浙教版科学八年级下第4章第五节磁生电（共2课时）

第5节 磁生电（2课时）
教学目标 ：1知道电磁感应现象及产生感应电流的条件。2、说出电磁感应现象中能量转化。3、通过控制变量法研究影响感应电流大小的因素。4、知道感应电流方向与什么因素有关。5、知道交流发电机的工作原理。6、知道交流电和直流电的区别，知道大型交流电动机的组成，知道我国交流电的周期和频率。
重点：电磁感应现象及产生感应电流的条件
难点：电磁感应，直流电动机和交流电动机的工作原理
情感、态度、价值观：从电与磁的科学发展史，体会科学的发展。
教具准备：课件 电磁感应实验用具
教学过程：
引入：先回顾奥斯特实验的现象和结论，说明电能生磁。
设问：既然用电流能获得磁场，那么能否用磁场获得电流呢？许多科学家都在探索这个问题。英国的物理学家法拉第经过10年的研究，在1831年发现了磁产生电的条件和规律，实现了他利用磁场获得电流的愿望。法拉第的这个重要发现，导致了电能的大规模生产和利用，开辟了电气化时代的新纪元。
*先是奥斯特发生了电生磁，然后再是法拉第发现磁生电。//第一位发现电和磁有联系的科学家是奥斯特。
一、磁生电－－电磁感应
【实验】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。然后让导体在磁场中运动。①回顾产生持续电流的条件，一是需要电源，二是电路要闭合。怎样知道电路中有电流呢？－－显然需要一个电流表。因为获得的感应电流较小，所以采用测量微小电流的灵敏电流计较好。
*观察什么现象来判断电路中是否有电流通过？答：电路中的电流表是否发生偏转。
②怎样才能从磁场中获得电流呢？引导学生设计实验方案，教师演示并填表：
操作方法 现象（观察电流表） 说明
将电路的一部分导体垂直磁感线放在磁场中
导体不动 指针不偏转 无电流产生
导体沿磁感线方向（平行于磁场方向）运动 指针不偏转 无电流产生
导体逆磁感线方向运动 指针不偏转 无电流产生
导体垂直磁感线方向向右运动 指针偏转，方向相反 有电流产生
导体垂直磁感线方向向左运动 指针偏转，方向相反 有电流产生
【板书】1、电磁感应－－闭合电路（闭合开关）的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应现象。产生的电流叫感应电流。这个现象是英国物理学家法拉第经过十年坚持不懈的努力，于1831年发现的。利用这一现象可以制成发电机，实现机械能转化为电能。
③若电路不闭合，重复上述实验，有什么现象？－－电路中没有感应电流。2、电路不闭合，当导体做切割磁感线运动时，没有感应电流，但是导体中却有感应电压。
3、产生感应电流的条件：ⅰ电路要闭合。ⅱ导体在磁场中作切割磁感线运动；电路闭合且一部分导体作切割磁感线运动。
*思考：若在实验中，导体不动，磁体运动，电路闭合，是否会产生感应电流？
答：会产生感应电流。虽然导体静止，磁体运动。但我们若以磁体为参照物，即假定磁体不动，则导体相对磁体就是运动的。
4、讨论感应电流的方向与导体切割磁感线方向之间的关系
问：在实验中，有没有发现灵敏电流表的指针左右偏转，这说明了什么？
－－说明电流的方向发生了改变。
那么，感应电流的方向与什么因素有关呢？学生猜测后，演示：
闭合电路的一部分导体在磁场中 磁极位置 电流表指针偏转方向
向右切割磁感线 N上S下 向左偏转
向左切割磁感线 N上S下 向右偏转
向右切割磁感线 N下S上 向右偏转
向左切割磁感线 N下S上 向左偏转
感应电流的方向与导体切割磁感线的方向（导体运动方向）、磁场的方向（磁感线方向）有关。用右手定则可以形象地表示三者的关系：伸开右手，使大拇指跟四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动的方向，那么，其余伸开的四指所指的方向就是感应电流的方向。（注意：在“三个方向中只要知道其中任意两个方向就可以确定另一个方向。）
*注意：分别画出甲乙丙三个图。甲磁体上北下南，导体向右运动。乙磁体上北下南，导体向左运动；丙磁体上南下北。导体向右运动。分别比较感应电流的方向。比较甲乙两图可知，感应电流的方向与导体运动方向有关（导体切割磁感线方向）。比较甲丙两图，可得出感应电流方向与磁场方向有关。
5、电磁感应现象中能量变化：用机械力移动导体，消耗了机械能，却在闭合电路中产生了电能。即机械能转化为电能。
【探究】感应电流的大小与哪些因素有关
猜测：①导线切割的速度大小（快慢）；②导线切割的速度方向；③永磁铁的强度；④切割导线的长度。⑤导体切割磁感线的有效长度（保持长度不变，改变导线与磁感线的夹角）；⑥切割导线的条数（增加线圈匝数）等等。
实验设计和验证：控制变量法。
实验结论：感应电流的大小与磁场强弱、导线切割磁感线的速度大小，以及导线做切割磁感线运动的有效长度有关。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。即磁场越强，导线的有效长度越长，切割磁感线的速度越大，感应电流就越大。
*如果因感应电流太小，而使电流表指针没有明显偏转，使指针偏转明显的改进措施有：①换用磁性更强的磁铁；②将一根铜导线换为多根铜导线。
△电磁感应现象例子：海水是导电的，当海水在地球的磁场中流动的时候，就会产生电流，于是鱼儿利用这个电流信号，敏感地校正自己的航行方向。/如何切割地磁场。两人东西站立，甩动绳子切割磁感线，既有向下切割磁感线，又有向上切割磁感线，如果绳子是导线且闭合，就会产生感应电流。//卫星悬绳发电。悬绳与地磁场垂直，卫星拉着做切割磁感线运动，在悬绳上产生了大约3安培的感应电流，这些电能是由运动悬绳具有的机械能转化而来。这个过程利用了电磁感应现象。
*环保型手电筒不用化学电池作为电源。使用时只要将它来回摇晃，就能发光，并且来回摇晃得越快，手电筒发光越亮，这种手电筒产生的电能是根据电磁感应原理获得的，其能量转化是机械能转化成电能。//
☆动圈式话筒：对着话筒说话时，膜片振动，声音与膜片相连的线圈跟着振动，线圈在磁场中的这种振动能产生随声音变化而变化的电流，这是电磁感应现象。经放大后，通过扬声器还原成声音。
*录音机的磁带上涂有一层磁粉。录音时，声音先转变成强弱变化的电流。这一电流通过录音磁头，产生强弱变化的磁场（利用电流的磁效应）。磁带通过磁头时，磁带上的小颗粒磁粉被强弱不同的磁化。于是记录了有关磁性变化的信息。放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱变化的磁带使放音磁头中产生变化的感应电流（这是电磁感应现象）。这种电流经放大后使扬声器发声，读出录音磁带上记录的信息。
二、交流发电机的工作原理：
1、什么叫电磁感应？－－强调“闭合”、“切割”
#发电机的构造也包括定子和转子两个部分。定子指磁体，转子指线圈。
2、感应电流的方向跟哪些因素有关？－－强调“导体切割磁感线的运动方向改变，或者磁感线方向改变时，感应电流方向就改变。”
3、提问：闭合电路的一部分导体沿图1 中箭头方向运动时，哪些情况可以产生感应电流？－乙、丙、丁
1.演示手摇发电机的发电过程，电流表的指针左右摆动，小灯泡发光。－－说明发电机产生电流的方向是不断变化的。
*设问那么电流是怎样产生的呢？1、矩形线圈、圆环、电刷、电流表组成了闭合电路。当线圈在磁场中转动时，切割磁感线，线圈中产生感应电流。2、分析线圈运动到几个特殊位置时产生感应电流的情况：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，线圈上无感应电流。
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。（注意两次的切割方向，及电流方向的改变）
3.线圈在磁场转动一周，感应电流方向改变两次；线圈不断转动，则感应电流方向不断作周期性变化。这种周期性改变方向的电流就是交流电。
☆思考：发电机中电流方向开始改变的位置是：线圈所在平面与磁场方向垂直。
#发电机的线圈平面与磁场方向垂直时，感应电流为零。（此时线圈没有切割磁感线）；当线圈平面与磁场方向平行时，垂直切割磁感线，感应电流为最大。
#电动机电路外部电路是直流电。线圈内是交流电。
#直流电动机中换向器的作用是当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
*直流发电机中换向器的作用是把线圈中的交流电变成线圈外的直流电（换向器不是改变线圈中的电流方向，而是改变供给外部电路的电流方向）。
*
#交流电跟我们从电池得到的电流有所不同，从电池得到的电流的方向不变，通常叫做直流电。
*我国交流电的周期是0.02秒，频率等于1秒除以周期，所以频率为50赫兹，即发电机线圈转一周用0.02秒，即1秒内线圈转50周，每秒出现50个周期，一个周期感应电流方向改变2次，1秒内电流方向改变100次。转子1秒内转动50周，则每分钟转动3000周，每分钟电流方向改变1000次。
*例：若磁铁每分钟转动300周，则周期为0.2秒，频率为5赫兹。一秒钟内电流方向改变10次。
☆实际使用的大型发电机一般采用线圈不动、磁极旋转的方式的原因。一般定子是线圈，而转子是指磁体。①质量巨大的线圈不动，能大大地减少发电机本身消耗的能量②永磁体用电流磁场（电磁铁）代替，可以增强磁性。~为了得到较强的磁场，还要用电磁铁代替永磁体。
小结：1、发电机的原理：电磁感应现象
2、发电机的模型结构：包括磁体、线圈、铜环、电刷等。（电动机的结构是磁体、线圈、换向器、电刷等）
实际大型交流发电机主要由转子（磁体，电磁铁）和定子（线圈）组成。一般采用线圈不动，磁极旋转的方式。实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的化学能或者是水库中水流的动能转化为电能。
*这种发电机由于产生的电流是交流电，所以称为交流发电机。
3.能的转化：发电机是把机械能转化为电能的装置。
#交流发电机：*构造：定子、转子（构成内部电路）；两个电刷、两个圆环、导线、开关、电源等构成了外部电路。*发电时，线圈内是交流电，对外供应（外部电路）也是交流电；
#直流发电机：*构造：定子、转子（构成内部电路）；两个电刷、两个换向器、导线、开关、电源等构成了外部电路。*发电时，线圈内是交流电，对外部供电也是交流电。（分别画出两个图进行对比。）
*为什么直流发电机输出来的是直流电？答：线圈内是交流电。当线圈内方向周期性改变交流电经过换向器输出来时，因为换向器有自动改变线圈中电流方向的作用，就把线圈内的交流电变为直流电输出来。
#讨论：发电机和电动机的结构本质上是一样的。因此电动机也可以做发电机。例画一个小灯泡和小电动机相连的电路，在小电动机转轴上绕线，然后用力拉线，使电动机转动，在电动机转动过程中，小灯泡发光，该现象可说明①磁产生了电，使小灯泡发光；②电动机变成了发电机，成为电源。③线圈转动速度越快，灯泡越亮。
三、交流电和直流电
1直流电：方向不变的电流叫直流电。放电：电能转化为其他形式的能。给蓄电池充电：电能转化为化学能。直流电源有干电池、蓄电池等。如电动剃须刀、电动玩具等
2.交流电：方向做周期性改变的电流叫交流电。日常使用的电或电网输送的电都是交流电。交流电是电磁感应现象产生的感应电流。发电机产生的电、发电厂输送的电、家庭电路等。如通过普通照明电灯的电流就是交流电。
#我国工农业生产和生活 用的是交流电，周期是0.02秒，频率是50赫兹，即每秒（1秒）出现50个周期，方向改变100次。
*例题：如果磁铁每分钟转300周，则线圈中交流电的频率是5赫兹，周期是0.2秒，每秒钟内电流方向改变10次。