资源简介

/ 让教学更有效 高效备课 | 物理学科
【学习目标】
1.知道电磁感应现象,了解发电机的构造、原理及工作过程。
2.知道电动机的工作过程、工作原理、能的转化及转化效率。
3.通过调研和制作活动，培养了学生制定计划、动手实践解决问题的能力，锻炼了学生团结协作、分工合作的团队精神。
重点：调研电磁学对人类社会发展的推动作用。
难点：制作风力发电机并从跨学科视角分享制作过程。
【自主学习】
1.1820年奥斯特发现通电导体周围存在 。这种现象叫做电流的磁效应。在通电螺线管内插入一块 ，就构成了一个电磁铁。电磁铁的使用优点是： 有磁性， 无磁性。
2.闭合电路的部分导体在磁场中做 运动时产生感应电流，这就是1831年 发现的电磁感应现象，这一原理在 、 等很多电路元件中得到广泛应用。
3.电动机：原理是 ，工作势能的转化，电能转化为 能，其转化效率较高，且对环境基本没有污染。
【合作探究】
本活动涉及电磁学、历史、社会等知识。
任务一：查阅资料，调研自法拉第发现电磁感应现象后，电磁学如何引发了第二次工业革命。以案例方式说明在我国的科技成就中，哪些是与电磁学知识有关的，电磁学给我们的生产、生活带来了哪些变化。完成一篇与电磁学如何影响人类社会发展相关的调研报告。
1. 电磁学引发第二次工业革命的路径
（1）1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，一个线圈接电源，另一个线圈接“电流表”，当给一个线圈通电或断电的_________，在另一个线圈上出现了________，这就是电磁感应现象。
法拉第用过的线圈
1831年 法拉第发现电磁感应现象，揭示变化磁场可在导体中感应出电流，还基于该原理发明圆盘发电机，并提出“场”的概念，为后续电力设备研发筑牢基础。
1873年 格拉姆完善发电机。
1879年 爱迪生发明电灯并后续建立火力发电站，使电力逐步取代蒸汽机成为核心动力。
1881年 西门子发明有轨电车，让电力渗透到交通领域。
1896年 马可尼发明无线电报装置，基于电磁转换实现远距离通信，构建起近代通信体系。
这些都推动电气时代到来，促成了第二次工业革命。
2.我国在电磁学方面的科技成就案例
案例一：福建舰电磁弹射系统实现技术领跑
中国自主研发的“福建舰”是全球首艘采用常规动力的_____________型航空母舰，打破了西方“电磁弹射只能依赖核动力”的技术神话。
其电磁弹射系统由马伟明院士团队历时二十年攻关完成，整体技术成熟度超越______现役系统。
马伟明
案例二：特高压输电技术引领全球能源变革
基于对高压电磁场分布、绝缘特性及电磁环境影响的深入理论研究，中国科学家攻克了一系列关键技术难题，实现_______交直流输电技术的全面突破和商业化应用。
该技术可实现上千万千瓦电力、数千公里距离的高效传输，极大提升了我国能源资源配置能力。目前，中国已建成世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进的特高压电网系统，成为全球唯一掌握并大规模应用此项技术的国家，为国家能源安全和“双碳”战略提供坚实支撑。
3.电磁学给我们的生产、生活带来的变化
任务二：成立兴趣小组，制作一台小型风力发电机，看看你们的发电机能否让一个小灯泡（或发光二极管）发光。经历此活动后，你有怎样的感受。
制作小型风力发电机
（1）实验器材
塑料管、漆包线、高强度磁铁、发光二极管、一小块泡沫塑料、一段自行车辐条、一根细的塑料吸管、一次性竹筷、木板、皮筋、硬纸板、万能胶、小刀。钻孔工具、剪刀。
（2）实验步骤
①制作扇叶
根据电机轴的尺寸和形状，设计并裁剪出扇叶的形状，数量为3 - 4片较为合适。将裁剪好的扇叶用胶水或螺丝固定在电机的转轴上。
②制作底座和支架
在木板上钻孔，插入一次性竹筷作为底座和支架，确保支架稳固且高度适中。
③组装转轴
塑料管正中钻孔，让转轴能够垂直穿过去。剪一小块泡沫塑料，穿在转轴上，作为轴承减少摩擦。 转轴“横着”通过狭缝安装进塑料管正中的小孔，确保转轴能够自由转动。
④制作线圈
用直径0.2到0.3毫米的漆包线围绕轴套在塑料管上绕600圈左右，制成发电机的线圈。注意保持线圈的紧密和均匀。用小刀刮掉线圈两端的漆包线上的绝缘漆，露出里面光亮的铜丝，以便连接电路。
⑤固定线圈和组装风车：
用皮筋把绕了线圈的塑料管固定在支架上。裁一长条硬纸板，用万能胶把风车粘在转轴顶端。
⑥连接电路
将发光二极管连接到线圈两端。当风车转动时，线圈___________产生电流，驱动发光二极管发光。
思考：你能从跨学科视角与同学们分享制作风力发电机过程及心得体会吗？
1.制作风力发电机过程：跨学科知识的融合与应用
（1）物理视角：能量转化的角度: “风能”转化为“电能”的核心原理。
用不同材质的（铜丝、铝丝）在磁铁周围转动，发现线圈上铜丝的导电性能更好，感应电流更强；调整磁铁的数量（2块、4块），发现磁场越强，电流越稳定。
（2）工程视角：从设计到落地的优化思维
叶片设计 3片叶片的结构，长度定为15厘米，倾斜角度15度 既保证了受力面积，又减少了空气阻力。
材料选择 PVC管 它密度小、成本低，且能通过热熔连接，组装方便；
2.心得体会
（1）知识的“串联”：打破学科壁垒 以前学习时，物理、数学、工程知识是孤立的“知识点”，但制作风力发电机的过程同学们发现，它们是相互关联的“知识网”：物理原理提供理论支撑，数学计算优化设计参数，工程思维解决落地问题。这种跨学科的融合，让知识变得更有生命力。
（2）能力的“成长”：从理论到实践的跨越 制作中，同学们不仅提升了动手能力，更学会了“解决问题的系统思维”， 当风机不发电时，没有盲目修改，而是分步骤排查。
（3）思维的“拓展”：对可再生能源的深度思考 这次实践也让同学们对“可持续发展”有了更深刻的理解。风力发电机的效率虽然有限，但它背后的逻辑——利用自然能源、减少碳排放——是未来能源发展的方向
交流评价
本次风力发电机制作调研，通过跨学科实践，成功完成了从理论调研到实物制作的全过程，验证了物理、数学、工程等学科知识在可再生能源领域的应用价值，所制作的小型风力发电机具备稳定的发电能力，可用于应急照明、手机充电等场景。
【归纳整理】
【章末练习】
1.以法拉第为代表的科学家们的发现使人类从蒸汽时代步入了电气时代。 下列设备中根据法拉第电磁感应原理制成的是（　　）。
A. 电动机 B. 电磁铁 C. 发电机 D. 电水壶
2.电动自行车越来越受到人们的青睐，下列关于电动自行车的“电瓶” 能量转化的说法中正确的是（　　）。
A. 充电时，电能转化为化学能；放电时，化学能转化为电能
B. 充电时，化学能转化为电能；放电时，电能转化为化学能
C. 充电时，电能转化为内能；放电时，内能转化为电能
D. 充电时，内能转化为电能；放电时，电能转化为内能
3.下列关于电磁现象的说法中，正确的是（　　）。
A. 通电导体在磁场中的受力方向只与电流方向有关
B. 玩具电动车的电动机是利用电磁感应原理工作的
C. 闭合电路的部分导体在磁场中运动时，就会产生感应电流
D. 发电机工作时，将机械能转化为电能
4.如图所示，可能使灵敏电流计指针发生偏 转的情况是（　　）。
A. 开关 S 断开，导体 ab 竖直向下运动
B. 开关 S 闭合，导体 ab 竖直向上运动
C. 开关 S 断开，导体 ab 向纸外运动
D. 开关 S 闭合，导体 ab 向纸里运动
5.电吉他中电拾音器的基本结构如图 19-27 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 经电路放大后传送到音箱发出声音。下列说 法中错误的是（　　）。
A. 选用铜质弦，电吉他不能正常工作
B. 取走磁体，电吉他将不能正常工作
C. 弦振动时，线圈中的感应电流方向保持不变
D. 弦振动时，线圈中的电流方向不断变化
6.风能的使用有利于保护生态环境。风力发电的能量转化是：风车转动将 ________ 能转化为 ________ 能，发电机将 ________ 能转化为 ________ 能。
7.电与磁的联系可以由三个重要实验所证实，这三个实验分别是：
（1）小磁针放在通电导线周围会偏转：该实验证实了 ____________________；
应用举例：_____________________；
（2）通电导体在磁场中会运动：该实验证实了 _____________________；
应 用举例：_____________________；
（3）导体棒切割磁感线时，电路中会产生电流：该实验证实了 ___________ __________；
应用举例：_____________________。
8.某小组探究导体在磁场中产生感应电流的条件，如图所示。实验 时保持磁体位置不变，则：
（1）导体棒在磁场中不动时，灵敏电流计指针 ________ 偏转；
（2）导体棒水平向右运动时，灵敏电流计指针 ________ 偏转；
（3）导体棒水平向左运动时，灵敏电流计指针 ________ 偏转；
（4）导体棒竖直向上运动时，灵敏电流计指针 ________ 偏转。
9.一种动圈式扬声器可以代替话筒使 用。如图所示，人对着扬声器的锥形 纸盆说话，声音使纸盆振动，与纸盆相连的 线圈也会随着振动，这时线圈中就会产生随 着声音变化的电流。以这种方式产生电流的 现象在物理学上叫做__________________。
10.下课了，小明和同学们对老师桌上的手摇发电机产生了极大的兴趣， 他们争先恐后地做实验，用手摇发电机发电让小灯泡发光。咦？奇怪的现象发生了：为什么小灯泡有时亮，有时暗呢？灯泡的亮暗与什么因素有关呢？请根据这一现象，确定一个课题并进行研究。
11.*小华家距离变压器 2 km，在变压器与小华家之间有两条输电线，每条 输电线每千米的电阻为 0.5 Ω，即 0.5 Ω/km，变压器加在输电线两端的电压是 220 V。在某一时间段，整个线路只有小华家一台额定电压为 220V、额定功 率为2420W的电热水器工作。不考虑温度变化对电热水器电阻的影响。求：
（1）输电线中电流的大小；
（2）电热水器的实际电功率。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1.磁场 铁芯 通电 断电 2.切割磁感线 法拉第 发电机 变压器 3.通电导线在磁场中受到力的作用 机械
【合作探究】
探究点一：
答案：1.（1）瞬间 电流 2. 电磁弹射 美军 特高压 3. 切割磁感线
【章末练习】
1.答案：C
解析：A.电动机是利用通电线圈在磁场中受力而转动工作的，不直接涉及电磁感应现象，因此不符合题意。
B.电磁铁是利用电流的磁效应工作的，也不符合题意。
C.发电机是利用电磁感应现象工作的，即通过磁场的变化在导体中产生电流，这正是法拉第电磁感应定律的应用，因此符合题意。
D.电水壶是利用电流的热效应工作的，不符合题意。
2.答案：A
解析：充电时：电能通过电解反应转化为化学能，储存在电池中。
放电时：化学能通过电化学反应转化为电能，供电动车使用。
因此，电动车电池在充电时，电能转化为化学能；在放电时，化学能转化为电能。选项A正确地描述了这一过程。
3.答案：D
解析：A. 通电导体在磁场中受力方向与电流的方向和磁场方向有关，因此该说法不正确。
B.玩具电动车的电动机实际上是利用通电导体在磁场中受力的原理工作的，而不是电磁感应现象，因此该说法不正确。
C.闭合电路的部分导体在磁场中运动时，只有当导体切割磁感线时才会产生感应电流，因此该说法不完全正确。
D.发电机的工作原理是通过转子的转动将机械能转化为电能，因此该说法正确。
4.答案：D
解析：分析题意可知 , 要使灵敏电流计指针偏转 , 应产生感应电流 ; 结合产生感应电流的条件的知识可得开关闭合 , 导体 ab 从纸外向纸里运动 ( 或从纸里向纸外运动 ) 时会产生感应电流，使电流计的指针发生偏转；故答案为： D 。
5.答案：C
解析：A、铜是非磁性材料，不能被磁化，若选用铜质弦，弦振动时无法改变线圈中的磁通量，不能产生感应电流，电吉他不能正常工作，故A正确。
B、磁体可使金属弦磁化，若取走磁体，金属弦无法被磁化，振动时不能在线圈中产生感应电
流，电吉他将不能正常工作，故B正确。
CD、弦振动时，会靠近或远离线圈，导致穿过线圈的磁通量有时增大有时减小，根据楞次定
律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，所以磁通量增大和减小时感应电流方向相反，因此
线圈中的感应电流方向会不断变化，故C错误， D正确。
6.答案：风 机械 机械 电
解析：风车转动时，风能通过风车叶片的旋转将风能转化为机械能。风车利用风的动能使叶片旋转，从而产生机械能。发电机根据电磁感应原理，将风车产生的机械能进一步转化为电能。发电机通过内部的电磁感应过程，将机械能转化为电能，供人们使用。
7.答案：(1)电流周围存在磁场;电磁起重机、电磁铁; (2)磁场对 电流有力的作用;电动机、扬声器; (3)电磁感应现象;发电机、电磁炉。
解析：(1)小磁针放在通电导线周围会偏转，该实验证实了电流周围存在磁场，即电流的磁效应。应用举例:电磁起重机，利用电流产生的磁场吸引铁磁性物质;还有电磁铁，可通过控制电流通断来控制磁性有无，常用于继电器等设备。
(2)通电导体在磁场中会运动，证实了磁场对电流有力的作用。应用举例:电动机，将电能转化为机械能，广泛应用于各种电器设备和交通工具中;还有扬声器，通过变化的电流在磁场中受力带动纸盆振动发声。
(3)导体棒切割磁感线时，电路中会产生电流，证实了电磁感应现象。应用举例:发电机，通过线圈在磁场中切割磁感线，将机械能转化为电能;还有电磁炉，利用电磁感应原理使锅具产生感应电流进而发热。
8.答案：（1）不 （2）能（3）能 （4）不
解析：（1）导体棒在磁场中不动时，没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，电流计指针不偏转。
（2）导体棒水平向右运动时，闭合电路的一部分导体在磁场中做了切割磁感线运动，会产生感应电流，电流计指针能偏转。
（3）导体棒水平向左运动时，同样是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流，电流计指针能偏转。
（4）导体棒竖直向上运动时，运动方向与磁感线方向平行，没有切割磁感线，不会产生感应电流,电流计指针不偏转。
9.答案：电磁感应
人对着扬声器的锥形纸盆说话，声音使纸盆振动，与纸盆相连的线圈也会随着振动，该线圈在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流，在物理学中叫电磁感应。
10.答案：提示灯泡的亮暗与手摇发电机的转速有关，转速越快,产生的电流越大，灯泡越亮。
11.答案：*(1)10 A (2)2 000 W
(1) 由P=可知，电热水器的电阻为: R===20Ω
导线的电阻为: R' = 4km × 0.5Ω/km = 2Ω
故电路的总电阻为: R总= R+ R'= 20Ω+ 2Ω= 22Ω
输电线中电流的大小为: I ===10A
(2)热水器的实际功率为: P'= I2R= (10A)2× 20Ω= 2000W。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑