16.5+电磁感应+发电机（课件）(共53张PPT)

(共53张PPT)
第十六章
江苏科学技术出版社
九年级下册
探索电与磁的联系
电磁转换
琳琅满目的电动玩具散发着诱人的魅力。
逗人的小鸭扑棱着翅膀；
调皮的小狗摇动着尾巴;
可爱的熊猫晃动着脑袋;
还有那奔驰的小汽车……
你知道这些电动玩具为什么会动吗
从玩具世界到生活空间，处处都离不开电；
那么，电是从哪里来的呢
发电机
电磁感
应现象
五、电磁感应 发电机
1
导入新课
在1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，即电流的周围存在着磁场。
英国物理学家法拉第经10年的多次探索，于1831年终于取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。
既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？历史上，有许多的物理学家进行了探索。
根据这个发现，后来发明了发电机，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化的时代。
第5节 电磁感应 发电机
今天我们一起学习这些知识。
发电厂是把其他形式的能转化为电能的。
风力发电
火力发电
水力发电
发电厂是通过什么装置发电的呢？发电的原理是什么？
2
学习新课
1. 观察微型电扇的结构，如图所示。
16.9 观察“磁生电”现象
活 动
主要有磁体、线圈等。
一、电磁感应现象
2. 如图所示，在微型电扇的插头处接一个发光二极管，用手旋转叶片，你发现了什么？
发现二极管发光。
3. 如果用手指捏紧插头的两极，旋转叶片有什么感觉？
16.9 观察“磁生电”现象
活 动
4. 上述实验现象说明了什么？
手转动叶片，感觉手麻麻的。
说明电路中有电流通过，利用磁场可以得到电流，即“磁生电”。
一、电磁感应现象
利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，电磁感应产生的电流叫做感应电流。
1. 电磁感应现象
1822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。
一、电磁感应现象
16.10 探究感应电流产生的条件
活 动
如图所示将导体AB、开关、小量程电流表和蹄形磁体组装起来。
装 置
信息快递：
小量程电流表俗称灵敏电流计。借助于小量程电流表可以检测出从几十微安到几毫安的电流，并且它的“0”刻度线在中间可以左右偏转显示电流的方向。
A
B
A
一、电磁感应现象
1. 探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
（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。
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。
一、电磁感应现象
（3）把观察到的现象记录在表格中。
一、电磁感应现象
实验次数 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
根据观察到的现象，你能否总结出导体在磁场中运动时产生感应电流的条件？
结论1：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. 探究导体在磁场中运动时产生感应电流的方向.
（1）猜一猜，可以通过什么方法改变感应电流的方向
实验
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。
（2）试一试，磁场方向或导体AB的运动方向改变时，感应电流的方向会改变吗
一、电磁感应现象
现象：保持磁场的方向不变，改变导体水平运动的方向（向左或向右），电流表指针偏转的方向相反。
①保持磁场的方向不变，改变导体水平运动的方向（向左或向右），观察电流表指针偏转的方向。
一、电磁感应现象
现象：保持导体运动的方向不变，改变磁场的方向（磁极对调），发现电流表指针偏转的方向相反。
②保持导体运动的方向不变，改变磁场的方向（磁极对调），观察电流表指针偏转的方向。
一、电磁感应现象
结论2：感应电流的方向与导体做切割磁感线运动的方向和磁场方向有关。
一、电磁感应现象
3. 实验结论
导体中产生感应电流的条件：
①电路闭合；
②一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动。
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，这种现象叫做电磁感应。感应电流的方向与导体运动的方向和磁场方向有关。
一、电磁感应现象
（1）该实验中，灵敏电流计的作用是______（写出一条）；
（2）确认灵敏电流计能正常工作后，小明同学发现，无论导体在磁场中怎样运动，灵敏电流计的指针均不见发生偏转，其主要原因可能是______（写出一条）；
（3）在教师的指导下，兴趣小组对实验进行完善后，根据观察到的现象可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做_______________运动时，电路中会产生感应电流；
（4）在此实验过程中，能量转化情况是__________________。
【例题1】如图是“探究什么情况下磁可以生电”的装置，用棉线将一段导体 悬挂起来，放置于蹄形磁体的磁场中，再用导线把导体和灵敏电流计连接起来，组成了闭合电路。
切割磁感线
判断感应电流
的大小或方向
产生的电流太小或电路不是闭合回路
机械能转化为电能
解析见下页
一、电磁感应现象
（1）实验中灵敏电流计的作用是判断产生感应电流
的大小、判断产生感应电流的方向。因为电路中有电流
通过时，灵敏电流计的指针会偏转，电流大小不同，偏转
程度也不同，电流方向不同，偏转方向也不同。
（2）灵敏电流计能正常工作后，灵敏电流计的指针均不见发生偏转，其主要原因可能是电流太小，或电路不是闭合回路，没有电流产生。
（3）由观察到的现象可知闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。
（4）电磁感应现象中，消耗机械能得到电能，即把机械能转化为电能.
一、电磁感应现象
因为2个二极管并联接入电路中，二极管交替发光，根据二极管具有单向导电的特性，说明：
③用发光二极管研究手摇发电机产生的电流的特点
二、发电机
手摇发电机产生的电流方向不停在改变。
①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（alternating current）。
3. 交变电流
②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。
二、发电机
①交流发电机主要构造
线圈abcd
线圈abcd、铜环K、L（2个）、电刷A、B（2个）、磁铁等。
4. 交流发电机
二、发电机
②发电机主要部分作用说明图
线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流。
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
磁铁：用来产生磁场
电刷：感应电流通过电刷流出
二、发电机
③交流发电机工作原理图
二、发电机
5. 实际的发电机
转子
定子
①实际发电机由转子和定子两部分组成。
大型发电机安装转子
②大型发电机一般采用磁极旋转的方式来发电。
二、发电机
机械能
电能
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。
6. 发电机的能量转化
二、发电机
电从发电厂到千家万户
生活 物理 社会
电能在工农业生产、城市建设和人们的日常生活中占据极为重要的地位.这是因为电能具有易于产生、传输、分配、控制、计量等优点.从电能的产生到应用包含着一系列能量的转化和传输过程.
火力发电厂
水电站
发电厂把自然界蕴藏的某种形式的能量（如燃料的化学能、水流的机械能、太阳能、原子能等）转化成电能。为了充分、合理地利用自然资源，减少燃料运输以降低发电成本，火力发电厂一般建在燃料产地或交通运输方便的地方，而水力发电站通常建在水力资源丰富的江河、水库等地方.
电从发电厂到千家万户——远距离输电
生活 物理 社会
对于遍布各地、远离发电站的电能用户，需要远距离送电。例如，位于湖北省宜昌市境内长江干流之上的长江三峡水电站，共安装了32台7×105kw的水轮发电机，年发电量约1×1011kW·h，约占全国水力发电总量的20%。为了把电能输送到东部地区，必须架设很长的输电线路。
受绝缘材料的限制，大型发电机产生的电压通常为几千伏到几万伏，以这种电压输送电能，在线路上损失的电能就会很多。所以，发电厂先利用变压器把电压升高到几十万伏后送到交流电网上；高压输电线把电能输送到用电地区的变电站；变电站进行若干次降压，将电压降至220V供家庭用户使用.
利用高压进行远距离输电可以大大减少电能在输送线路上的损失.
生活 物理 社会
发电站
升压变压器
高压输电线路
一次降压变压器
二次降压变压器
普通用户
电从发电厂到千家万户——远距离输电
是不是输电电压越高越好
电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。所以输电电压也不会无限高。
我国常用的远距离输电采用的电压有110kV、220kV、330kV，输电干线采用500kV的超高压，西北电网达到750kV。
电从发电厂到千家万户
生活 物理 社会
我国供电系统提供的民用交流电压为220V，动力电路的交流电压为380V，而不同的用电设备需要的电压是不同的。例如，机床上的照明灯需要24V的电压；交流电动机通常需要380V的工作电压；电视机内部的电子电路只需要12V的电压，而显像管的工作电压却需要几万伏。
电从发电厂到千家万户——变压器
生活 物理 社会
为了使各种用电器正常工作，需用变压器来改变电压。变压器是利用电磁感应来改变交流电电压的，它能将输人变压器的电压升高(升压变压器)，也可以将输入变压器的电压降低(降压变压器)。但是，变压器不能改变直流电的电压。
变压器
【例题2】某科技创新大赛上展示了一款新型皮箱，其内部没有电源，但拖动皮箱让轮子滚动时，嵌在轮子里的LED灯会发光，夜间行走更安全，下列选项中与其原理相同的是（　　）
B
解析见下页
A B C D
二、发电机
A．图中的实验是奥斯特实验，说明电流的磁效应，与题干的皮箱的电磁感应现象的原理不同，故A不符合题意；
B．图中实验装置无电池，闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流，是电磁感应现象，故B符合题意；
C．图中是电磁继电器的结构，它是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关，与皮箱的电磁感应现象的原理不同，故C不符合题意；
D．图中实验装置说明通电导线在磁场中受力而运动，与皮箱的电磁感应现象的原理不同，故D不符合题意。
所以B正确。
A B C D
二、发电机
3
课堂总结
电磁感应 发电机
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，这种现象叫做电磁感应。感应电流的方向与导体运动的方向和磁场方向有关。
原 理
主要构造
能量转化
电磁感应现象
定子、转子等
机械能转化电能
交流发电机
利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，电磁感应产生的电流叫做感应电流。
电磁感应现象
产生感应电流的条件与方向
课堂总结①
电动机与发电机比较
①发电机和电动机的主要结构是基本相同的。有外电源的是电动机，对外供电的是发电机。
②电动机是把电能转化成机械能；
发电机是把机械能转化成电能。
课堂总结②
4
WHAT WHY WOW
1. 电能的来源比较广泛，试通过具体实例说明自然界中有哪些形式的能可以转化为电能.
四、课外实践与练习——WWW
电池工作时，把化学能转化为电能；水力发电、风力发电把机械能转化为电能；太阳能发电把太阳能转化为电能；用核燃料代替石化燃料发电把核能转化为电能等。
四、课外实践与练习——WWW
这个来回运动的物块是磁体。因为磁体运动时，闭合线圈切割磁感线，产生感应电流，灯泡发光。
2. 如图所示是一种手摇发电的手电筒，当沿图中箭头方向来回摇动时，灯泡就能发光。这个手电筒壳体透明，可以清晰地看到里面有线圈，摇动时，可以感觉到有一个物块在来回运动。这个来回运动的物块是什么 你作出猜想的依据是什么
3. 自制交流发电机模型。
用漆包线绕成一个宽约1.5cm、长约2cm、匝数约10匝的矩形线圈，将线圈两端的导线拉直，留出约1cm长，用刀片将漆刮掉，作为转动轴。将线圈放在支架上，在它下面放一块小磁体。这样，一个最简单的发电机就做成了。如图所示，用纸做一个小风车固定在转动轴上，将小发电机与小量程电流表相连，使小风车转动，观察小量程电流表的指针是否偏转。
描述这台小发电机在发电过程中能量是如何转化的.
四、课外实践与练习——WWW
在小发电机模型发电的过程中，风能转化为线圈转动的动能，再转化为电能。
5
课堂练习
五、课堂练习
1. 做图所示的小实验，用手快速拨动风扇叶片，带动转子转动，这时发现小灯泡发光，微风电扇居然变成了“发电机”！该实验说明了磁能够产生______，这种现象叫作______________，在该现象中_________转化为电能。
风扇内有电动机，电动机由磁体及线圈等组成。用手快速拨动风扇叶片，带动转子转动，线圈切割磁感线，产生感应电流，这就是电磁感应现象，在此现象中，机械能转化为电能。
机械能
电流
电磁感应现象
2．如图所示，使导体棒ab在磁场中运动，下列说法正确的是（ ）
A．用该装置可探究“通电导线在磁场中受力”
B．导体棒ab竖直上下运动时，灵敏电流表指针会发生偏转
C．实验过程中将电能转化为导体棒ab的机械能
D．利用该实验揭示的原理发明了发电机
D
A．该装置没有电源，所以不能探究
“让通电导体在磁场中动起来”，故A错误；
B．闭合开关后，导体棒ab竖直上下运动时，没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，灵敏电流表指针不会发生偏转，故B错误；
CD．当导体ab做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，这是电磁感应现象，根据该实验揭示的原理发明了发电机，该实验中将导体棒的机械能转化为电能，故C错误，D正确。
所以选D。
五、课堂练习
3. 如图是交流发电机的工作原理图。下列说法错误的是（　　）
A．发电机的基本原理是电磁感应
B．发电机产生的感应电流大小和方向会周期性变化
C．发电机在工作过程中机械能转化为电能
D．发电机的原理和动圈式扬声器相同
D
A．发电机的原理是电磁感应，故A正确，不符合题意；
B．由于线圈的边框切割磁感线的方向不断变化，发电机产生的感应电流大小和方向在周期性的变化，产生的是交流电，故B正确，不符合题意；
C．发电机在工作过程中，将机械能转化为电能，C正确，不符题意；
D．发电机的工作原理是电磁感应现象，动圈式扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，两者的原理不同，故D错误，符合题意。
所以选D。
五、课堂练习
4. 手机无线充电技术逐步成熟，其工作原理是充电底座里的线圈通上交流电，从而产生变化的磁场，使手机内置线圈中感应出一定的电流，从而向手机进行供电。下列与手机产生感应电流的工作原理相同的是（　　）
B
五、课堂练习
A B C D
解析见下页
下列与手机产生感应电流的工作原理相同的是（　　）
D
根据题意可知，手机无线充电技术的工作原理是电磁感应现象。
A．图中通电导体在磁场中受力而运动，是电动机的工作原理，不符合题意；
B．图中线圈在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流，使检流计指针偏转，这是电磁感应现象，故B符合题意；
C．由图可知，该装置中有电磁铁，是电流的磁效应，故C不符合题意；
D．图是奥斯特实验，说明电流的周围存在磁场，不符合题意。
所以选B。
五、课堂练习
A B C D
5. 某实验小组用如图甲所示的装置探究感应电流产生条件。
五、课堂练习
（1）某同学闭合开关后进行了如下操作，其中能产生感应电流的是 _____（填写字母）；
A．导体AB不动，让磁体左右运动
B．磁体不动，让导体AB上下运动
（1）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中才有感应电流产生。导体AB不动，让磁体左右运动，相当于导体AB在水平方向做切割磁感线运动，所以导体中有感应电流产生，故A符合题意；
B．只让导体AB在竖直方向上下运动，导体AB没有切割磁感线运动，导体中没有感应电流产生，故B不符合题意。
故选A。
A
五、课堂练习
（2）实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，为了使指针偏转明显，下列措施中可行的是 _____（填字母）；
A．换用磁性更强的磁体，增加磁场的强度
B．将灵敏电流计换成电流表
（2）A．电流表指针偏转不明显，是电流太弱，可能是磁场弱或导体（或磁铁）运动慢。可以更换磁性更强的磁体、快速移动导体（或磁体），故A符合题意；
B．电流表量程更大，指针偏转更不明显，所以将灵敏电流计换成电流表不合理，故B不符合题意。
故选A。
A
五、课堂练习
（3）根据实验现象，初步得到电路中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 ____________运动；
（4）如果将灵敏电流计换成 _____，可进一步研究电动机工作原理；
（5）如图乙是手摇发电机的原理图，当线圈转动到图示位置时，线圈中 _____（填“有”或“无”）电流。
（3）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运动。
（4）电动机将电能转化为机械能，研究电
动机工作原理时，电路中一定有电源，故把灵敏电流计换成电源。
（5）图乙中线圈平面与磁感线垂直时，上下两边始终不切割磁感线，所以没有感应电流产生，线圈中没有感应电流。
切割磁感线
电源
无
6．图所示是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”实验装置。闭合开关后，铜棒AB、电流表、开关组成闭合电路。
（1）要使电流表指针发生偏转，选择一种可行的操作：
______。
（2）使铜棒AB上下运动，电流表指针能否发生偏转？为什么？______。
（3）要使电流表指针偏转方向发生改变，可以采取两种方法。
①____________________；
②____________________。
五、课堂练习
使铜棒AB水平向左运动（或使铜棒AB水平向右运动，或使铜棒AB斜向上运动等）。
保持磁场方向不变，改变导体AB在磁场中的运动方向；
保持导体的运动方向不变，将磁体的N、S极对调.
解析见下页
五、课堂练习
（1）要使电流表指针发生偏转，即要产生感应电流，闭合
回路一部分导体必须要做切割磁感线运动；由图可知，使铜棒
AB水平向左运动、使铜棒AB水平向右运动、使铜棒AB斜向上
运动或斜向下运动时，都做切割磁感线运动，产生感应电流。
（2）铜棒AB上下运动时，正好和蹄形磁体中磁感线的方向一致，不能做切割磁感线运动，所以不能产生感应电流，电流表的指针不能发生偏转。
（3）由于感应电流的方向与导体的运动方向和磁场方向有关，因此要改变感应电流的方向，可以采取以下措施：
①保持磁场方向不变，改变导体AB在磁场中的运动方向；
②保持导体的运动方向不变，将磁体的N、S极对调，即此时上面为S极，下面为N极。
7．利用如图所示的器材回答下列问题：
（1）在①小灯泡，②电压表，③电流表，④线圈，⑤电阻R，⑥干电池，⑦滑动变阻器中，选择____接在接线柱C、D之间，就可以研究电磁感应现象；选择____接在接线柱C、D之间，就可以研究磁场对电流的作用（选填序号）；
五、课堂练习
（1）由图可知闭合开关后，装置中电路的一部分导体在磁场中能做切割磁感线运动，要产生感应电流，实验中通过电流表显示感应电流的存在，故就必须再将③电流表接在C、D之间，使电路成为闭合电路。
若想探究磁场对电流的作用，必须电路中有电源，有磁场，故分析图中的器材可知，缺少电源，所以应选择⑥干电池接在C、D之间。
③
⑥
（2）在你设计的探究电磁感应现象的实验装置中，保持电路闭合，当导线A、B向左、向右运动，或将U形磁铁对调磁极时，闭合开关，当导线向左运动和向右运动时，电流表的指针偏转方向也会随之改变，这表明导线中的感应电流方向与__________________和___________有关；
（3）为了使在你设计的探究电磁感应现象的实验装置中电流表指针明显偏转，你采取了哪些措施？（写出一条即可）______。
五、课堂练习
（3）实验中为了使电流表指针明显偏转，采取的措施是：电流表采用灵敏度较高的小量程电流表；或者可用多匝线圈代替单根导线或用多股导线并联替代单根导线；加快导线的切割速度；换磁性更强的磁体等。
切割磁感线运动方向
磁场方向