第一章 第5节 磁生电（同步课件 34张PPT）-2024-2025学年八年级科学

(共34张PPT)
1.5磁生电
浙教版八年级科学下册
第一章 电与磁
把照相机对着北极星附近的星空进行延时摄影，就会得到一张星星绕北极星运动的轨迹照片。通过这张照片，我们能否推断地球到底是怎样运动的
灯泡通电能发光，洗衣机通电能转动，电磁炉通电能加热食物……这些电器设备使用的电来自于发电厂。那么，发电厂是如何产生电的
新课导入
一、电磁感应现象
1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电能生磁，这件电磁学发展史上的大事，震动了一个人。
他确信客观事物本身应该是对称的，既然电能产生磁，反过来，磁也应该能产生电，1821—1831年间，他做了大量实验，终于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。
一、电磁感应现象
法拉第1791年出生于英国萨利，由于家境贫寒，童年时生活很清苦。法拉第小的时候，在父亲的教导下，学习简单的加减乘除计算。十三岁就到一家书店学习钉书，成为一名钉书匠。这一段时间，对他的一生有深远的影响。法拉第在电学中的成就首推两大定律与发电机的发明。
探究
最初研究电磁感应现象时，法拉第用很强的磁场或很强的恒定电流做实验，看看邻近的电路中会不会产生电流。在经历了多次失败后，他终于发现“磁生电”是一种在运动和变化的过程中才能产生的现象。下面，让我们追寻着法拉第的脚步，一起来探究电磁感应现象。
1.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
2.设计实验电路:如图1-47所示，将线圈的一边放入蹄形磁体的磁场中，线圈、开关和灵敏电流表串联成一个闭合回路，电流表用来检测电路中是否有电流。3.实验过程:(1)线圈的一边在磁场中静止时:
探究
①闭合开关后，观察电流表指针是否偏转。
②换用磁性更强的蹄形磁体，闭合开关后，观察电流表指针是否偏转。
③换用匝数更多的线圈，闭合开关后，观察电流表指针是否偏转。
(2)线圈的一边在磁场中运动时:
①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，观察电流表指针是否偏转。
②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，观察电流表指针是否偏转。
③闭合开关后，让导线在磁场中做斜向上运动和斜向下运动，观察电流表指针是否偏转。
探究
(3)导线静止而磁体运动:
①闭合开关后，让磁体做水平向左运动和向右运动，观察电流表指针是否偏转。
②闭合开关后，让磁体做垂直向上运动和向下运动，观察电流表指针是否偏转。
③闭合开关后，让磁体做斜向上运动和斜向下运动，观察电流表指针是否偏转。
探究
4.设计记录实验数据的表格:
5.分析与论证:归纳什么情况下能够产生感应电流 产生的电流方向跟哪些因素有关
6.实验结论:通过这个实验，你能得出的结论是 。
序号 条件 实验过程 实验现象 实验结论
1 线圈的一边在磁场中静止 闭合开关 灵敏电流表的指针不偏转 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
2 换用磁性更强的蹄形磁体,闭合开关 灵敏电流表的指针不偏转
3 换用匝数更多的线圈,闭合开关 灵敏电流表的指针不偏转
序号 条件 实验过程 实验现象 实验结论
4 线圈的一边在磁场中运动 闭合开关,让线圈的一边在磁场中做水平(垂直于磁场方向)向左和向右运动 灵敏电流表的指针发生偏转,且向右和向左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;当线圈的一边在磁场中做垂直(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
5 闭合开关,让线圈的一边在磁场中做垂直(平行于磁场方向)向上和向下运动 灵敏电流表的指针不偏转
6 闭合开关,让线圈的一边在磁场中做斜向上和斜向下运动 灵敏电流表的指针发生偏转,且斜向上和斜向下运动时指针偏转方向不同
序号 条件 实验过程 实验现象 实验结论
7 线圈的一边静止而磁体运动 闭合开关,让磁体做水平(垂直于线圈的一边方向)向左和向右运动 灵敏电流表的指针发生偏转,且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
8 闭合开关,让磁体做垂直向上和向下运动 灵敏电流表的指针不偏转
9 闭合开关,让磁体做斜向上和斜向下运动 灵敏电流表的指针发生偏转,且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。
电磁感应现象
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。
产生感应电流的条件
一是导体为闭合电路的一部分(不是全部);
二是导体做切割磁感线运动。
猜想1：可能与导体运动方向有关。
猜想2：可能与磁场方向有关。
感应电流方向与什么因素有关
导体运动方向 磁极方向 指针偏转方向
导体向右 N在上
导体向左 N在上
导体向右 S在上
导体向左 S在上
【实验过程】
指针向右
指针向右
指针向左
指针向左
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方向或改变磁场方向,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。
增大感应电流的方法
一般情况下,①增强磁场;②增大切割磁感线的导体的有效长度;③增加线圈的匝数;④增大导体切割磁感线的速度;⑤让导体切割磁感线运动的方向与磁感线方向垂直等,都会使感应电流增大。
能量转化
在电磁感应现象中,用力移动导体,消耗了机械能,却在闭合电路中产生了电能。这实现了机械能向电能的转化。
电磁感应现象发现的意义
英国物理学家法拉第经过不懈的努力于1831年发现了电磁感应现象,电磁感应现象不仅揭示了电与磁之间的内在联系,而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础,为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路。
例1.探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。如图所示,实验时,控制磁场方向相同,改变导体ab的运动方向。
步骤一:导体水平左右运动,如图甲所示,电流计指针____,这是因为________;步骤二:导体竖直上下运动,如图乙所示,电流计指针____,这是因为____________;步骤三:导体水平左右运动,如图丙所示,电流计指针偏转,电路中有电流产生。综合上面实验现象,可以得出感应电流产生的条件是_________。
【答案】不偏转开关没有闭合不偏转导体ab没有切割磁感线闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动
【解答】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。在题图甲中开关是断开的,没有形成闭合电路,不能产生感应电流,所以电流计指针不偏转;在题图乙中导体上下运动,没有切割磁感线,也不能产生感应电流,所以电流计指针也不偏转;在题图丙中电路是闭合电路,导体是闭合电路的一部分,导体左右运动,切割磁感线,满足了产生感应电流的各个条件,故能产生感应电流。
二、交流发电机
发电机是根据电磁感应原理制成的。它是一种能把机械能转化为电能的装置。
活动
把手摇发电机与电流表连接起来，如图1-50 所示。转动手摇发电机的线圈，可以看到电流表的指针 。
说明发电机产生的电流方向是的 。
　　工作原理
　　当线圈在前半周转动时，电流表指针偏转，表明电路中产生了电流；当线圈在后半周转动时，切割磁感线方向相反，电流表指针偏转方向相反。
铜环
电刷
　　发电机发电的过程是其他形式能转化为电能的过程。
交流发电机的工作过程
①如图甲所示,ab向左运动,cd向右运动,运动方向与磁场方向平行(不切割磁感线),线圈中没有电流。
②如图乙所示,ab向下运动,cd向上运动,运动方向与磁场方向垂直(切割磁感线),线圈中有电流,线圈中的电流方向为d→c→b→a。外部电流方向从B电刷到A电刷。
③如图丙所示,ab和cd边的运动方向与图甲中相反,与磁场方向平行(不切割磁感线),线圈中没有电流。
④如图丁所示,ab和cd边的运动方向与图乙中相反,与磁场方向垂直(切割磁感线),线圈中有电流,线圈中的电流方向与图乙中的相反,为a→b→c→d。外部电流方向从A电刷到B电刷。
(1)交流发电机中能的转化:机械能转化为电能。
(2)线圈在磁场中转动一周,感应电流方向改变两次。
(3)交流发电机的定子和转子:实际使用的大型发电机中的转子不是线圈(线圈是由多匝铜线绕制而成的,因此很重),而是电磁铁。大型发电机一般采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电的。
(4)交流电与直流电
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。
③我国生产和生活中使用的交流电的周期是0.02秒,频率是50 赫兹。在1秒内电流方向改变100次。
④发电机线圈中产生的电流始终是交流电,如果外电路中使用的是两个铜质圆环,则外电路中的电流是交流电,如果是两个铜质的半环,则外电路中的电流是直流电(半环的作用相当于换向器)。
例2.如图所示是直流发电机的工作原理图,关于直流发电机,下列说法中正确的是( )
A直流发电机线圈内产生的是交流电,供给外部电路的是直流电
B.直流发电机线圈内产生的是直流电,供给外部电路的也是直流电
C.它是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理工作的
D.图中的E、F称为换向器,它的作用是改变线圈中的电流方向
【答案】A
【解答】直流发电机的线圈在转动过程中,周期性地切割磁感线,所以在线圈内产生了交流电,而供给外部的是直流电,所以A选项正确,B选项错误。直流发电机是根据电磁感应原理制成的,电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的,所以C选项错误。换向器的作用是在输出时将线圈中的交流电变为直流电，而线圈中仍是交流电,所以D选项错误。
如图所示是“探究什么情况下磁可以生电”的实验装置，下列说法中（　　）
①闭合开关、导体ab在磁场中上下运动会产生感应电流
②闭合开关，导体ab左右运动过程中电能转化为机械能
③利用该实验的原理可以制成发电机
④将电流计换成电源，可以研究通电导线在磁场中的受力情况
A．只有①②正确 B．只有①③正确 C．只有③④正确 D．只有②④正确
课堂小练习
【答案】C
【解析】①②闭合开关，导体ab在磁场中左右运动会产生感应电流；上下运动没有切割磁感线，不会产生电流，产生电流过程中机械能转化为电能，故①②错误；③根据图示可知，电路中无电源，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中会产生感应电流，这是电磁感应现象，在此过程中机械能转化为电能，根据电磁感应现象制成了发电机，故③正确；④将电流表换成电源，可以研究通电导线在磁场中的受力情况，故④正确。
文文在探究“什么条件下磁可以生电”时观察到如图所示的现象，下列关于这一现象说法正确的是（　　）
A．丹麦物理学家奥斯特进行了多次实验，发现了磁可以生电
B．若改变导体的运动方向，同时将磁体的N、S极对调，灵敏电流计指针的偏转方向与图中相反
C．若导体AB沿磁感线方向向上运动，灵敏电流计指针也会发生偏转
D．发电机是利用磁生电的原理工作的
【答案】D
【解析】A、英国物理学家法拉第进行了多次实验，发现了磁可以生电，故A错误；
B、若改变导体的运动方向，同时将磁体的N、S极对调，感应电流的方向不变，则灵敏电流计指针的偏转方向不变，故B错误；
C、若导体AB沿磁感线方向向上运动，因为没有做切割磁感线运动，所以灵敏电流计指针不会发生偏转，故C错误；
D、发电机的原理是电磁感应现象，是利用磁生电的原理工作的，故D正确。故选：D。
课堂小练习
如图所示的充电鞋垫，利用脚跟起落驱动磁性转子旋转，线中就会产生电流，从而能给鞋垫上的电池充电。下图中与充电鞋垫的工作原理相同的是（　　）
课堂小练习
【答案】B
【解析】利用脚跟起落驱动磁性转子旋转，线圈中就会产生电流，从而能给鞋垫上的电池充电，是根据电磁感应现象制成的。A、如图是奥斯特实验，反映通电导体周围存在磁场，是电流的磁效应。故A错误。B、如图是闭合电路的一部分导体在磁场中进行切割磁感线运动，导体中有感应电流产生，这是电磁感应，就是发电机的原理。故B正确。C、如图是电磁铁，电磁铁通电后具有磁性吸引曲别针，是电流的磁效应。故C错误。D、如图是通电导线磁场中运动，是根据通电导体在磁场中受到力的作用，是电动机的原理。故D错误。
课堂小练习
【答案】A
【解析】行人或车辆通过时，挤压地板使永磁体和线圈发生相对运动，使其发电，这是利用电磁感应现象来发电的；A、在该实验中，闭合回路中的一部分导体做切割磁感线运动，能产生电流，这是电磁感应现象，故A正确；B、该图是电磁继电器，利用了电流的磁效应，故B错误；C、该图是奥斯特实验，说明了通电导体周围存在磁场，故C错误；D、该图是电动机的原理图，即通电导体在磁场中受力运动，故D错误。故选：A。
有人发明了一种“发电地板”，发电地板的主要部件由永磁体和线圈组成，行人或车辆通过时，挤压地板使永磁体和线圈发生相对运动，使其发电。该发电地板的工作原理与下列哪个选项的实验原理相同（　　）
课堂小练习
【答案】C
【解析】如图所示是一种环保型手电筒，使用它时只要将它来回摇晃，就能使灯泡发光，能产生电，是利用电磁感应现象的原理工作的；A、该装置是奥斯特实验，说明通电导线周围存在着磁场，与手电筒工作原理不同，故A错误；B、该图是电动机的原理图，利用了通电线圈在磁场中受力的作用，与该手电筒的工作原理不同，故B错误；C、闭合线圈在磁场中做切割磁感线运动时，线圈中产生感应电流，是电磁感应现象，故C正确；D、图中利用小磁针来反映条形磁铁周围的磁场情况，故D错误。
如图所示是一种环保型手电筒。使用时，只要将它来回摇晃，就能使灯泡发光。四幅图中能反映这种手电筒的工作原理的是（　　）
课堂小练习
如图所示，甲、乙两个装置的线圈abcd、a′b′c'd′分别与电刷A、B、A′、B′紧密接触，两组电刷分别用导线按图示连接。用手拨动甲的线圈，使之沿顺时针方向转动，此时乙的线圈也会沿顺时针方向转动。下列说法正确的是（　　）
A．该过程甲装置相当于电动机
B．该过程乙装置相当于发电机
C．若将甲装置中的两磁极对调，则乙装置线圈的转动方向会改变
D．若改成用导线将A与B′，B与A′连接，则乙装置线圈的转动方向不变
【答案】C
【解析】A、该过程中导体ab先运动，然后产生感应电流，甲装置相当于发电机，故A错误；
B、该过程中导体a′b′在磁场中受力转动，故乙装置的工作原理为通电导体在磁场中受力运动，相当于电动机，故B错误；C、若将甲装置中的两磁极对调，则产生感应电流的方向发生改变，因此乙装置线圈的转动方向会改变，故C正确；D、若改成用导线将A与B′，B与A′连接，则通过乙装置线圈的电流方向发生改变，因此乙装置线圈的转动方向改变，故D错误。故选：C。
课堂小练习
小明以塑料为连接轴将两个玩具电机的转轴连接起来，并连接如图所示的电路，开关S闭合后，灯泡发光，下列说法不正确的是（　　）
A．甲、乙电机转动
B．甲电机相当于发电机
C．乙电机相当于电动机
D．将电源正负极对调，灯泡亮度发生改变
【答案】D
【解析】A、闭合开关，乙电机转动，乙带动甲电机转动。选项正确；B、开关S闭合后，灯泡发光，说明电路中有电流，由甲电机提供，甲电机相当于发电机。选项正确；C、闭合开关，乙电机转动，乙电机相当于电动机。选项正确；D、将电源正负极对调，甲乙电机的转速不变，甲电机产生的感应电流大小不变，灯泡的实际功率不变，亮度不变。选项错误。故选：D。
课堂小结