第6节 磁生电
1.理解电磁感应现象，知道产生感应电流的原因；了解发电机的构造和工作原理。 2．观察体验发电机是怎样发电的，提高应用知识分析和解决问题的能力。 3．(重点)通过实验，探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，进一步了解电和磁的关系。 4．认识自然现象之间是相互联系的，进一步了解探索自然奥秘的科学方法。
1．磁生电
英国物理学家法拉第1831年首先用实验的方法发现了利用磁场产生电流的条件和规律，这一重大发现进一步揭示了 现象和 现象之间的联系，使人类实现了将 能转化为 能的愿望。
2．发电机
发电机是根据 原理制成的，发电机的诞生实现了机械能向电能的转化。交流发电机主要由 和 两部分组成，线圈不动、磁极旋转的发电机叫作旋转磁极式发电机。
直流电和交流电：之前我们学习的电路用电池供电，电路中的电流从电池的正极流向负极，方向不改变，这种电流叫作直流；大小和方向做周期性改变的电流叫作交流。在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫作 ，频率的单位是 ，符号为Hz。我国家庭电路使用的交流电，电压是220 V，频率是 Hz。
重难突破
实验探究：磁生电的条件及影响感应电流方向的因素
实验目的 探究导体在磁场中产生电流的条件 探究影响感应电流方向的因素
实验的装置图
实验操作 闭合开关，让导体水平向右运动； (2)闭合开关，让导体斜向左上运动； (3)闭合开关，让导体竖直向上运动； (4)断开开关，让导体向各个方向运动 (1)闭合开关，让导体水平向右运动； (2)闭合开关，让导体水平向左运动； (3)闭合开关，将磁体的N极、S极交换位置，让导体水平向右运动
实验现象 (1)和(2)灵敏电流计指针偏转，(3)和(4)灵敏电流计指针不偏转 (1)和(2)灵敏电流计指针偏转方向相反；(1)和(3)灵敏电流计指针偏转方向相反；(2)和(3)灵敏电流计指针偏转方向相同
探究分析 电路闭合，导体做切割磁感线运动，电路中有电流产生；电路闭合，但导体不做切割磁感线运动，电路中无电流产生；电路不闭合，无论导体是否做切割磁感线运动，电路中都不会有电流产生 如果单独改变导体的运动方向或磁场方向，则感应电流的方向发生变化；但是如果同时改变导体的运动方向和磁场方向，则感应电流的方向不变
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，导体中就会产生电流 在电磁感应现象中，感应电流的方向跟导体切割磁感线运动的方向和磁场方向有关
产生感应电流的条件
(1)导体为闭合电路的一部分。如果电路不闭合，导体切割磁感线时不会产生感应电流。
(2)导体做切割磁感线运动。由运动的相对性可知，如果导体静止，让磁场运动，也能产生切割磁感线的效果，也能产生感应电流。
【典例1】如图所示，聪聪和明明利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体ab和若干导线等器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入下表中。
序号 导体ab的运动情况 有无感应电流
① 左右运动 有
② 上下运动 无
③ 前后运动 无
④ 斜向上、斜向下运动 有
(1)实验中，ab的材料可能是________(选填“塑料”或“铝”)。
(2)分析①、②两次实验现象，明明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”聪聪认为不准确，因为导体ab________运动时，其运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流。
(3)采纳聪聪意见后，明明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流。”聪聪认为不全面，因为导体ab______________运动时，也有感应电流。
(4)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，可采取的措施是____________________________(写出一种措施)。
(5)从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将________能转化为电能；如果将图中的灵敏电流计换成________，可以探究磁场对电流的作用。
2．交流发电机的工作原理
工作过程 切割磁感线情况 产生感应电流情况 电流的输出情况
AB边向上切割磁感线，CD边向下切割磁感线 切割磁感线产生感应电流。AB边产生的感应电流由A到B，CD边产生的感应电流由C到D AB边只和铜环2接触，CD边只和铜环1接触。故在外电路中电流是由3经电流表流向4
AB边水平向左运动，CD边水平向右运动，AB边和CD边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线 线圈中不产生感应电流 不输出电流
AB边向下切割磁感线，CD边向上切割磁感线 切割磁感线产生感应电流，但电流方向与前面的相反。AB边产生的感应电流由B到A，CD边产生的感应电流由D到C AB边只和铜环2接触，CD边只和铜环1接触。故在外电路中电流是由4经电流表流向3
AB边水平向右运动，CD边水平向左运动，AB边和CD边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线 线圈中不产生感应电流 不输出电流
总结：线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流
【典例2】(2024·江苏徐州)如图所示是自制交流发电机模型，风车转动，线圈在磁场中做________磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，电流方向与________方向和导体运动方向有关。如果把电流表换成电池，把模型当作电动机，此时线圈________(选填“能”或“不能”)持续转动。
1．(2024·山东聊城)唱卡拉OK时经常用到动圈式话筒。对着话筒唱歌时，声音使处于磁场中的线圈振动，从而使线圈中产生随声音变化的电流。下列实验能说明动圈式话筒工作原理的是( )
2．小明用如图所示的装置，探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
(1)比较________两图可知，产生感应电流时电路应闭合。
(2)比较________两图可知，产生感应电流时导体要在磁场中做切割磁感线运动。
(3)比较乙、丁两图可知，感应电流的方向与________方向有关。
3．(2024·海南)电子计数器测量原理是通过切割磁感线产生变化的电流计数。下列设备与计数器工作原理相同的是( )
A．柴油机 B．电动机
C．汽油机 D．发电机
4．(2024·内蒙古赤峰)将扬声器、开关和电流表连成如图所示电路，闭合开关，反复轻敲扬声器的纸盆，会看到电流表的指针左右摆动。下列选项与其原理相同的是( )
A．电动机 B．发电机
C．电磁铁 D．电铃
基础巩固
1．有一种手电筒，上下快速晃动时，筒内的磁体会上下运动，使筒壁上的线圈内产生感应电流，并为筒内的蓄电池充电。下列说法正确的是( )
A．该装置利用了电动机原理
B．上下快速晃动时电能转化为机械能
C．该装置利用了发电机原理
D．为蓄电池充电时化学能转化为电能
2．小明按人类对磁的认识历程，对“电与磁”一章知识进行梳理，图中对应位置的内容填写正确的是( )
A．赫兹 B．电动机
C．电磁起重机 D．电磁感应现象
3．下列四幅图的解释，正确的是( )
A．甲图安检员手中的金属探测仪靠近金属制品会报警，是电磁感应现象
B．乙图中对着话筒说话，能把声音传到扬声器，是电流的磁效应
C．丙图中的电磁起重机通电后能吸引金属材料，与电动机的原理相同
D．丁图中的电路通电后，导体棒会沿导轨滑动，与发动机的原理相同
4．(2024·新疆)如图所示，用蹄形磁体、导体棒ab、电流表等实验器材探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
(1)请用笔画线代替导线完成实物图连接。
(2)当导体棒ab沿________(选填“上下”或“左右”)方向运动时，电流表指针发生偏转。通过多次实验可得：当闭合电路的部分导体在磁场中做______________运动时，电路中就产生感应电流。
(3)当导体棒ab向右运动时，导体棒________(选填“受到”或“不受”)磁场对它的力的作用。
5．把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，我们可以通过________这一现象来判断电路中有电流，如图甲所示，手摇发电机的工作原理是________。把两个发光二极管极性________(选填“相同”或“相反”)地并联起来，并与发电机串联，如图乙所示。转动摇把，发现两个二极管交替发光，说明电路中产生的是________电流。
6．(2024·山东济南)小红在学习了电磁感应的知识后，用如图所示的装置重新做了“怎样产生感应电流”的实验。
(1)她发现，如果开关处于________状态，无论磁体怎样放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针均不偏转，这说明闭合电路是产生感应电流的必要条件。
(2)电路闭合后，下列实验操作能使灵敏电流计指针发生偏转的是________(填选项)。
A．磁体不动，导体棒水平向右运动
B．磁体不动，导体棒向斜上方运动
C．导体棒不动，磁体竖直向下运动
D．导体棒不动，磁体水平向左运动
(3)小红在实验中有了新的思考：如果把灵敏电流计换成________，就能继续探究磁场对通电导体的作用了。 第6节 磁生电
1.理解电磁感应现象，知道产生感应电流的原因；了解发电机的构造和工作原理。 2．观察体验发电机是怎样发电的，提高应用知识分析和解决问题的能力。 3．(重点)通过实验，探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，进一步了解电和磁的关系。 4．认识自然现象之间是相互联系的，进一步了解探索自然奥秘的科学方法。
1．磁生电
英国物理学家法拉第1831年首先用实验的方法发现了利用磁场产生电流的条件和规律，这一重大发现进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系，使人类实现了将机械能转化为电能的愿望。
2．发电机
发电机是根据电磁感应原理制成的，发电机的诞生实现了机械能向电能的转化。交流发电机主要由定子和转子两部分组成，线圈不动、磁极旋转的发电机叫作旋转磁极式发电机。
直流电和交流电：之前我们学习的电路用电池供电，电路中的电流从电池的正极流向负极，方向不改变，这种电流叫作直流；大小和方向做周期性改变的电流叫作交流。在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫作频率，频率的单位是赫兹，符号为Hz。我国家庭电路使用的交流电，电压是220 V，频率是50Hz。
重难突破
实验探究：磁生电的条件及影响感应电流方向的因素
实验目的 探究导体在磁场中产生电流的条件 探究影响感应电流方向的因素
实验的装置图
实验操作 闭合开关，让导体水平向右运动； (2)闭合开关，让导体斜向左上运动； (3)闭合开关，让导体竖直向上运动； (4)断开开关，让导体向各个方向运动 (1)闭合开关，让导体水平向右运动； (2)闭合开关，让导体水平向左运动； (3)闭合开关，将磁体的N极、S极交换位置，让导体水平向右运动
实验现象 (1)和(2)灵敏电流计指针偏转，(3)和(4)灵敏电流计指针不偏转 (1)和(2)灵敏电流计指针偏转方向相反；(1)和(3)灵敏电流计指针偏转方向相反；(2)和(3)灵敏电流计指针偏转方向相同
探究分析 电路闭合，导体做切割磁感线运动，电路中有电流产生；电路闭合，但导体不做切割磁感线运动，电路中无电流产生；电路不闭合，无论导体是否做切割磁感线运动，电路中都不会有电流产生 如果单独改变导体的运动方向或磁场方向，则感应电流的方向发生变化；但是如果同时改变导体的运动方向和磁场方向，则感应电流的方向不变
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，导体中就会产生电流 在电磁感应现象中，感应电流的方向跟导体切割磁感线运动的方向和磁场方向有关
产生感应电流的条件
(1)导体为闭合电路的一部分。如果电路不闭合，导体切割磁感线时不会产生感应电流。
(2)导体做切割磁感线运动。由运动的相对性可知，如果导体静止，让磁场运动，也能产生切割磁感线的效果，也能产生感应电流。
【典例1】如图所示，聪聪和明明利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体ab和若干导线等器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入下表中。
序号 导体ab的运动情况 有无感应电流
① 左右运动 有
② 上下运动 无
③ 前后运动 无
④ 斜向上、斜向下运动 有
(1)实验中，ab的材料可能是________(选填“塑料”或“铝”)。
(2)分析①、②两次实验现象，明明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”聪聪认为不准确，因为导体ab________运动时，其运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流。
(3)采纳聪聪意见后，明明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流。”聪聪认为不全面，因为导体ab______________运动时，也有感应电流。
(4)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，可采取的措施是____________________________(写出一种措施)。
(5)从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将________能转化为电能；如果将图中的灵敏电流计换成________，可以探究磁场对电流的作用。
解析 (1)在探究电磁感应现象的实验中，我们必须保证处于磁场中的这部分是导体。塑料是绝缘体，铝是导体，所以ab的材料可能是铝。
(2)闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直，只要不切割磁感线，如导体ab前后运动时，电路中就不会产生感应电流，所以明明的说法错误。
(3)根据表格中的现象发现，导体ab在磁场中斜向上或斜向下运动时，此时虽然不是垂直切割磁感线，但也有感应电流，所以明明的说法是不全面的。
(4)电磁感应中，感应电流大小与磁场强弱、切割磁感线的速度等有关，实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，是感应电流过小，为了使指针偏转明显，可增加导体切割磁感线的速度或更换磁性更强的磁体。
(5)闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动时，能产生感应电流，从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将机械能转化为电能。探究磁场对通电导体的作用必须有电源，因此，需要在电路中添加电源，即将灵敏电流计换成电源。
答案 (1)铝 (2)前后 (3)斜向上、斜向下 (4)见解析 (5)机械 电源
2．交流发电机的工作原理
工作过程 切割磁感线情况 产生感应电流情况 电流的输出情况
AB边向上切割磁感线，CD边向下切割磁感线 切割磁感线产生感应电流。AB边产生的感应电流由A到B，CD边产生的感应电流由C到D AB边只和铜环2接触，CD边只和铜环1接触。故在外电路中电流是由3经电流表流向4
AB边水平向左运动，CD边水平向右运动，AB边和CD边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线 线圈中不产生感应电流 不输出电流
AB边向下切割磁感线，CD边向上切割磁感线 切割磁感线产生感应电流，但电流方向与前面的相反。AB边产生的感应电流由B到A，CD边产生的感应电流由D到C AB边只和铜环2接触，CD边只和铜环1接触。故在外电路中电流是由4经电流表流向3
AB边水平向右运动，CD边水平向左运动，AB边和CD边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线 线圈中不产生感应电流 不输出电流
总结：线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流
【典例2】(2024·江苏徐州)如图所示是自制交流发电机模型，风车转动，线圈在磁场中做________磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，电流方向与________方向和导体运动方向有关。如果把电流表换成电池，把模型当作电动机，此时线圈________(选填“能”或“不能”)持续转动。
解析 风车转动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，电流表的指针会发生偏转，产生感应电流，感应电流的方向与导体做切割磁感线运动的方向和磁场的方向有关。把电流表换成电池，线圈中有电流通过，在磁场中受到力的作用，由于没有换向器，线圈在转动时电流方向不会改变，不会持续转动。
答案 切割 磁场 不能
随堂练习
知识点一 磁生电
1．(2024·山东聊城)唱卡拉OK时经常用到动圈式话筒。对着话筒唱歌时，声音使处于磁场中的线圈振动，从而使线圈中产生随声音变化的电流。下列实验能说明动圈式话筒工作原理的是( A )
2．小明用如图所示的装置，探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
(1)比较________两图可知，产生感应电流时电路应闭合。
(2)比较________两图可知，产生感应电流时导体要在磁场中做切割磁感线运动。
(3)比较乙、丁两图可知，感应电流的方向与________方向有关。
【答案】(1)甲、乙
(2)乙、丙
(3)磁场
知识点二 发电机
3．(2024·海南)电子计数器测量原理是通过切割磁感线产生变化的电流计数。下列设备与计数器工作原理相同的是( D )
A．柴油机 B．电动机
C．汽油机 D．发电机
4．(2024·内蒙古赤峰)将扬声器、开关和电流表连成如图所示电路，闭合开关，反复轻敲扬声器的纸盆，会看到电流表的指针左右摆动。下列选项与其原理相同的是( B )
A．电动机 B．发电机
C．电磁铁 D．电铃
基础巩固
1．有一种手电筒，上下快速晃动时，筒内的磁体会上下运动，使筒壁上的线圈内产生感应电流，并为筒内的蓄电池充电。下列说法正确的是( C )
A．该装置利用了电动机原理
B．上下快速晃动时电能转化为机械能
C．该装置利用了发电机原理
D．为蓄电池充电时化学能转化为电能
2．小明按人类对磁的认识历程，对“电与磁”一章知识进行梳理，图中对应位置的内容填写正确的是( D )
A．赫兹 B．电动机
C．电磁起重机 D．电磁感应现象
【解析】奥斯特发现电流的磁效应，故A错误；电流的磁效应的应用为电磁铁，电动机应用了通电线圈在磁场中受力的作用，故B错误；磁场对电流的作用的应用为电动机，电磁起重机应用了电流的磁效应，故C错误；发电机应用了电磁感应的原理，故D正确。故选D。
3．下列四幅图的解释，正确的是( A )
A．甲图安检员手中的金属探测仪靠近金属制品会报警，是电磁感应现象
B．乙图中对着话筒说话，能把声音传到扬声器，是电流的磁效应
C．丙图中的电磁起重机通电后能吸引金属材料，与电动机的原理相同
D．丁图中的电路通电后，导体棒会沿导轨滑动，与发动机的原理相同
4．(2024·新疆)如图所示，用蹄形磁体、导体棒ab、电流表等实验器材探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
(1)请用笔画线代替导线完成实物图连接。
(2)当导体棒ab沿________(选填“上下”或“左右”)方向运动时，电流表指针发生偏转。通过多次实验可得：当闭合电路的部分导体在磁场中做______________运动时，电路中就产生感应电流。
(3)当导体棒ab向右运动时，导体棒________(选填“受到”或“不受”)磁场对它的力的作用。
【答案】(1)如图所示
(2)左右 切割磁感线
(3)受到
能力达标
5．把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，我们可以通过________这一现象来判断电路中有电流，如图甲所示，手摇发电机的工作原理是________。把两个发光二极管极性________(选填“相同”或“相反”)地并联起来，并与发电机串联，如图乙所示。转动摇把，发现两个二极管交替发光，说明电路中产生的是________电流。
【答案】灯泡发光 电磁感应 相反 交变
【解析】若电路中有电流，则电流通过灯泡时会使灯泡发光，故可以通过灯泡发光来判断电路中有电流。手摇式发电机是根据闭合回路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动来产生感应电流的，即为电磁感应现象。发光二极管有单向导电性，两个发光二极管极性相反地并联后再与发电机串联，交替发光说明电路中的电流方向时刻在发生改变，即产生的是交变电流。
6．(2024·山东济南)小红在学习了电磁感应的知识后，用如图所示的装置重新做了“怎样产生感应电流”的实验。
(1)她发现，如果开关处于________状态，无论磁体怎样放置、导体棒怎样运动，灵敏电流计指针均不偏转，这说明闭合电路是产生感应电流的必要条件。
(2)电路闭合后，下列实验操作能使灵敏电流计指针发生偏转的是________(填选项)。
A．磁体不动，导体棒水平向右运动
B．磁体不动，导体棒向斜上方运动
C．导体棒不动，磁体竖直向下运动
D．导体棒不动，磁体水平向左运动
(3)小红在实验中有了新的思考：如果把灵敏电流计换成________，就能继续探究磁场对通电导体的作用了。
【答案】(1)断开 (2)ABD (3)电源
