人教版九年级物理 第二十章电与磁第6节磁生电（教学设计）

人教版九年级物理 第二十章 电与磁
第6节 磁生电（教学设计）
【课题】第6节 磁生电
【学习目标】
1.通过实验，探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
2.知道感应电流的方向跟什么因素有关。
3.知道发电机的原理是电磁感应现象 。
4.了解发电机的构造、原理及工作过程中的能量转化。
5.知道什么是交流电，能够区分交流电和直流电。
6.了解电磁感应现象在生产、生活中的应用。
【学习重点】
1.通过探究实验认识电磁感应现象。
2.发电机的构造及原理。
【学习难点】
1.产生感应电流的条件。
2.发电机工作过程中的能量转化。。
【教学器材】
U形磁铁、开关、导线、灵敏电流计（学生分组实验用，每小组一套）、
手摇发电机、小灯泡、发光二极管等（演示实验用）
【板书课题】第6节 磁生电
提出问题引入新课
今天，无论是我们日常生活中使用的电还是工农业生产中使用的电，大多是由发电机产生的。发电机是如何发电的
1820年，丹麦物理学家奥斯特用实验证实通电导体的周围存在着磁场，发现了电流的磁效应（电生磁）。在世界上第一次揭示了电现象和磁现象之间的联系。
奥斯特发现电流的磁效应之后，许多科学家都在思索用磁来生电的问题。英国物理学家、化学家法拉第在10年中作了多次探索，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。法拉第的发现，进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系。根据这个发现，人们后来发明了发电机，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化的时代。
【学生分组实验】探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
实验思路
尝试用磁来生电时，需要哪些器材？
磁场可以由永磁体提供，如蹄形磁体。
为了获得电流，应该用导线连成闭合电路，并将电流表连入电路中，以观察电流。
实验过程
按图示把导线的两端分别连接在灵敏电流表的两个接线柱上，组成一个闭合电路。使导线在磁场中静止或向各个方向运动，进行各种尝试，找到能使电路中产生电流的操作，并将实验现象记录在表格中。
【播放视频】实验：探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
知识点一 磁生电
实验结论：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。
【课堂练习】
【例题1】（2025年四川广安中考题）在“探究导体在磁场中运动时产生感应电流条件”实验中，某小组利用电流计、开关、U形磁铁、导线、导体棒组成了如图甲所示电路。
（1）探究小组将观察到的现象记录在下表中：
开关闭合 导体棒运动方向 电流表指针偏转情况 开关 断开 导体棒运动方向 电流表指针偏转情况
竖直上下（乙图） 不偏转 竖直上下（乙图） 不偏转
垂直里外（丙图） 不偏转 垂直里外（丙图） 不偏转
水平左右（丁图） 偏转 水平左右（丁图） 不偏转
分析表中信息可知导体在磁场中运动产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做_________运动；
（2）探究小组观察到磁体不动时，导体棒向右运动指针向右偏转，向左运动指针向左偏转；若导体棒静止不动，磁体向右运动时，观察到电流表指针向_________偏转；
（3）探究小组发现实验中电流表指针偏转角度较小，你有什么方法使指针偏转角度变大？答：__________ （写出一种即可）。
【答案】（1）切割磁感线运动 （2）左 （3）增大导体切割磁感线的速度或换用磁场更强的U形磁铁
【解析】（1）由表中数据可知，当导体棒竖直向下、垂直里外运动时，导体棒没有切割磁感线，电流表指针不偏转，没有产生感应电流；当导体棒水平左右运动时，切割磁感线，电流表指针偏转，说明此时产生了感应电流，因此可知，开关闭合，电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。
（2）导体棒向右运动指针向右偏转，向左运动指针向左偏转，若导体棒静止不动，磁体向右运动时，相当于导体向左切割磁感线，电流表指针向左偏转。
（3）感应电流的大小与磁场的强弱和导体切割磁感线的速度有关，灵敏电流计指针偏转角度较小，要偏转更明显，可以增大导体切割磁感线的速度或换用磁场更强的U形磁铁。
【例题2】（2025年湖北武汉中考题）某同学利用如图所示的装置探究什么情况下磁可以生电。下列说法正确的是【 】
A. 换用磁性更强的磁体，保持导线ab和磁体静止，闭合开关，电流表指针偏转
B. 将导线ab换成匝数很多的线圈，保持磁体和线圈静止，闭合开关，电流表指针偏转
C. 保持磁体静止，闭合开关，使导线ab从图中位置竖直向上运动，电流表指针偏转
D. 保持导线ab静止，闭合开关，使磁体从图中位置水平向右运动，电流表指针偏转
【答案】D
【解析】A．导线ab在磁场中静止，换用磁性更强的蹄形磁体，闭合开关，导体在磁场中没有发生相对运动，导体没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，电流表指针不偏转；
B．导线ab在磁场中静止，将导线ab换成匝数很多的线圈，闭合开关，导体在磁场中没有发生相对运动，导体没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，电流表指针不偏转；
C．保持磁体静止，闭合开关，使导线ab从图中位置竖直向上运动，运动方向与磁场方向平行，导体没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，电流表指针不发生偏转；
D．保持导线ab静止，闭合开关，使磁体从图中位置水平
知识点二 发电机
导体切割磁感线会产生电流，人们根据这一原理制造了发电机。
图示的是实验室用的手摇发电机。把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到灯泡发光。这表明，电路中有了电流。
把手摇发电机跟电流表连接起来，线圈在磁场中转动时，可以看到电流表的指针随着线圈的转动而左右摆动。这个现象表明，发电机发出的电流的大小和方向是变化的。
【播放视频】手摇发电机发电
【演示实验】手摇发电机发电
1. 观察手摇发电机的构造
（1）磁极是什么形状的？
U形（蹄形）
（2）线圈是通过哪些装置和灯泡连接起来的？
线圈通过两个铜环、两个电刷（铜片）、导线和灯泡连接。
（3）摇把是通过什么带动线圈转起来的？
摇把通过皮带传动装置（皮带轮和皮带）带动线圈转动起来。
2. 观察发电机转速对小灯泡亮度的影响
【播放视频】用不同速度转动摇把，观察灯泡亮度的变化。
小灯泡发光，说明电路中有了电流。线圈转得越快，小灯泡越亮，说明感应电流越大。
3. 检验手摇发电机电流方向的变化
【播放视频】把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联。转动摇把，观察二极管的发光情况。
发光二极管交替发光，说明产生的电流方向不停地改变。
【分析】
图示装置中，当导线向左运动时，电流表指针偏转，表明电路中产生了电流；当导线向右运动时，电流表指针向另一个方向偏转，表明产生了另一个方向的电流。如果导线左右往复运动，电流表指针就来回摆动，电路中产生的是交变电流，简称交流。
交变电流（AC）
（1）大小和方向随时间周期性变化的电流，叫交变电流，简称交流。
（2）交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。单位是赫兹(Hz)。
（3）我国电网以交流供电，频率为50Hz，周期为0.02s(交流电周期性变化一次的时间)。电流方向每秒改变100次。
直流电（DC）：方向不变的电流叫直流电。
交流发电机
在发电机中，用连续转动的线圈代替往复运动的导线。为了把线圈中产生的感应电流输送给用电器，还要用铜环和电刷把线圈和用电器连接起来。 线圈转动过程中，线圈中产生的是大小和方向随时间做周期性变化的交流电，提供给电路（用电器）的也是大小和方向随时间做周期性变化的交流电。
直流发电机
直流发电机的线圈通过换向器（两个铜半环、两个电刷）、导线和灯泡（用电器）连接。线圈转动过程中，线圈中产生的是大小和方向随时间做周期性变化的交流电，通过换向器提供给电路（用电器）的是方向不变的直流电。
实际的发电机比手摇发电机复杂得多，但仍是由转子(转动部分)和定子(固定部分)两部分组成的。大型发电机发的电，电压很高、电流很强，一般采取线圈不动、磁极旋转的方式（旋转磁极式）来发电，同时为了得到较强的磁场，还要用电磁铁代替永磁体。
归纳总结
1.发电机的工作原理：电磁感应现象。
2.发电机工作过程中，将机械能转化为电能。
3.发电机由定子（磁体）和转子（线圈）两部分组成。
【课堂练习】
【例题3】（2025年山西中考题）小亮把旧电风扇中的电动机拆下来，将它与小灯泡连接成如图所示的闭合电路，在电机转轴一端插入细铁棒，快速转动铁棒，灯泡开始发光。下列说法正确的是【 】
A. 灯泡发光，说明该装置中一定有干电池
B. 转动铁棒，电机线圈做切割磁感线运动
C. 转动铁棒，电机就将电能转化为机械能
D. 若铁棒反向转动，电路中不能产生电流
【答案】B
【解析】A、B．灯泡发光，说明电路中有电流；产生电流的现象为电磁感应现象，所以转动铁棒，电机线圈做切割磁感线运动，该装置中没有干电池；
C．转动铁棒，电机就将机械能转化为电能，产生电能供灯泡使用；
D．若铁棒反向转动，电机线圈也做切割磁感线运动，电路中能产生电流，但产生的感应电流方向和原来相反。
【例题4】（2025年甘肃中考题）如图所示，甲、乙两个相同的装置分别由U形磁铁、导体棒和金属支架构成，导体棒ab和cd放在支架上，支架由导线连接。闭合开关并向右移动ab，cd也会随之向右移动，其中甲装置涉及的物理学原理是由_______（选填“奥斯特”或“法拉第”）发现的，乙装置与 ___________（选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）的原理相同。
【答案】法拉第 动圈式扬声器
【解析】图示装置中，闭合开关并向右移动ab，闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流，使cd中有电流通过，cd处在磁场中，通电导体在磁场中受力的作用，cd也会随之向右移动，其中甲装置涉及的物理学原理是法拉第发现的电磁感应现象；动圈式扬声器线圈中通过方向不断变化的电流时，在磁场中所受力的方向不断变化，产生振动，把电流信号转化为声音；乙装置与动圈式扬声器的原理相同。
【知识拓展】动圈式话筒
（1）工作原理:电磁感应。
（2）工作过程:当人说话发出的声音使膜片振动时,连接在膜片上的线圈随着一起在永久磁体的磁场里振动,切割磁感线,从而产生感应电流，感应电流的大小和方向都随着声音的变化而变化，这个电流信号经扩音机放大后传给扬声器,从扬声器中发出放大的声音。
【科学世界】磁记录
铁棒、钢棒本来不能吸引钢铁，当磁体靠近它们或与它们接触时，它们便有了吸引钢铁的性质，也就是被磁化了。软铁被磁化后，磁性很容易消失，称为软磁材料。而钢等物质在被磁化后，磁性能够保持，称为硬磁材料。硬磁材料可以做成永磁体，还可以用来记录信息。
磁带式录音机的磁带上附有一层磁粉，就是由硬磁材料制成的小颗粒（磁粉）。
录音时，声音先转变成强弱和方向都变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱和方向都变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被不同程度地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。
放音时，磁带贴着放音磁头放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱和方向都变化的磁带使放音磁头中产生变化的感应电流，电流经放大后使扬声器发声，就“读”出了磁带中记录的信息。
【播放视频】声音的记录、播放
【课堂练习】
【例题5】如图所示,磁带录音机既可以录音,也可以放音,其主要部件为运行的磁带和绕有线圈的磁头。录音时,磁带上的磁粉被由声音信号转化而来的电流产生的磁场所磁化,这样便将声音信号转化为磁信号记录在磁带上;放音时,再把磁带上的磁信号通过磁头转化为电信号。电流经放大后使扬声器发声。下列各种说法中不正确的是【 】
A.话筒和放音磁头处利用的电磁原理相同,都是电磁感应原理
B.扬声器利用的原理与磁带转动的电动机相同,即通电导体在磁场中受到力的作用而运动
C.录音磁头利用的基本原理是电磁感应现象
D.录音过程中是将声信号转化为电信号,再转化为磁信号,而放音过程正好相反
【答案】C
【解析】录音时,话筒将声信号转化为电流信号，利用的是电磁感应原理，磁带上的磁粉被由声音信号转化而来的电流产生的磁场所磁化,这样便将声音信号转化为磁信号记录在磁带上，利用的是电流的磁效应和磁化现象;
放音时,放音磁头上的线圈在磁带上被磁化的磁粉的磁场中切割磁感线产生电流，磁带上的磁信号通过磁头转化为电信号，利用的是电磁感应原理。电流经放大后使扬声器发声，扬声器利用通电线圈在磁场中受力运动的现象将电流信号转化为声音。
【课后作业】练习与应用： 1、2、3、4、5、6题