17.3 发电机为什么能发电
一、选择题
1．首先发现电磁感应现象的科学家是( )
A．奥斯特 B．法拉第
C．赫兹 D．安培
2．关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是( )
A．任何导体在磁场中运动，都能产生感应电流
B．当闭合电路中的一部分导体在磁场中运动时，一定能产生感应电流
C．当闭合电路中的一部分导体在磁场中沿磁感线运动时，就能产生感应电流
D．当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，就能产生感应电流
3．[2017·呼和浩特] 在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。例如，1825年日内瓦年轻物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时，其类似的实验装置如图17－3－8甲所示，示意图如图乙所示。为避免磁体的磁场对小磁针的作用，他把实验装置放在两个房间，在右边房间里把磁体反复插入线圈，然后科拉顿跑到左边房间里观察，结果没有看到小磁针偏转。下列说法中正确的是( )
图17－3－8
A．该实验过程中没有发生电磁感应现象
B．通电导线周围产生磁场的现象叫电磁感应现象
C．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为线圈中没有产生电流，所以看不到小磁针偏转
D．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为当他切割完磁感线再跑到另一个房间时，线圈中产生的电流已经消失，所以小磁针也停止偏转
4．在“探究感应电流产生条件”的实验中，将导体ab水平置于蹄形磁体的磁场中，如图17－3－9所示。闭合开关后，能使灵敏电流计的指针发生偏转的做法是( )
图17－3－9
A．让蹄形磁体静止，导体ab也保持静止
B．让蹄形磁体静止，导体ab在竖直方向上下运动
C．让导体ab静止，蹄形磁体在竖直方向上下运动
D．让导体ab静止，蹄形磁体沿水平方向左右运动
5．如图17－3－10所示是某小组同学探究“感应电流方向与哪些因素有关”的实验情景(图中箭头表示导体的运动方向)，下列说法中正确的是( )
图17－3－10
A．比较图甲和图乙可知，感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关
B．比较图乙和图丙可知，感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向无关
C．比较图甲和图丁可知，感应电流的方向与磁场方向无关
D．由图丙可知，感应电流的方向与导体的运动方向无关
6．如图17－3－11所示为发电机的工作原理图，下列说法中正确的是( )
图17－3－11
A．发电机的基本原理是通电导体在磁场中受力的作用
B．发电机的基本原理是电磁感应
C．线圈在转动过程中，感应电流的大小不变
D．线圈在转动过程中，感应电流的方向不变
7．关于图17－3－12甲、乙所示的实验，下列说法正确的是( )
图17－3－12
A．实验甲可以反映电动机的工作原理
B．实验乙可以反映发电机的工作原理
C．甲可以研究通电导体在磁场中的受力情况
D．实验乙中，闭合开关，同时改变磁场方向和电流方向，ab的受力方向不变
8．如图17－3－13所示是动圈式话筒的构造示意图，当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，产生随声音变化而变化的电流，经放大后通过扬声器还原成声音。下列设备与动圈式话筒工作原理相同的是( )
图17－3－13
A．电钳 B．电饭锅 C．电动机 D．发电机
二、填空题
9．如图17－3－14所示，将一根条形磁体插入线圈时，与之相连的灵敏电流计的指针会发生偏转。在这个闭合电路中，________相当于电源，这一现象中能量的转化情况是__________________。
图17－3－14
10．PQ是一轻质金属棒，用两根细导线吊着悬在蹄形磁体中间，如图17－3－15所示，当开关S打到不同的位置时，可研究不同的电磁现象，当开关S打到位置1时，可探究____________，利用该原理我们制造了________(选填“电动机”或“发电机”)；当开关S打到位置2时，可探究____________________，利用该原理我们制造了________(选填“电动机”或“发电机”)。
图17－3－15
三、实验探究题
11．2017·云南发电机是如何发电的呢？同学们用如图17－3－16所示的装置进行探究。
图17－3－16
(1)当导体ab静止悬挂起来后，闭合开关，灵敏电流计G指针不偏转，说明电路中________(选填“有”或“无”)电流产生。
(2)小芳无意间碰到导体ab，导体ab晃动起来，小明发现灵敏电流计指针发生了偏转，就说：“让导体在磁场中运动就可以产生电流”，但小芳说：“不一定，还要看导体怎样运动”。为验证猜想，他们继续探究，并把观察到的现象记录如下：
序号
磁体摆放方向
ab运动方向
电流计指针偏转情况
1
N极在上
竖直上下运动
不偏转
2
水平向左运动
向右偏转
3
水平向右运动
向左偏转
4
N极在下
竖直上下运动
不偏转
5
水平向左运动
向左偏转
6
水平向右运动
向右偏转
分析实验现象后，同学们一致认为小芳的观点是________(选填“正确”或“错误”)的，比较第2、3次实验现象发现，产生的电流方向跟__________________有关；比较第3、6次实验现象发现，产生的电流方向还跟____________有关。
(3)在整理器材时，小明未断开开关，先撤去蹄形磁体，有同学发现指针又偏转了！他们再重复刚才的操作，发现灵敏电流计的指针都偏转，请教老师后得知，不论是导体运动还是磁体运动，只要闭合电路的一部分导体在____________中做______________________运动，电路中就会产生感应电流，这就是发电机发电的原理，此原理最早由英国物理学家____________发现。
12．在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，小芳发现每次灵敏电流计指针摆动的角度不同，对此提出了“感应电流的大小与哪些因素有关”的问题。
(1)小芳猜想感应电流的大小可能与导体切割磁感线的运动速度有关，速度越大，________能越大，转化成的电能就越多。你的猜想是：可能还与______________有关。
(2)小芳为了验证自己的猜想，利用如图17－3－17所示的装置进行实验，足够大的磁体放在水平桌面上，驱动装置通过两根绝缘硬棒ab、cd使导体PQ沿直线水平向右运动(导体运动区域的磁场强弱相同)。同一次实验，应使导体做________(选填“匀速”或“变速”)运动。下表是实验测得的数据，分析数据可得出结论：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
图17－3－17
实验次数
1
2
3
4
5
6
速度/(cm·s－1)
1
2
3
4
5
6
电流/mA
2.0
4.0
5.9
8.1
10.2
11.8
(3)此实验运用的研究方法是__________(填一种)。
(4)实验时发现，无论怎样水平移动导体PQ，灵敏电流计的指针都没有明显偏转(仪器、接触都完好)，请写出一条改进措施：______________________________。
13．如图17－3－18所示，将同一根磁体静置于甲、乙、丙三位置10 s后，比较三处的感应电流，下列叙述正确的是( )
图17－3－18
A．在甲位置感应电流最大
B．在乙位置感应电流最大
C．在丙位置感应电流最大
D．在三个位置都没有感应电流
1．B
2．D
3．D [解析] 将磁体插入线圈的过程中，由于线圈切割磁感线而产生了电磁感应现象，故A错误；通电导线周围产生磁场的现象叫电流的磁效应，故B错误；将磁体插入线圈的过程中，由于线圈切割磁感线而产生了电磁感应现象从而可以在电路中产生电流；因电流周围存在磁场，故小磁针会发生转动，但当他切割完磁感线再跑到另一个房间时，线圈中产生的电流已经消失，所以小磁针也停止偏转，故C错误，D正确。
4．D [解析] 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。A选项中蹄形磁体静止，导体ab也保持静止，没有做切割磁感线运动，所以不能产生感应电流。B选项中蹄形磁体静止，导体ab在竖直方向上下运动，运动方向与磁感线方向平行，所以不会切割磁感线，不会产生感应电流。C选项中导体ab静止，蹄形磁体在竖直方向上下运动，导体相对运动方向与磁感线方向平行，所以不会切割磁感线，不会产生感应电流。D选项中导体ab静止，蹄形磁体沿水平方向左右运动，导体切割磁感线，所以能产生感应电流。故D符合题意。
5．A
6．B
7．D [解析] 甲实验中没有电源，是探究感应电流产生条件的装置图，可以反映发电机的工作原理，不能够研究通电导体在磁场中的受力情况，A、C错误。乙实验中有电源，是探究磁场对电流作用的原理图，可以反映电动机的工作原理，B错误。乙实验中通电导体在磁场中的受力方向，与磁场方向和电流方向都有关。只改变磁场方向或只改变电流方向，导体ab的受力方向都会改变；同时改变磁场方向和电流方向，导体ab的受力方向不变，D正确。
8．D [解析] 当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，此时线圈会切割磁感线，从而产生感应电流，这种现象就是电磁感应现象。所以与它工作原理相同的是发电机。
9．线圈 机械能转化为电能
[解析] 磁体插入线圈，二者之间有相对运动，线圈切割了磁体周围的磁感线，从而产生电流，此时机械能转化为电能。
10．磁场对电流的作用 电动机 电磁感应现象 发电机
11．(1)无 (2)正确 导体切割磁感线的运动方向 磁场方向 (3)磁场 切割磁感线
法拉第
[解析] (1)当导体ab静止悬挂起来后，闭合开关，此时导体没有做切割磁感线运动，灵敏电流计G指针不偏转，说明电路中无电流产生。(2)根据表格中的信息可知，当导体在磁场中运动时，电流计指针不一定偏转，说明不一定产生电流，故小芳的观点是正确的；比较第2、3次实验现象发现，磁场方向相同，导体运动的方向不同，产生电流的方向不同，即产生的电流的方向跟导体运动切割磁感线的方向有关；比较第3、6次实验现象发现，导体运动的方向相同，磁场方向不同，产生电流的方向不同，即产生的电流的方向还跟磁场方向有关。(3)电路闭合时，不论是导体运动还是磁体运动，只有导体做切割磁感线运动，导体中就有感应电流产生，这种现象是电磁感应，此原理最早是由英国物理学家法拉第发现的。
12．(1)动 磁场的强度
(2)匀速 感应电流的大小与导体切割磁感线的速度有关，其他条件相同，速度越大，感应电流越大
(3)控制变量法
(4)换用磁性更强的磁体(或将导体换成多匝线圈)
13．D [解析] 产生感应电流需要同时满足两个条件：①电路是闭合的；②导体要做切割磁感线运动。在此题中磁体放在甲、乙、丙三个位置都是静止状态，都不满足做切割磁感线运动这个条件，故都不能产生感应电流。
17．3 发电机为什么能发电
知识点 1 电磁感应
1．如图17－3－1所示，将一根导体棒ab的两端用细导线与灵敏电流计连接起来组成一个闭合电路，并用绝缘细线悬挂起来放在蹄形磁体的磁场中。
图17－3－1
(1)当导体棒ab水平左右运动时，灵敏电流计的指针会偏转，说明__________________________，我们把这种现象叫做____________，电路中产生的电流叫做____________。
(2)让导体棒ab水平向左运动时，灵敏电流计的指针向右偏转；让导体棒ab水平向右运动时，灵敏电流计的指针向左偏转，这说明感应电流的方向与______________________________有关。
(3)让导体棒ab水平向右缓慢运动时，灵敏电流计的指针向左偏转的角度较小；让导体棒ab水平向右快速运动时，灵敏电流计的指针向左偏转的角度较大，这说明感应电流的大小与____________________________有关。
(4)让导体棒ab沿竖直方向上下运动时，电路中________(选填“有”或“无”)感应电流产生。
2．如图17－3－2所示是某小组同学探究“感应电流方向与哪些因素有关”的实验情景(图中箭头表示导体的运动方向)，下列说法中正确的是( )
图17－3－2
A．比较图甲和图乙可知，感应电流的方向与导体运动方向有关
B．比较图乙和图丙可知，感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向无关
C．比较图甲和图丙可知，感应电流的方向与磁场方向无关
D．由图丙可知，感应电流的方向与导体是否运动无关
3．2017·济南 如图17－3－3所示是“探究产生感应电流的条件”的实验装置，要使灵敏电流计指针发生偏转，可以( )
图17－3－3
A．断开开关，让导体ab向上运动
B．闭合开关，让导体ab向下运动
C．断开开关，让导体ab向左运动
D．闭合开关，让导体ab向右运动
知识点 2 发电机及其工作原理
4．如图17－3－4所示是__________的基本结构示意图。
图17－3－4
(1)图中各部分的名称：A、B是________，K是________，L是________。
(2)它是利用______________原理制成的。
(3)它工作时把________能转化为________能。
5．下列装置中，与发电机工作原理相同的是( )
图17－3－5
6．如图17－3－6所示，摇动手摇发电机的手柄使线圈转动，与发电机连接的小灯泡会发光。该手摇发电机与图17－3－7中各种实验装置工作原理相同的是( )
图17－3－6
图17－3－7
7．动圈式话筒和动圈式扬声器是扩音器中的重要组成部分。如图17－3－8所示为扩音器的工作原理示意图。当对着话筒讲话时，产生的声波使膜片以及与之相连的线圈1一起振动，线圈1在磁场中运动，产生变化的电流；变化的电流经放大电路放大后通过扬声器的线圈2，通电线圈2带动锥形纸盆在磁场中振动，扬声器就发出声音。根据以上原理，下列说法正确的是( )
图17－3－8
A．话筒将声信号转化为电信号，利用了磁场对电流有力的作用
B．扬声器将电信号转化为声信号，利用了磁场对电流有力的作用
C．话筒将电信号转化为声信号，利用了电磁感应原理
D．扬声器将电信号转化为声信号，利用了电磁感应原理
8．某自行车后架上装有向车头灯供电的小发电机，小发电机的上端有一个摩擦小轮。行驶过程中，当需要小发电机向车头灯供电时，小轮压紧车轮，如图17－3－9所示，此时小轮在自行车车轮________力的作用下转动，发电机发电的原理是____________，将________能转化成________能。
图17－3－9
9．同学们做实验的装置如图17－3－10所示，闭合开关，先将导体ab水平向右移动，导体cd也随之运动起来。由此可知：实验装置左侧运用的原理是________________，实验装置右侧产生的现象在生活中的应用是__________(举一个实例)。
图17－3－10
10．2018·天津 图17－3－11中的a表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分。当它在磁场中按箭头方向运动时，能产生感应电流的是( )
图17－3－11
11．2018·遂宁KTV丰富了人们的业余文化生活，唱歌时用的麦克风(动圈式话筒)如图17－3－12所示，它的工作原理：对着话筒说话时，话筒将声音转变为随声音变化的电流，然后经扬声器(喇叭)还原为声音。麦克风的工作原理与下列装置的工作原理相同的是( )
图17－3－12
图17－3－13
详解详析
1．(1)电路中产生了电流 电磁感应 感应电流
(2)导体切割磁感线的运动方向
(3)导体切割磁感线的运动速度
(4)无
2．A [解析] 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，在研究感应电流方向与其中一个因素的关系时，应采用控制变量法。
3．D
4．发电机 (1)电刷 线圈 磁体 (2)电磁感应
(3)机械 电
5．D 6.B
7．B [解析] 对着话筒说话，声音使膜片振动，使线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，即将声信号转化为电信号，这是电磁感应现象，故A、C错误；对于扬声器，变化的电流经放大器放大后，通过扬声器的线圈，由于通电导线在磁场中受力的作用，故能使线圈在磁场中受力来回振动，带动纸盆也来回振动，扬声器就发出声音，即将电信号转化为声信号，利用了磁场对电流有力的作用，故B正确，D错误。
8．摩擦 电磁感应 机械 电
9．电磁感应现象(或电磁感应)
电动机
[解析] 导体ab、cd、开关、导轨、导线组成一个闭合电路。当导体ab水平向右移动时，会切割磁感线从而产生感应电流；而当电流流过导体cd时，磁场会对电流产生力的作用，从而使导体cd也运动起来。
10．C [解析] 异名磁极间的磁感线是一组从N极指向S极的平行线，只有C图中导线做切割磁感线运动。
11．C [解析] 由麦克风(动圈式话筒)的工作原理：对着话筒说话时，话筒将声音转变为随声音变化的电流，可以判断麦克风的工作原理与电磁感应现象相同，故C正确；图A是电磁铁，不符合题意；图B是奥斯特实验，说明电流周围存在着磁场，不符合题意；图D说明通电导体在磁场中受到力的作用，不符合题意。
