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第1章 电与磁
第5节 磁生电
学习目标
1.通过实验，认识电磁感应现象及产生感应电流的条件，说出电磁感应现象中的能
量转化。
2.通过实验，认识感应电流方向跟导体的运动方向和磁场方向有关。
3.知道交流发电机的工作原理，知道大型交流发电机的组成，知道发电机发电过程
是能量转化的过程。
4.知道我国供生产和生活用的交流电的频率是 的含义，能区分交流电和直流电。
知识点1 电磁感应现象 重难点
自从奥斯特发现了“电”能生“磁”后，许多科学家开始探索磁能否产生电。英国物理
学家法拉第经过了长达10年的艰辛探索，终于在1831年发现了磁生电的条件和规律，
实现了利用磁场获得电流的愿望。法拉第的这个重大发现，带来了电能的大规模生
产和利用，开辟了电气化的新纪元。
1.教材第21页探究：产生电磁感应现象的条件和规律
【提出问题】如何通过“在磁场中运动的导体”和“运动的磁体”来产生电？
【实验过程及分析】
实验操作 实验现象 实验分析
线圈的一 边在磁场 中静止 闭合开关 灵敏电流表指针不偏转 当线圈的一边在磁场中
静止时，不切割磁感线，
不产生感应电流
换用磁性更强的蹄形磁体，闭合开 关 灵敏电流表指针不偏转 换用匝数更多的线圈，闭合开关 灵敏电流表指针不偏转 线圈的一 边在磁场 中运动 闭合开关后，让导线在磁场中做水 平（即垂直于磁场方向）向左运动 和向右运动 灵敏电流表指针偏转， 且导线向左和向右运动 时指针偏转方向不同 当线圈的一边在磁场中
做水平向左、向右运动
或做斜向上、斜向下运
动时，切割磁感线，产
生感应电流；当导线在
磁场中做垂直（平行于
磁场方向）向上、向下
运动时，不切割磁感线，
不产生感应电流
闭合开关后，让导线在磁场中做垂 直（即平行于磁场方向）向上运动 和向下运动 灵敏电流表指针不偏转 闭合开关后，让导线在磁场中做斜 向上运动和斜向下运动 灵敏电流表指针偏转， 且导线斜向上和斜向下 运动时指针偏转方向不 同 实验操作 实验现象 实验分析
导线静止 而磁体运 动 闭合开关后，让磁体做水平向左运 动和向右运动 灵敏电流表指针偏转， 且磁体向左和向右运动 时指针偏转方向不同 当磁体做水平向左、向
右运动或做斜向上、斜
向下运动时，导线切割
磁感线，产生感应电流；
当磁体做垂直向上、向
下运动时，导线不切割
磁感线，不产生感应电
流
闭合开关后，让磁体做垂直向上运 动和向下运动 灵敏电流表指针不偏转 闭合开关后，让磁体做斜向上运动 和斜向下运动 灵敏电流表指针偏转， 且磁体斜向上和斜向下 运动时指针偏转方向不 同 【实验结论】
不论是导线运动还是磁体运动，只要闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体
中就会产生电流。
续表
2.电磁感应现象
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这
种现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。
（2）导体做切割磁感线运动。①如果把磁感线比作甘蔗，把导体比作刀，要使一根
甘蔗分成几节，必须让刀与甘蔗成一定角度，垂直或斜着都可以，若刀沿平行于甘
蔗的方向运动，则无法把甘蔗分节；②由运动的相对性可知，如果导体静止，让磁
体运动，也能达到切割磁感线的效果，也能产生感应电流。
3.产生感应电流的条件
（1）导体为闭合电路的一部分。如果电路不闭合，导体切割磁感线时不会产生感应
电流，但在导体两端会有感应电压。
4.影响感应电流方向的因素
感应电流的方向与导体切割磁感线的方向和磁场方向有关。改变导体切割磁感线的方向
或磁场方向，感应电流的方向随之改变；若导体切割磁感线方向和磁场方向同时改变，
则感应电流的方向不变。
类比通电导线在磁场中的受力方向与电流方向、磁场方向的关系
5.影响感应电流大小的因素
（1）导体做切割磁感线运动的速度越快，感应电流越大；
（2）磁场越强，感应电流越大；
（3）切割磁感线的导线匝数越多，感应电流越大；
（4）导体切割磁感线的有效长度越长，感应电流越大。
6.能量转化
电磁感应现象中，移动导体切割磁感线时消耗了机械能，在闭合电路中产生了电能，
这就实现了机械能向电能的转化。
手摇式和手压式电筒都利用电磁感应的原理发电
典例1 [2022·杭州期中] 为了探究导体
在磁场中怎样运动，才能在电路中产
生电流，采用了如图所示的实验装置。
（1）将细线悬挂的导体放入蹄形磁体的磁场中，闭合开关，电流计指针不偏转；让
导体左右运动，电流计指针____偏转；断开开关，让导体在蹄形磁体中左右运动，
电流计指针______偏转。（均选填“会”或“不会”）
会
不会
[解析] 仅闭合开关，不切割磁感线，电流计指针不偏转；导体左右运动，切割磁感
线，有感应电流产生，电流计指针会偏转；断开开关，虽然导体切割磁感线，但由
于电路不是通路，电路中没有电流，电流计指针不会偏转。
（2）将细线悬挂的导体放入蹄形磁体的磁场中，闭合开关，让导体在蹄形磁体的磁
场中竖直上下运动，电流计指针______偏转；让导体在蹄形磁体的磁场中斜向上或
斜向下运动，电流计指针____偏转。（均选填“会”或“不会”）
不会
会
[解析] 导体竖直上下运动，不切割磁感线，没有感应电流产生，电流计指针不会偏
转；让导体斜向上或斜向下运动，导体切割磁感线，有感应电流产生，电流计指针
会偏转。
（3）综合（1）（2）中的实验现象可知，导体在磁场中运动产生电流的条件：导体
必须是______电路的一部分，且一定要做____________运动。
闭合
切割磁感线
[解析] 由（1）（2）可知，导体在磁场中运动产生电流的条件：①导体必须是闭合
电路的一部分;②导体必须做切割磁感线运动。
（4）在这个实验中______能转化为了电能。
机械
[解析] 电磁感应中的能量转化是机械能转化为电能。
知识点2 交流发电机
1.教材第24页活动：手摇发电机
把手摇发电机与电流表连接起来，如图所示。转动手摇发电机的线圈，可以看到电
流表的指针左右摆动，说明发电机产生的电流方向是变化的。
2.直流电和交流电
（1）交流电：大小和方向都发生周期性变化的电流叫交流电。
（2）直流电：方向不变的电流叫直流电。
由于交流电可以使用变压器以高电压、低电流的方式输电，可以大大降低输电
线上的电能损失，从而实现远距离输电。使用交流电比使用直流电优越，可以大幅
度地降低供电成本，且生活中大部分电动机是交流电动机，所以我们平时用的最多
的是交流电而不是直流电。
法拉第，英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。他发现了电磁感应定
律，制造了世界上第一台发电机；首次提出电与磁相互联系的观点，创立了现代电磁理
论的基础 由于他在电磁学方面做出了伟大贡献，被称为“电学之父”和“交流电之父”
3.交流发电机
（1）工作原理
发电机是根据电磁感应原理制成的，是一种能把机械能转化为电能的装置。
（2）基本结构：磁体、矩形线圈、铜环、电刷等。
工作过程 切割磁感线情况 产生感应电流情况 电流的输出情况
. . . . 甲 . . 边向上切割磁感 线， 边向下切割磁 感线 切割磁感线产生感 应电流。 边产生 的感应电流由 到 ， 边产生的感 应电流由 到 边只和铜环2接
触， 边只和铜环1接
触。故在外电路中电流
是由3经电流表流向4的
. . 乙 . . 边水平向左运动， 边水平向右运动， 边和 边运动方 向与磁感线方向平行， 不切割磁感线 线圈中不产生感应 电流 不输出电流
（3）工作过程
工作过程 切割磁感线情况 产生感应 电流情况 电流的
输出情况
. . . . 丙 . . 边向下切割磁感线， 边向上切割磁感线 切割磁感线产生感 应电流。但电流方 向与甲中相反。 边产生的感应电流由 到 , 边产生的感应电流由 到 边只和铜环2接触， 边只和铜环1接触。故在外电路中电流是由4经电流表流向3的
续表
工作过程 切割磁感线情况 产生感应 电流情况 电流的
输出情况
. . . . 丁 . . 边水平向右运动， 边水平向左运动。 边和 边运动方 向与磁感线方向平行， 不切割磁感线 线圈中不产生感应电流 不输出电流
续表
说明 在外力作用下，线圈在磁场中转动一周，切割磁感线的方向改变两次，感应电
流的方向随之改变两次，从而产生方向呈周期性变化的交流电。
辨析比较
交流发电机与直流发电机的异同
相同点 不同点
交流发电机 线圈中产生的电 流都是交流电 外电路中使用的是两个铜质圆环，外电路中的
电流是交流电
直流发电机 . .
4.大型交流发电机的结构
实际使用的大型交流发电机一般采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电。为了得到较强的磁场，还要用电磁铁代替永磁体。
直流电动机和交流发电机的对比
项目 直流电动机 交流发电机
原理 通电线圈在磁场中受力运动 电磁感应现象
原理图 . . 有外接电源 . .
无外接电源
能量转化 电能→机械能 机械能→电能
在电路中的作用 用电器（消耗电能） 电源（提供电能）
辨析比较
科学与生活
动圈式话筒
动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，人说话时声音使膜片振动，振动的膜片带
动线圈在磁场里运动，产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅
和频率由声波决定，这样，就把声信号转化成了电信号。这个信号电流经扩音器放
大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
典例2 图甲是发电机原理的示意图，图乙中的“&3& ”表示导线 ，当它在磁场中分别
转动到 位置时（运动方向已用箭头标出），下列说法正确的是( )
B
A.图甲的电路中没有电源
B.导线 在位置1时，电路中不会产生感应电流
C.导线 在位置4时，电路中不会产生感应电流
D.发电机产生的电流方向不变
[解析] 发电机的原理是电磁感应现象，将机械能转化为电能，电路中的磁体和线圈
相当于电源，故A错误；由图乙知磁感线方向水平向右，而导线 在位置1时的运动
方向与磁感线方向平行，没有切割磁感线，所以不能产生感应电流,导线 在位置
、 、4时都切割磁感线，所以能产生感应电流,故B正确，C错误；由于导线在不同
位置时切割磁感线的方向不同，所以产生感应电流的方向会变化，故D错误。
题型1 电磁感应现象
角度1 探究产生感应电流的条件★★
典例3 某同学利用如图所示的实验装置探究什么情况下磁可以生电。
（1）实验时应将电流表、导线 串联起来组成__________。
闭合回路
（2）闭合开关后，该同学进行以下尝试，能使电流表指针偏转的是____（填字母标
号）。
A.导线 在磁场中静止，换用磁性更强的蹄形磁体
B.导线在磁场中静止，但不用单根导线 ，而用匝数很多的线圈
C.蹄形磁体静止，导线 从图中所示位置水平向左或水平向右运动
D.蹄形磁体静止，导线 从图中所示位置竖直向上或竖直向下运动
E.蹄形磁体静止，导线 从图中所示位置斜向上或斜向下运动
CE
[解析] 当闭合电路中的导线 在磁场中做切割磁感线运动时，电路中才会产生感应
电流，电流表的指针才会偏转，故选CE。
（3）如图所示的实验装置中，将电流表换成______进行触接，还可以探究电动机的
工作原理。
电源
[解析] 将电流表换成电源，电路接通，导线 在磁场中受力运动，这是电动机的工
作原理。
易错警示
误认为一段导体在磁场中做切割磁感线运动就会产生感应电流，或闭合电路的一部
分导体在磁场中运动就会产生感应电流。
产生感应电流的条件有两个：①导体是闭合电路的一部分，②导体做切割磁感线运
动，二者缺一不可。
角度2 影响感应电流方向的因素★★★
典例4 [2022·杭州校级期中] 如图是探究感应电流方
向与哪些因素有关的实验示意图。比较其中的甲、乙
两图可以得出感应电流的方向跟______方向有关的结
论；比较甲、丙两图可以得出感应电流的方向跟____
____________方向有关的结论。
磁场
导体切割磁感线
[解析] 甲、乙两图中，导体切割磁感线的方向相同，磁场方向不同（磁极对调了），
感应电流的方向不同（灵敏电流计的指针偏转方向不同），由此可得出：感应电流的
方向跟磁场方向有关。甲、丙两图中，磁场方向相同，导体切割磁感线的方向不同，
感应电流的方向不同，由此可得出：感应电流的方向跟导体切割磁感线的方向有关。
归纳总结
感应电流的方向与磁场的方向、导体切割磁感线的方向有关，当其中的一个因素发
生变化时，感应电流的方向会随之变化。若两者同时改变，则感应电流的方向不变。
题型2 发电机和电动机的区别★★★
典例5 小亮同学在学习了“电和磁”的知识后，用甲、乙两个直流电动机设计了如图
所示的装置，闭合开关 后甲开始转动，同时用皮带带动乙转动，小灯泡发光。
（1）在此过程中，将电能转化为机械能的装置是____（选填“甲”或“乙”）。
甲
（2）乙的工作原理是______________。
电磁感应现象
[解析]
装置 工作过程 原理 能量转化
甲 电源与甲电动机接通，电流通过甲电动机的线圈， 线圈在磁场中受力而转动 通电导线在磁 场中受力运动 电能→机
械能
乙 甲电动机用皮带带动乙电动机转动，乙电动机内 部的线圈在磁场中切割磁感线，产生感应电流， 小灯泡发光 电磁感应现象 机械能→
电能
方法点拨
发电机与电动机的结构本质上是一样的，都由线圈和磁体组成，它们的原理图非常相似，主要区别是电路中是否有外接电源。发电机本身可提供电能，电路中不需要外接电源；电动机属于用电器，电路中需要外接电源。
题型3 电磁现象的辨析★★★
典例6 [2022·台州期中] 下列图示中，能说明发电机工作原理的是( )
A.&4& B.&5& C.&6& D.&7&
A
[解析] 闭合开关，导体切割磁感线产生电流→电磁感应现象 发电机原理。
奥斯特实验→说明通电导线周围存在磁场。 电磁铁磁性强弱影响因素实
验→说明电流相同时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。 通电导体在磁场中运
动→磁场对通电导体有力的作用→电动机原理。
归纳总结
比较项目 实质 装置特点
电流的磁效应 电能生磁 有外接电源
磁场对通电导线的作用 磁场对通电导线有力的作用 有外接电源
电磁感应现象 磁能生电 无外接电源
电流的磁效应、磁场对通电导线的作用、电磁感应现象的比较：
题型4 生活中的电磁现象★★★★
典例7 （原创题）科学老师组织大家做了有趣的“摇绳发电”实验，
如图所示，他们将多股导线拧成了长约 的跳绳，将跳绳的
两端与固定在地面上的灵敏电流表相连，当摇绳的同学沿何方向
站立摇绳时，灵敏电流表指针的偏转最明显，为什么？
[答案] 当同学沿东西方向站立摇绳时，灵敏电流表指针的偏转最明显。摇绳时，导
体在地球的磁场中做切割磁感线的运动，电路中会产生感应电流，灵敏电流表的指
针发生偏转。因为地磁场的方向是沿南北方向的，所以为了让跳绳切割磁感线，应
沿东西方向站立摇绳。
审题技巧
根据“灵敏电流表的指针偏转”可知产生了感应电流，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的运动，题干中没有明显的磁体，进而想到
地球是一个大磁体，该实验是利用地磁场来完成的。

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