第5节 磁生电

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第5节 磁生电
联想情景导入
人们首先发明了电池，由电池提供电能,后来又发明了发电机，由发电机提供电能。现
在我们所用的电能，从生活用电到交通运输、工厂企业用电，主要来自发电站里的发电机。那么发电机是怎样发电的呢 让我们通过电磁感应的原理来了解一下发电机是怎样发电的吧。
重点知识详解
一、磁生电 电磁感应
1．电磁感应。
实验操作：如上图所示．将一根导体放入磁场中，导体和电流表串联成一个闭合回路。观察下列情况下电流表中有无电流。
(1)导体在磁场中不动；
(2)导体在磁场中做垂直于磁场方向的运动；
(3)导体在磁场中做平行于磁场方向的运动；
(4)电路断开时，重复第3步实验。
实验现象：
实验步骤 试验现象 说明
导体在磁场中不动 指针不偏转 无电流
导体向上运动 指针不偏转 无电流
导体向下运动 指针不偏转 无电流
导体向右运动 指针偏转 有电流
导体向左运动 指针偏转,方向与上面相反 有电流
电路断开，导体向右、左运动 指针不偏转 无电流
实验结论：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生
电流，这种现象叫电磁感应。产生的电流叫做感应电流。如果电路不闭合,当导体做
切割磁感线运动时，导体中不会产生感应电流，但导体两端会有感应电压。
2．电磁感应现象中能量的转化：电磁感应中，用力移动导体，消耗了机械能。却在闭合电路中产生了电能。这就实现了机械能向电能的转化。
3．感应电流的大小与哪些因素有关：导线切割的速度大，电流大；永磁铁的强度大，电流大；切割导线的条数多，电流大；切割的有效长度长。电流大。感应电流的大小与导线切割的速度、方向无关。
二、交流发电机的工作原理
1．发电机：利用电磁感应原理，将动能转变为电能的机械，可分为交流发电机和直流发电机两类，基本构造如下：
2．发电机的工作原理:ab和cd不断做切割磁感线运动，由于磁感线方向是不变的，而ab和cd的运动方向总是相反，并且不断改变，于是线圈和外部电路就有了方向不断改变的感应电流。当线圈平面和磁感线垂直时，两边的运动方向和磁感线平行,不切割磁感线，线圈上元感应电流。当线圈平面和磁感线平行时，两边的运动方向和磁感线垂直,切割磁感线，线圈上有感应电流。
3．交流电：从以上图示分析可知，线圈转动一周。电流方向改变两次。这种周期性改
变方向的电流叫做交流电。
(1)周期：完成一次周期性变化需要的时间(秒)。
(2)频率：1秒内完成周期性变化的次数(赫兹)。
我国交流电周期是0．02秒,频率为50赫兹。每秒电流方向改变100次。
4．电动机和发电机的比较。
直流电动机 交流发电机
原理 利用通电线圈在磁场里发生转动的原理制成 利用电磁感应原理制成
构造 与电刷接触的是换向器 与电刷接触的是两个铜环
能量转化 电能 机械能 机械能 电能
在电路中的作用 用电器 电 源
精典例题解析
[例1] 下列四幅实验装置图所反映的原理，对发电机的发明有直接影响的是 ( )
[解析] 这四幅图是电磁学中四幅经典的图，反应了四种不同的原理，我们应熟知这些图所
表示的含义。图A是奥斯特实验装置,该实验表明电流周围存在着磁场。同时还说
明电流的磁场方向跟电流方向有关。图B是研究电磁感应现象的装置。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。电磁感应现象对
发电机的发明有直接影响。图C是用来研究磁场对通电导线有力的作用，该原理对
电动机的发明有直接影响。图D是用来判断螺线管极性的右手螺旋定律。
[答案] B
[例2] 如图所示是研究电磁感应的实验装置。
(1)．保持导线n6不动．闭合开关。灵敏电流计的指
针不动，这时导线中_________电流。
(2)保持电路闭合．当导线曲向左运动和向右运动时，
灵敏电流计的指针会向左和向右偏转。表明导线中
的感应电流方向与__________有关。
(3)将U形磁铁反转对调磁极，闭合开关。当导线ab
向左运动和向右运动时,灵敏电流计的指针会向右
和向左偏转．表明导线中的感应电流方向与_________有关。
[解析] 产生感应电流的条件之一是电路必须闭合，因而在开关断开的情况下,无论导体ab
如何运动,电流表指针都不会偏转，说明电路中没有感应电流产生。在电路闭合的
情况下。ab边必须做切割磁感线运动。电路中才会有感应电流产生。从实验中可
知。感应电流的方向与运动方向、磁场方向有关。
[答案] (1)没有 (2)导体运动方向 (3)磁场方向
[例3] 电与磁的联系可由三个重要实验所证实。这三个实验如图所示。
(1)图甲实验是著名的____________实验。它证实了________,应用举例__________。
(2)图乙实验证实了_________________,实验过程中的能量转化是______________；应用举例_______________________________。
(3)图丙实验证实了___________，实验过程中的能量转化是_______________，应用举例____________________________________________。
[答案] (1)奥斯特 电流周围有磁场 电磁铁
(2)通电导体在磁场中要受到磁力的作用 电能转化机械能 电动机
(3)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时。导体中就产生感应电流机械能转化为电能 发电机
考点应试必备
1．如图所示的四个实验装置中,能说明发电机工作原理的是 ( )
2．小明同学在实验室组装了如图所示的实验装置来探究“什么情况下磁可以生电”。图中的ab是一根直铜线，ab处于蹄形磁铁的磁场中，下列情况中能使电流表的指针发生偏转的是 ( )
A．闭合开关,导体ab向上运动
B．断开开，导体ab向左运动
C．闭合开关，导体ab向右运动
D．断开开关,导体ab向下运动
3．如图所示是电动机示意图，对于图示的说法，正确的是 ( )
A．图中绘出的是直流电动机的示意图，线圈正转到平衡位置
B．图中绘出的是直流电动机的示意图，线圈受到磁场力的作用而转动
C．图中绘出的是交流发电机的示意图，此时导线切割磁感线。线圈中产生感应电流
D．图中绘出的是交流发电机的示意图，此时导线不切割磁感线，线圈中没有电流
4．下列关于电磁感应现象的说法正确的是 ( )
A．导体在磁场中运动一定会产生感应电流
B．导体中感应电流的方向，只跟导体的运动方向有关
C．导体中感应电流的方向,只跟磁感线的方向有关
D．在电磁感应现象中,机械能转化为电能
5．下列说法正确的是 ( )
A．直流电动机是根据电磁感应现象制成的
B．交流发电机线圈中产生的是直流电,向外输送的是交流电
C．交流电动机线圈中的电流是交流电，线圈外的是直流电
D．在电动机中，电能转化成机械能
6．在交流发电机中，当线圈平面转至 ( )
A．与磁感线垂直时，感应电流最大
B．与磁感线平行时,感应电流改变方向
C．与磁感线垂直时,感应电流改变方向
D．与磁感线平行时，感应电流为零
7．下图是某同学探究“什么情况下磁可以生电”的实验装置。ab是一根直铜丝，通过导线
接在量程为3A电流表的两接线柱上,电流表指针指零。当使ab迅速水平向右运动时,并
未发现电流表指针明显偏转。你认为最可能的原因是 ( )
A．感应电流太小,无法使指针明显偏转
B．铜丝太细，换用铜棒便能使指针明显偏转
C．应把ab改为向左运动
D．应把ab改为上下运动
8．如图实验装置做电磁感应实验,能观察到电流表指针发生偏转的是 ( )
A．开关S断开,导体AB竖直向下运动
B．开关S闭合,导体AB竖直向上运动
C．开关S断开,导体AB从纸里向纸外运动
D．开关S闭合,导体AB从纸外向纸里运动
9．发电机和电动机的相继问世,使电能的大规模生产和利用成为现实，人类社会进入了电气
化的时代。下图所示的四幅图,其中属于电磁感应现象实验图及其应用图的是 ( )
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
10．做如图所示的小窑验,用手快谏拨动风扇叶片。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__________,在此现象中
_________转化为电能。
11．在探究产生感应电流的实验中,某同学按照图中的四种情况让闭合电路的一段导体AB
在磁场中沿箭头所示方向运动,其中能够产生感应电流的是__________图。
12．如图是“研究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验示意图，比较甲、乙两图可以得
出感应电流方向与_______有关的结论；比较甲、丙两图可以得出感应电流方向与_________有关的结论。
13．如图所示是两用电机示意图。试回答下列问题：
(1)当S1闭合、S2断开时。表示一个什么电机 _________。能量如何转化 __________ 。
(2)当S1断开、S2闭合时，表示一个什么电机 ________。能量如何转化 __________。换向器起什么作用 __________。
14．(1)图甲和图乙是电学中很重要的两个实验，其中甲图装置是研究___________的规律；乙图装置是研究_________________的规律。
(2)图丙是法拉第发明的能够产生持续电流的机器 发电机,金属圆盘可以看成是由
无数根长度等于圆盘半径的导线组成的。金属圆盘在磁极间不断转动，每根导线都
在做切割磁感线运动,从而产生持续的电流。某校探究小组仿制了这个发电机装置
(如图丁)，对影响电流大小的因素进行如下探究：
①当圆盘转速增大时,电流表指针偏转增大，说明电流大小跟_______有关；
②保持圆盘转速不变，换用一个半径更大的金属圆盘，发现电流表指针偏转更大，说明电流大小还跟__________有关；
③保持圆盘转速不变，换用_________，发现电流表指针偏转更大,说明电流大小跟磁场
强弱有关。
参考答案：
第5节 磁生电
1．A 2．C 3．B 4．D 5．D 6．C 7．A 8．D 9．B
10．电 机械能
11．C
12．导体运动方向磁场方向
13．(1)发电机机械能转化为电能 (2)电动机 电能转化为机械能 自动改变电流方向 14．(1)通电导体在磁场中运动 电磁感应 (2) ①闭合电路中导体运动的速度 ②运动导体的有效长度 ③强磁场
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