【沪粤2024版】九下17.3 发电机发电的原理 导学案

/ 让教学更有效 高效备课 | 物理学科
【学习目标】
1.科学观念：掌握电磁感应现象的条件及感应电流方向的影响因素，理解发电机工作原理及交流电特点；
2．科学思维：用实验归纳电磁感应规律，建立 “磁生电” 的认知，区分交流电与直流电；
3．科学探究：规范完成电磁感应实验，分析实验现象并推导结论；
4．科学态度与责任：了解法拉第的探究历程，感受逆向思维的价值，培养对科学探索的兴趣。
重点：1. 理解发电机发电的本质是电磁感应现象；
2. 掌握产生感应电流的必要条件。
难点：1. 理解“切割磁感线”的含义，区分“运动”与“切割”的本质区别；
2. 理清电流方向与磁场方向、导体运动方向之间的关系，理解感应电流方向的可变性。
【自主学习】
1.发电机主要构造是__________　和__________。
2.发电机能量转化是将__________能转化为__________。
3.电磁感应现象：__________电路的一部分导体在磁场里做__________的运动时，导体中就会产生__________。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫电磁感应，产生的电流叫__________。电流的方向与 __________的方向、__________的方向有关。
4.发电机的工作原理是根据__________原理制造的，如图所示矩形线圈可绕轴转动，当线圈转动时，其AB、CD边就做__________的运动，电路中就有感应电流产生，灵敏电流计的指针就会偏转。
5.线圈转动一周，感应电流的__________和__________完成一次__________变化。
6.__________不变，大小__________的电流叫直流电，__________改变大小和__________的电流叫交流电。
【合作探究】
活动1：让我们自己来发电
1.实验目的
（1）了解手摇发电机的构造。
（2）观察发电机的转速对发光二极管发光亮度的影响。
（3）检验手摇发电机产生的电流方向是否会发生变化。
2.实验器材
手摇发电机模型、发光二极管、导线若干、螺丝刀。
3.实验步骤
（1）把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联，使电刷处于换向器的中间位置，使换向器接入电路，不转动转轮时观察二极管的发光情况。
（2）沿顺时针方向匀速转动转轮，观察二极管的发光情况。
（3）加快转动速度观察二极管的发光情况。
（4）沿逆时针方向匀速转动转轮，然后加快转动观察观察二极管的发光情况
（5）将电刷移至换向器的前部和后部，使换向器不接入电路，转动转轮观察现象。
（3）实验现象
换向器 转动转轮情况 二极管的发光情况
接入电路 不转动 都不发光
沿顺时针先匀速后加速转动 绿色二极管不发光，红色二极管越来越亮。
沿逆时针先匀速后加速转动 红色二极管不发光，绿色二极管越来越亮。
不接入电路 转动转轮 红色二极管和绿色二极管交替发光
（4）实验结论
①发电机的转速越快，二极管________，说明电流大小与线圈__________有关，转动越快，电流________。
②二极管交替发光，说明手摇发电机产生的电流方向_______________变化。
必做实验：探究导体在磁场中产生感应电流的条件
（1）实验目的
探究导体在磁场中产生感应电流的条件以及电流的方向与哪些因素有关。
（2）实验器材
单根导线/线圈、蹄形磁铁、灵敏电流计、导线若干；
探究导体在磁场中产生感应电流的实验装置（一）
（3）实验步骤
①将线圈用细导线悬挂起来，并与灵敏电流计、开关串联组成闭合电路；
②让线圈静止在蹄形磁铁的磁场中，观察灵敏电流计指针是否偏转；
③让线圈的一边在磁场中做切割磁感线运动，垂直于磁感线前后/左右运动，观察指针是否偏转；
④让线圈的一边平行于磁感线运动，观察指针是否偏转；
⑤保持导体运动方向不变，交换磁极位置，观察灵敏电流计指针偏转情况。
视频：探究导体在磁场中产生感应电流的条件
（5）实验记录
磁极方向 导体棒的运动 电流计是否偏转
上S下N 静止、前后、上下运动
左右、左右斜向运动
上N下S 左右、左右斜向运动
（6）实验结论
①产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做_________________。
②影响感应电流方向的因素:________的方向、__________的方向。
2.电磁感应现象
____________的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。这种由于导体在____________而产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。。
探究导体在磁场中产生感应电流的实验装置（二）
补充实验：按教材图 用线圈和条形磁铁实验（快速插入 / 拔出磁铁，线圈切割磁感线，指针偏转），验证结论的普遍性。
知识拓展 右手定则
用右手判断感应电流的方向
伸开右手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
思考1：如果导体不动，移动 U 形磁体，导体中能产生电流吗？为什么？
思考2：在上述实验过程中，能量是如何转化的？
1.工作原理：发电机是根据___________原理制造的，如图所示矩形线圈可绕轴转动，当线圈转动时，其AB、CD边就做___________的运动，电路中就有_________产生，灵敏电流计的指针就会偏转。
2.交流发电机发电原理示意图
（a）线圈转至图中位置时，线圈_______，电路中_______电流
（b）线圈从图(a)位置匀速转至图(b)位置的过程中，AB、CD边均_______，线圈中产生逐渐_______的感应电流。从灵敏电流计指针的偏转方向可知，电流方向如图所示，且在此位置时，电流_______
（c）线圈从图(b)位置匀速转至图(c)位置的过程中，线圈_______，线圈中_______感应电流，且逐渐_______。当到达此图位置时，线圈_______磁感线，电路中电流_______
（d）线圈由图(c)位置匀速转至图(d)位置的过程中，线圈_______磁感线，线圈中_______感应电流，且逐渐增至_______，电流的方向如图所示
循环往复：线圈转动一周，感应电流的大小和方向完成一次_______变化。
2.按输出电流类型的分类
（1）直流发电机
方向_______，大小_______的电流叫直流电，直流发电机结构复杂需换向器，多用于电池充电、小型设备；
（2）交流发电机
周期性改变_______和_______的电流叫交流电，交流发电机结构简单、效率高，是电网供电、工业/家用的绝对主力。
3.实际发电机的结构
（1）核心部件：仍是_______与_______。它的磁体是转动的电磁铁，线圈嵌在由硅钢片制成的槽中。
（2）动力来源：由水轮机、汽轮机或内燃机带动转子转动，实现_______向_______的转化；
（3）输出电流：通常为交流电，电压较高。
发电机的结构 白鹤滩水电站中正在安装的 10 号机组转子图片
汽轮机利用蒸汽流驱动发电机转子转动的图片
4.发电机与电动机的比较
种类 构造 工作原理 能量转化
电动机 都是由转子和定子两部分组成。 利用______________的原理. 消耗_________而输出_________能.
发电机 利用___________的原理. 消耗_________而输出_________.
5.电磁感应现象的应用
生活中常用的一种动圈式话筒、变压器、手机无线充电器、电磁炉都是应用电磁感应原理制成的。
动圈式话筒 变压器
6.发电机与能量转化
发电机是一种把__________的能转化成__________的装置。
火力发电是将燃料的_________转化为电能 水力发电是将水的_______转化为电能
风力发电是将风的_______转化为电能 核能发电是将________转化为电能
另外还有潮汐发电、太阳能发电、地热发电等
【归纳整理】
1.发电机主要构造：发电机主要由定子(不动部分)和转子(转动部分)组成。
2.闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中产生感应电流；感应电流的方向与磁场的方向和导体运动的方向皆有关。
3 发电机的工作原理：发电机是根据电磁感应原理制造的。发电机是一种把其他形式的能转化成电能的装置.
【课堂练习】
1.如图所示，当导体棒ab_________（选填“上下”或“左右”）移动时，灵敏电流计的指针会发生偏转，这是因为闭合电路的一部分导体在磁场中做______________ 运动，导体中就会产生电流。
2.下列四种情况中，能产生感应电流的是（ ）
A．闭合电路的整根导线在磁场中切割磁感线 B．断开电路的一部分导体在磁场中切割磁感线
C．闭合电路的一部分导体在磁场中静止 D．闭合电路的一部分导体在磁场中斜向切割磁感线
3.如图所示，放在磁场中的矩形线圈ABCD自图示位置（即线圈平面垂直于磁感应线的位置）开始绕轴沿逆时针匀速转动，下列说法中正确的是（　　）
A．线圈在磁场中转动过程中不受磁场力的作用
B．线圈在转动的前半周中，线圈中的电流方向不变
C．线圈在转动的过程中，每时每刻都有感应电流产生
D．线圈在转动的过程中，AB、BC、CD及AD边都不停地切割磁感线
【课后巩固】
（课本39页第1题）请你比较发电机和电动机的结构,看看它们的主要结构有什么相似之处。
（课本39页第2题）换向器的发明对电机的发展有什么作用 你对科技创新在社会发展中的作用有什么认识和体会
3.（课本39页第3题）下列说法是否正确 如果错误，请说出错误原因。
(1)只要导体在磁场中做切割磁感线的运动，就一定会产生感应电流。
(2)只要闭合导体的一部分在磁场中运动，就一定会产生感应电流。
(3)闭合导体的一部分在磁场中不动，就一定不会产生感应电流。
4（课本39页第4题）下.图是动圈式话筒的结构图，最外面是膜片，膜片和线圈缠绕在一起，线圈中间放置永磁体。当我们对着话筒说话会引起膜片振动，膜片带动线圈振动，声信号转换为电信号，电信号经过放大器和扬声器，可以将声音放大。请用“磁生电”来说明动圈式话简的工作原理。
1．关于磁现象，下列说法正确的是（　　）
A．图甲：司南能指示南北是因为受到地磁场的作用
B．图乙：滑动变阻器滑片向右移动时，电磁铁的磁性会增强
C．图丙：该实验说明通电导体在磁场中受力，这是发电机的工作原理
D．图丁：导体AB竖直向上运动时，电流表指针会发生偏转
2．电子车票，也称“无纸化”车票，乘客网上购票后，直接通过“刷身份证”或“扫手机”即可顺利进站。乘客将身份证靠近检验口，机器感应电路中就会产生电流，从而识别乘客身份。与这一原理相同的是（ ）
A． B．
C． D．
3．如图所示，闭合开关，将导体ab水平向右移动，导体cd也随之运动起来。下列说法正确的是（ ）
A．甲装置运用的原理是电磁感应
B．甲装置把电能转化为机械能
C．乙装置产生的现象在生活中的应用是发电机
D．若导体ab水平向左移动，导体cd的运动方向改变
4．关于下列实验所演示的电磁现象，下列说法中正确的是（　　）
A．图甲可用来演示磁场对通电导线的作用，根据该原理制成了电动机
B．图乙可用来演示电磁感应现象，根据该现象制成了发电机
C．图丙可用来演示电流的磁效应，根据该现象制成了电磁铁
D．图丁所演示的是电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系
5.小李利用如图所示的装置探究感应电流产生的条件：
(1)开关闭合后，将导体棒AB沿 （选填“上下”或“左右”）方向运动时，电流表的指针会发生偏转；
(2)要使电流表的指针偏转方向与（1）中相反，可采取的具体措施是（　　）
A．使用磁性更强的磁体
B．保持磁体静止，只改变导体水平运动的方向
C．上下调换磁极，同时改变导体水平运动的方向
(3)英国物理学家法拉第通过该实验现象发现了 ，并根据此现象制成了 ，使人类进入电气化时代；
(4)利用此工作装置的有（　　）
A．电铃 B．扬声器 C．动圈式话筒 D．电磁起重机
(5)如果将电流表换成 ，可以探究磁场对通电导体的作用。
6.阅读短文，回答问题。
电吉他是一种利用电磁感应原理将琴弦的振动转化为电信号的乐器。它的主要部件包括琴弦、拾音器和放大器。拾音器的基本构造如图甲所示，主要由磁铁和线圈组成，当金属弦振动时，会改变穿过线圈的磁通量，从而在线圈中产生感应电流，这个电流经过放大器放大后就能驱动扬声器发出声音。
扬声器的基本构造如图乙所示，其内部有一个线圈，线圈与锥形纸盆相连，当电信号（来自放大器）通过线圈时，线圈会受到磁场的作用力从而带动纸盆振动发出声音。
(1)声音是由于物体 产生的。
(2)闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，又称为 原理。
(3)下列说法错误的是（　　）（填字母）
A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作
B．取走磁体，电吉他将不能正常工作
C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电流
(4)扬声器与 （选填“发电机”或“电动机”）的工作原理相似。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1.线圈（转子） 磁体（定子）2.机械 电能 3.闭合 切割磁感线 电流 感应电流 磁场
导体运动 4.电磁感应 切割磁感线 5.大小 方向 周期性 6.方向 可变化 周期性 方向
【合作探究】
探究点一：
答案:（4）①越亮 转动速度 越大 ②发生了周期性
探究点二：
答案：1.（5）不偏转 偏转 偏转方向不同 (6)①切割磁感线运动②磁场 导体运动
2.闭合电路 磁场中运动
思考1答案：能
导体不动，移动蹄形磁体，导体同样能做切割磁感线运动，所以导体中也能产生感应电流。
思考2答案：机械能转化为电能。
探究点三：
答案：1.电磁感应 切割磁感线 感应电流 2.（a）不切割磁感线 没有（b）切割磁感线 增大 最大（c）切割磁感线 有 减小 不切割 消失 （d）切割 有 最大 周期性
2.（1）不变 可变化（2）大小 方向 3.磁体 线圈 （2）机械能 电能
4.通电线圈在磁场里转动 电能 机械 电磁感应 机械能 电能 6.其他形式 电能 化学能 机械能 机械能 核能
【课堂练习】
1.【答案】左右 切割磁感线
【详解】[1] [2]根据电磁感应现象可知，当闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，因此磁铁不动、闭合开关，导体棒沿左右方向运动时，导体做切割磁感线运动，会产生感应电流，电流表指针会发生偏转。
2.【答案】D
【解析】A缺少“一部分导体”条件，B缺少“电路闭合”条件，C缺少“切割磁感线运动”条件，均不满足感应电流产生的必要条件；D符合三个条件，D正确。
3.【答案】B
【解析】A．在磁场中的矩形线圈ABCD自图示位置（即线圈平面垂直于磁感应线的位置）开始绕轴沿逆时针匀速转动，线圈在磁场中转动过程中线圈切割磁感线，产生感应电流，电流在磁场中受磁场力的作用，故A错误；
B．线圈在转动的前半周中，磁场方向不变，切割磁感线的运动方向不变，线圈中产生的电流方向不变，故B正确；
C．线圈在转动的过程中，当线圈处在其平面垂直于磁感应线的位置时，运动方向与磁场方向平行，线圈没有切割磁感应线，此时没有感应电流产生，故C错误；
D．线圈在转动的过程中，BC、AD边没有切割磁感线，故D错误。
故选B。
【课后巩固】
基础练习
1.答案:电动机与发电机都是由转子和定子两部分组成的，结构基本相同;
电扇的内部有磁铁和线圈，线圈转动时，做了切割磁感线的运动，故能产生电流，其原理是电磁感应现象;而电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理制成的。
2.答案：换向器的发明对电动机的发展具有重要的作用。换向器的作用是:线圈每转过平衡位置，便会自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈的受力方向，使线圈继续转动。当今世界，随着新科技革命迅猛发展，不断引发新的技术创新浪潮，科技成果转化和产业更新换代的周期越来越短，技术创新在区域经济发展中的地位和作用越来越重要。因此，我们要不断创新。
3.答案：(1)错误，原因:导体虽然切割磁感线，但电路不闭合时不会产生感应电流。
(2)错误，原因:闭合导体的一部分只有在切割磁感线时才会产生感应电流。
(3)正确，原因:导体静止不动，没有切割磁感线，磁通量不变，不会产生感应电流。
4.答案：动圈式话筒的原理:当对着话筒说话或唱歌时，声音使膜片振动，振动的膜片带动线圈振动，这样处于磁场中的线圈由于做切割磁感线运动而产生大小随声音信号强弱变化而变化的电流，声信号就转换成了电信号
能力提升
1.【答案】A
【详解】A．图甲中，地球是个巨大的磁体，而司南是个小磁铁，司南能指示南北是因为受到地磁场的作用，故A正确；
B．图乙中，滑动变阻器滑片向右移动时，接入电路的阻值变大，电路的电流变小，因此电磁铁的磁性会减弱，故B错误；
C．图丙中，有电源，闭合开关，导体ab中有电流通过，导体ab会运动起来，说明通电导线在磁场中受力的作用，这是电动机的工作原理，故C错误；
D．图丁中，导体AB竖直向上运动时，没有切割磁感线，因此不会产生感应电流，因此电流表指针不会发生偏转，故D错误。
故选A。
2.【答案】C
【详解】由题意可知，刷身份证时会产生感应电流，所以其工作原理为电磁感应现象；
A．图中有电源，为电动机的工作原理，说明通电导体在磁场中受到力的作用而运动，故A不符合题意；
B．图示为奥斯特实验，原理是电流的磁效应，说明通电导线周围存在磁场，故B不符合题意；
C．图中动圈式话筒的线圈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，故C符合题意；
D．图示扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，故D不符合题意。
故选C。
3.【答案】AD
【详解】A．甲装置中，闭合电路的导体ab在磁场中做切割磁感线运动，从而产生了感应电流，这是一种电磁感应现象。故A正确；
B．甲装置是电磁感应现象，在电磁感应现象中，是将机械能转化为电能。故B错误；
C．乙装置中，导体ab产生的感应电流通过位于磁场中的导体cd时，cd在磁场中受力而运动起来，体现了通电导体在磁场中受力会转动，利用该原理制成了电动机，故C错误；
D．感应电流的方向与导体的运动方向有关，所以导体ab的运动方向改变，ab中的电流方向也改变，即cd中的电流方向发生了改变；通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向有关，所以cd中电流方向的改变，导致了cd受力的方向也改变，故运动方向发生了改变，故D正确。
故选AD。
4.【答案】ABC
【详解】A．甲图中开关闭合后，导体棒内通以电流，则导体在磁场力的作用下发生运动，故演示的为磁场对电流的作用，利用该原理制成了电动机，故A正确；
B．乙图中导体棒AB在磁场中做切割磁感线运动时，电流表中会产生感应电流，故演示的为电磁感应，利用该原理制成了发电机，故B正确；
C．放在小磁针上方的导线中有电流通过时，小磁针会发生偏转，说明通电导体周围产生了磁场，即演示了电流的磁效应，是电磁铁的原理，故C正确；
D．图中两电磁铁串联，通过的电流相等，但两电磁铁线圈的匝数不同，可用来演示电磁铁的磁性强弱与线圈匝数多少的关系，故D错误。
故选ABC。
5.【答案】(1)左右 (2)B (3)电磁感应 发电机 (4)C (5)电源
【详解】（1）根据电磁感应现象，开关闭合后，将导体棒AB沿左右方向运动，即做切割磁感线运动时，满足感应电流产生的条件，电流表的指针会发生偏转。
（2）感应电流的方向与磁场方向和导体切割磁感线的运动方向有关。
A．使用磁性更强的磁体，没有改变磁场方向或者改变导体切割磁感线的运动方向，不能使电流表的指针偏转方向与（1）中相反，故A不符合题意；
B．保持磁体静止，改变导体水平运动的方向，可以改变电流的方向，能使电流表的指针偏转方向与（1）中相反，故B符合题意；
C．上下调换磁极，同时改变导体水平运动的方向，磁场方向和导体切割磁感线的运动方向均改变，产生的感应电流的方向不变，不能使电流表的指针偏转方向与（1）中相反，故C不符合题意。
故选B。
（3）[1][2]该实验现象表明，通过磁场可以产生电流，将机械能转化为电能。英国物理学家法拉第通过该实验现象发现了电磁感应，并根据此现象制成了发电机，使人类进入电气化时代。
（4）AD．电铃、电磁起重机利用的是电流的磁效应，故AD不符合题意；
B．扬声器的原理是磁场对通电导体有力的作用，故B不符合题意；
C．动圈式话筒利用的是电磁感应原理，故C符合题意。
故选C。
（5）磁场对通电导体的作用需要电源，不需要电流表，所以如果将电流表换成电源，可以探究磁场对通电导体的作用。
6.【答案】(1)振动 (2)电磁感应 (3)A (4)电动机
【详解】（1）声音是由于物体振动产生的，振动停止，发声停止。
（2）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，又称为电磁感应，动圈式话筒便是利用这个原理制作的。
（3）A．铜不可以被磁化，则选用铜质弦，电吉他不能正常工作，故A错误；
B．取走磁体，就没有磁场，琴弦不能切割磁感线产生电流，电吉他将不能正常工作，故B正确；
C．每个线圈都相当于一个小电池，线圈的匝数越多，相当于串联的电池数量越多，因此电压越大，那么线圈中的感应电流越大，故C正确。
故选A。
（4）由题意可知，扬声器内部有一个线圈，线圈与锥形纸盆相连，当电信号通过线圈时，线圈会受到磁场的作用力从而带动纸盆振动发出声音，这是通电导体在磁场中受到力的作用，电动机便是以此原理制成的，故与电动机工作原理相似。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)