英国物理学家____________，该现象叫__________现象。