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17.3　发电机发电的原理
基础提质
1.【核心素养·科学探究】用如图所示的实验装置来探究感应电流产生的条件。
序号 开关 磁极位置 导体AB的运动方向 灵敏电流计指针的偏转情况
1 断开 上N下S 向右运动 不偏转
2 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转
3 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转
4 闭合 上N下S 向上运动 不偏转
5 闭合 上S下N 向下运动 不偏转
6 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转
7 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转
(1)分析得出:_______电路中的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,这种现象叫做_______现象,历史上是由英国科学家________首次发现。
(2)比较实验2和3(或6和7)可知:在磁场方向一定时,感应电流的方向与_____________________________有关。
(3)比较实验_________________可知,导体切割磁感线运动方向不变时,感应电流方向与磁场方向有关。
(4)实验中,导体AB相当于电路中的_______。
(5)此实验过程中的能量转化情况是__________________。利用这一原理,人们在生产生活中制成了_______机。
(6)针对这个实验,小曲进行了进一步的探究,他提出了“感应电流的大小可能与导体切割磁感线的运动速度大小有关”的猜想,于是他设计了如下的实验方案:
①保持磁场强弱不变,让导体AB以_______(选填“相同”或“不同”)的速度沿相同方向做切割磁感线运动,观察灵敏电流计指针偏转幅度大小;
②如果灵敏电流计指针偏转幅度不同,说明感应电流的大小与导体切割磁感线的运动速度大小_______(选填“有关”或“无关”)。
2.(2025安徽淮南二模)如图所示是交流发电机的工作原理图。线圈abcd处于磁场中,两个铜环1、2分别与线圈两端相连,可随线圈一起转动;3和4是电刷,它们分别跟铜环1、2接触,使线圈和灯泡组成闭合电路。在图示位置,ab边做切割磁感线运动产生感应电流的方向为从a到b,则(　　)
A.线圈在图示位置时,cd边做切割磁感线运动产生的感应电流方向为从d到c
B.线圈由图示位置转过90度时,线圈中的感应电流比图示位置的感应电流大
C.线圈由图示位置转过180度时,ab边做切割磁感线运动产生的感应电流方向为从a到b
D.线圈转动产生感应电流的过程中,线圈也会受到磁场的作用力
3.(2024四川凉山中考)位于四川省宁南县与云南省巧家县的白鹤滩水电站是世界第二大水电站。水电站发电机的原理是________(填科学家名字)发现的;如图所示,______图是发电机基本构造示意图。
能力提升
4.(2025四川资阳中考改编,★☆☆)如图所示,图甲和图乙分别为动圈式话筒的实物图和构造示意图。当你对着话筒说话或唱歌时,声音使膜片振动,与膜片相连的线圈也跟着一起振动,线圈处在磁场中。把线圈两端的导线接入扩音机,就能通过扬声器听到你说话的声音。下列设备的工作原理与动圈式话筒相同的是(　　)
A.电水壶　　B.手摇式发电机　　C.电动自行车　　D.电磁起重机
5.【跨学科实践·日常生活】(★★☆)小明利用所学的物理知识改装自行车,如图所示是改装的发电花鼓内部示意图,摩擦小轮在车轮的驱动下带动磁体旋转,从而在线框中产生感应电流,给车灯提供电能。下列说法中正确的是(　　)
A.发电花鼓的工作原理是电磁感应
B.发电花鼓将电能转化为机械能
C.为提高车灯的亮度,可换用磁性更弱的磁体
D.车轮转动速度越快,线框中产生的感应电流越小
6.【核心素养·科学思维】(2025江苏宿迁中考改编,★☆☆)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)。
7.【情境素材·科技成就】(2025山东济南模拟,★★☆)目前使用较多的一种手机无线充电技术的原理如图所示,交变电流通过送电线圈(无线充电板)产生磁场,智能手机(受电线圈)放在无线充电板上就能充电,并将电能储存到手机的锂电池内。手机在无线充电时,手机中的受电线圈会产生_________,无线充电的工作原理与________(选填“发电机”或“电动机”)的工作原理相同。
素养提优
8.【实验考法·开放性设问】(2026山西阳高月考)小琪和心宇在“探究利用磁场产生电流”的实验中,连接了如图所示的实验装置。
(1)小琪将磁体向下插入螺线管时,观察到灵敏电流计的指针向左偏转,这表明____________________________________________________________________________。
(2)心宇将磁体从螺线管中向上拔出,你认为她会观察到灵敏电流计的指针_________(选填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)。
(3)通过(1)、(2)实验现象,可以得出感应电流的方向与_______________________________有关。你认为感应电流的方向还与_________有关。
(4)她们还想探究“感应电流的大小与哪些因素有关”。她们应该通过观察_____________________________来认识到产生的电流的大小,请你帮她们设计一个实验方案:_______。
参考答案与解析
1. (1)闭合;电磁感应;法拉第　(2)导体切割磁感线的运动方向　(3)2和6(或3和7)　(4)电源　(5)机械能转化为电能;发电　(6)①不同　②有关
解析　(1)分析表格可知,当开关闭合,且导体AB在磁场中做切割磁感线运动时,灵敏电流计指针会发生偏转,说明导体中产生了感应电流;因此,可以得出结论:闭合电路中的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,这种现象被称为电磁感应现象,该现象最早由英国科学家法拉第发现;
(2)比较实验2和3(或6和7),两次实验中磁场方向相同,导体AB的运动方向不同,灵敏电流计指针的偏转方向不同,这说明在磁场方向一定时,感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关;
(3)为了探究感应电流方向与磁场方向的关系,需要选择磁场方向不同但导体切割磁感线运动方向相同的实验进行比较;观察表格,可以发现实验2和6(或3和7)满足以上条件;
(4)实验中,导体AB相当于电路中的电源;
(5)此实验过程中的能量转化情况是机械能转化为电能,人们以此制成了发电机;
(6)探究感应电流的大小是否与导体切割磁感线的运动速度有关时,应保持磁场强弱不变,让导体AB以不同的速度沿相同方向做切割磁感线运动,观察灵敏电流计指针的偏转幅度,如果偏转幅度不同,则说明感应电流的大小与导体切割磁感线的运动速度大小有关。
2. D
解析　线圈在图示位置时,cd边切割磁感线方向与ab边相反,产生的感应电流方向为从c到d,故A错误;线圈由图示位置转过90度时,线圈不切割磁感线,所以线圈中没有感应电流,故B错误;线圈由图示位置转过180度时,ab边切割磁感线方向与原来相反,产生的感应电流方向为从b到a,故C错误;通电线圈在磁场中会受到力的作用,线圈转动产生感应电流的过程中,线圈也会受到磁场的作用力,故D正确。
3. 法拉第;乙
解析　英国科学家法拉第发现了电磁感应现象,发电机的工作原理是电磁感应,即闭合电路的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;甲图中有电源,是电动机的基本构造示意图,乙图中无电源有灯泡,是发电机的基本构造示意图。
4. B
解析　动圈式话筒是利用电磁感应原理工作的。电水壶是利用电流的热效应来工作的,故A不符合题意;手摇式发电机的工作原理是电磁感应,故B符合题意;电动自行车的核心部件是电动机,是利用通电导体在磁场中受力运动的原理来工作的,故C不符合题意;电磁起重机是利用电流的磁效应来工作的,故D不符合题意。
5. A
解析　摩擦小轮在车轮的驱动下带动磁体旋转,使线框在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流,是电磁感应现象,该过程中,机械能转化为电能,故A正确,B错误;在磁体运动速度不变的情况下,换用磁性更弱的磁体,产生的感应电流更小,车灯的亮度更暗,故C错误;在磁场强度不变的情况下,车轮转动速度越快,线框中产生的感应电流越大,故D错误。
6. 电磁感应;交变电流;发电机
解析　让两位同学快速甩动软导线,闭合电路的部分导体在地磁场中做切割磁感线运动,可以产生感应电流,属于电磁感应现象;由图可知,感应电流的大小和方向随时间发生周期性的变化,则该电流是交变电流,利用这一原理,可制成发电机。
7. 感应电流;发电机
解析　智能手机放在无线充电板上,受电线圈靠近送电线圈产生的磁场时就会产生感应电流,从而给智能手机充电,这是利用电磁感应原理工作的,发电机也是利用电磁感应原理工作的,因此无线充电的工作原理与发电机的工作原理相同。
8. (1)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中能产生感应电流　(2)向右偏转　(3)导体切割磁感线的运动方向;磁场方向　(4)灵敏电流计指针偏转角度的大小;见解析
解析　(1)将磁体向下插入螺线管时,相对于磁体,螺线管向上运动,灵敏电流计的指针偏转,说明闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中能产生感应电流。
(2)将磁体从螺线管中向上拔出,相对于磁体,螺线管向下运动,导体切割磁感线的运动方向与磁体向下插入时相反,产生的感应电流方向相反,灵敏电流计的指针向右偏转。
(3)在(1)、(2)中,将磁体向下插入螺线管、从螺线管中向上拔出,磁场的方向不变,改变导体切割磁感线的运动方向,产生的电流方向发生变化,由此可知,感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关,感应电流的方向还与磁场方向有关。
(4)实验时,通过观察灵敏电流计指针偏转角度的大小,来认识电路中产生的感应电流的大小。要探究“感应电流的大小与哪些因素有关”时,可保持磁场强弱不变,改变导体切割磁感线的运动速度,观察灵敏电流计指针的偏转角度;或保持导体切割磁感线的运动速度不变,改变磁场的强弱,观察灵敏电流计指针的偏转角度。

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