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(共32张PPT)
初中物理苏科版（2024）九年级下册
第十六章 电和磁
第4节 电磁感应 发电机
前面我们学习了“电生磁”，这个节课我们将学习“磁生电”。
如右图所示，是小型发电机，其工作原理是什么
磁
电
产生
产生
1. 知道电磁感应现象。
2. 知道产生感应电流的条件。
3. 了解交流发电机的工作原理。
4. 了解发电机工作过程中的能量转化。
知识点一、电磁感应现象
试一试
将图中的螺线管、发光二极管、开关、导线组成闭合回路，怎样用条形磁体使发光二极管发光
（1）尝试“磁生电”
1. 电磁感应现象
说一说
你是怎样使发光二极管发光的 你认为最关键的因素是什么
当条形磁铁快速插入或拔出螺线管中时，发光二极管会发光。
该实验表明：利用磁场可以得到电流，即“磁生电”。
（2）电磁感应现象
利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应，电磁感应产生的电流叫作感应电流。
1821年，英国物理学家法拉第开始进行磁生电的探索，经过十年的不懈努力，终于在1831年发现了磁生电的规律。
今天我们沿着科学家的足迹，来研究如何利用磁场来获得电流。
2. 探究感应电流产生的条件
如图所示将导体AB、开关、灵敏电流计和蹄形磁体组装起来。
装 置
信息快递：
灵敏电流计可以检测出几十微安到几毫安的微弱电流，并且它的“0”刻度线在中间可以左右偏转显示电流的方向。
①让导体AB静止在磁场中，闭合开关，观察回路中是否有感应电流产生.
②在电路闭合时，让导体AB分别沿磁场方向运动和做切割磁感线运动，观察回路中是否有感应电流产生。
③把观察到的现象记录在表格中。
实 验
信息快递：
可将导体AB想象成一把刀，若它运动时与磁感线相交，则切割磁感线，否则不切割磁感线。
（1）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
实验序号 电路部分导体AB在磁场中 电流的有无
1 电路断开
2 静止
3 向上、向下运动
4 向前、向后运动
5 向左、向右运动（切割磁感线)
6 斜着运动（切割磁感线）
无
无
无
有
有
无
【探究分析】
（1）由实验序号1与2可知，电路断开，没有感应电流产生；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，表明没有感应电流产生。
（2）由实验序号3与4可知，电路闭合，导体在磁场中不做切割磁感线运动时，电流表的指针不发生偏转，表明没有感应电流产生。
（3）由实验5与6可知，电路闭合，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针发生偏转，表明电路产生了感应电流。
在电路闭合时，导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。
（2）导体中产生感应电流的条件
导体是闭合电路的一部分；
导体在磁场中做切割磁感线运动。
【结论】
（3）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。
（4）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。
【猜一猜】可以通过什么方法改变感应电流的方向
既然导体做切割磁感线运动时，电路中才会产生感应电流。感应电流的方向应该与导体运动的方向和磁场的方向有关。
3. 探究导体在磁场中运动时产生感应电流的方向
（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。
【进行实验】
（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。
【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。
【实验结论】
在电磁感应中，感应电流的方向与磁场方向和导体运动的方向和有关。
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。
（1）如图（a）所示，将一条长约5m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，观察计算机显示的微电流波形，如图（b）所示。
4. 跳“绳”时的感应电流
（2）改变甩动软导线的速度，观察微电流的波形有何变化。
改变甩动软导线的速度，观察到微电流偏离“0”点的距离变大。
议一议
为什么导线中会有电流产生 能量是怎样转化的
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，会产生感应电流，这是电磁感应现象。
在该现象中，机械能转化为电能。
知识点二、发电机
1. 观察手摇发电机发电
（1）观察与实验
发电机怎样发电？以手摇发电机为例学习。
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？
②摇动手柄时，你观察到什么现象？这说明什么问题？
③将灯泡换成灵敏电流计，缓缓地摇动手柄，你发现了什么现象？说明了什么问题？
手轮
蹄形磁铁
线圈
小电灯
电刷
换向器
（2）观察结果
①手摇发电机的主要构造
磁铁形状是蹄形磁铁 ；线圈是通过电刷与灯泡（或发光二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。
②摇动手柄时，观察到灯泡闪烁发光。如果快速摇动轮盘时，会观察到灯泡更亮。说明摇动转轮的转速越大，灯泡发光越亮。
③将灯泡换成灵敏电流计，缓缓地摇动手柄，会观察到电流表指针左右来回摆动，这说明该发电机产生的电流的方向在改变。
发电机的线圈在转动过程中，线圈中电流的大小和方向重复发生相同的变化，这种变化叫作周期性变化，这种发电机叫作交流发电机。
（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。
2.交流发电机
磁铁
铜环
电刷
线圈abcd
（3）交流发电机工作原理示意图
导线ab边向左运动，cd边向右运动，不切割磁感线，没有电流。
导线ab边向下切割磁感线，cd边向上切割磁感线，产生感应电流。外部电流方向为A到B。
B
A
线圈转过半周时，ab边向右运动，cd边向左运动，不切割磁感线，没有电流。
导线ab边向上切割磁感线，cd边向下切割磁感线，产生感应电流。外部电流方向为B到A。
B
A
甲
乙
丙
丁
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，形成周期性变化的电流。
甲 乙 丙 丁
（1）交变电流：线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性变化，这种电流叫作交变电流。
（2）交流电的频率：我们日常生活中使用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化。即交流电的频率为
f=50/s=50HZ 周期为T=0.2s
（3）交流发电机：发电机的线圈在转动过程中，线圈中电流的大小和方向重复发生相同的变化，这种变化叫作周期性变化，这种发电机叫作交流发电机。
3. 交变电流
4. 实际发电机的构造与能量转化
（1）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。
转子
定子
大型发电机安装转子
机械能
电能
（2）发电机的能量转化
从能量转化的角度看，发电机是一种将机械能转化为电能的装置。在发电的过程中，由于线圈存在电阻以及转动系统存在摩擦，因此还有部分能量转化为内能。
利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应，电磁感应产生的电流叫作感应电流。
电磁感应
感应电流
①导体是闭合电路的一部分。
②在磁场中做切割磁感线运动。
①与磁场方向有关。
②与导体运动的方向有关。
①原理：电磁感应现象。
②交变电流：电流的大小和方向周期性变化。
③基本组成：定子、转子。
④能量转化：把机械能转化为电能。
交流
发电机
产生
条件
方向
电磁感应
发电机
1.如图所示，小明探究什么情况下磁可以生电。导体 ab 按以下方式运动，能产生感应电流的是 ( )
A ．竖直向上 B ．竖直向下
C ．水平向右 D ．静止不动
C
2.在探究电磁感应现象时，要改变感应电流的方向，下列方法中正确的是 ( )
A ．改变导体切割磁感线的方向
B ．改变导体所在处磁场的强弱
C ．改变导体切割磁感线的速度大小
D ．改变导体的长度
A
3.如图甲把一台手摇发电机跟小灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到小灯泡会发光。下列说法正确的是（　　）
A．发电机是利用电流的磁效应来工作的
B．发电机将电能转化为了机械能
C．线圈转得越快，小灯泡越亮
D．如果将小灯泡换成如图乙的电流表，指针一直偏向右边
C

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