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1、九年级物理电能的产生和科学探究：怎样产生感应电流上海科技版【本讲教育信息】一. 教学内容：电能的产生和科学探究：怎样产生感应电流二. 学习目标基本要求：1. 了解常用电池的结构、性能及使用注意事项，在生活中能根据需要选择合适的电池。2. 了解目前常用的几种发电方式中能量的转化过程、开发利用的可持续发展情况。3. 了解各种电池和火力发电方式存在环境污染，提高环保意识。4. 通过实验探究，知道导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。5. 经历科学探究的交流与合作过程，养成交流与合作的意识和能力。重点内容：1. 了解常见的干电池、蓄电池、太阳电池和燃料电池的能量转化特征以及它们的主要结构；知道干电池和
2、蓄电池能够造成环境污染，不要随便拆开或乱丢弃；各种发电方式中有关能量的转化过程、影响可持续发展的因素。2. 对感应电流产生条件的探究。难点内容：科学探究产生感应电流的条件及对切割磁感线的理解。【跨越障碍与典型例题】电能是日常生活中的重要能源，它主要来自两个方面，一是电池，二是发电机。一. 电池电池是一种把其他形式的能转化为电能的装置，电池提供的是直流电。由于制作材料、工作原理和用途的不同，电池有很多种类。1. 化学电池化学电池是把化学能转化为电能的装置，是生活中最常用到的电池。化学电池的种类和型号很多。其常见的形状有圆柱体，也有长方体，还有其他形状。化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）
3、；二次电池（可充电电池）;铅酸蓄电池。2. 蓄电池其实蓄电池也属于化学电池。它在使用之前要先充电，充电时是将电能转化为化学能蓄存在电瓶内；当其向外放电时，则将化学能又转化为电能。蓄电池能供给较大的电流，电压也比较稳定。常见的蓄电池是铅酸蓄电池蓄电池的铅电极板和电解液如果乱丢弃，也会造成环境污染。3. 太阳能电池太阳在一年内可以产生出3.81023千瓦的太阳能，相当于现在整个地球上人类所使用的总能量的6105亿倍。其中约有1/22亿的太阳能辐射到地球上，相当于现在地球上所使用的总能量的3万倍。太阳能电池是人类利用太阳能的一种装置，它是利用光伏特效应将太阳光直接转变成电能的，只有当太阳光照射时才发
4、电，因此，必须有一个蓄电池来储存电力。太阳能电池可以做得比较小巧，用在计算器、玩具等上面。大量的太阳能电池联成阵列，可以建成太阳能发电站，巨大的太阳能帆板是人造卫星上的主要电源之一。太阳能取之不尽，没有污染，因此太阳能电池是廉价而又干净的电源，它的不足之处是受到天气的限制。4. 燃料电池燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的“发电机”。电池工作时需要连续地供给活物质（起反应的物质）燃料和氧化剂，这又和其它普通化学电池不大一样。由于其具有发电效率高，适应多种燃料和环境特性好等优点，近
5、年来已在积极地进行开发。例1. 对电动车的蓄电池充电时，_能转化为_能；电动车的蓄电池对外放电时，_能转化为_能。电动车在走动的过程中，_能转化为_能。答案：电，化学，化学，电，电，机械。二. 发电机电池提供的电能是有限的，更充足、更强大的电能要通过发电机获取。发电机也是一种把其他形式的能转化成电能的装置。目前常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电。1. 火力发电利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置（包括电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置）转换成电能的一种发电方式。煤、石油等燃料在锅炉内燃烧后，把燃料的化学能转化为内能并传递给锅炉内的水，高温高压
6、的水和水蒸气在通过蒸气轮机时，将内能转化为汽轮机叶轮的机械能。汽轮机的叶轮和发电机的转子是连在一起的，发电机的转子获得机械能后将机械能转化为电能。火力发电系统主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。2. 水力发电水力发电是利用河川、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含之势能转换成水轮机的动能，再将水轮机为原动机，推动发电机产生电能。因水力发电厂所发出的电力其电压低，要
7、输送到远距离的用户，必须将电压经过变压器提高后，再由架空输电路输送到用户集中区的变电所，再次降低为适合于家庭用户、工厂之用电设备的电压，并由配电线输电到各工厂及家庭用户。水力发电依其开发功能及运转形式可分为惯常水力发电与抽蓄（蓄能）水力发电两种。由于天然水流有明显的季节性，大量电能又是无法贮存的，因此开发河川水电一般都必须先把河川水流的能量蓄集起来，然后再根据用电需要对其进行时间上的再分配。另外，也只有把河川水流的能量蓄集起来，才便于完成水能到电能的集中转换。利用蓄水水库造成的河段落差，通过压力水管向水轮发电机组供水，水轮机接收水流的能量并将其转变成自身旋转的机械能，然后再带动发电机旋转，完成
8、力学能到电能的转换。蓄能水力发电是在晚间用电低峰时，用所剩余的电力将下池的水抽到上池储存起来，然后，在白天用电高峰时，把上池所储存高水位的水放出，带动发电机发电.3. 核能发电核能指原子核能，又称原子能，是原子结构发生变化时放出的能量。目前，从实用来讲，核能指的是一些重金属元素铀、钚的原子核发生分裂反应（又称裂变）或者轻元素氘、氚的原子核发生聚合反应（又称聚变）时，所放出的巨大能量，前者称为裂变能，后者称为聚变能。通常所说的核能是指受控核裂变链式反应产生的能量。例2. 葛洲坝水电站发电机组的总功率是271.5kW， 这个电站一年(按365天计算)可发电多少度？答案：W=Pt=271.5kW x
9、 (24x365)h=2378340kWh三. 研究电磁感应现象。（1）通过实验研究电磁感应现象实验目的：探索磁能否生电，怎样使磁生电。根据实验目的，本实验应选择哪些实验器材？根据研究的对象，需要有磁体和导线；检验电路中是否有电流需要有电流表；控制电路必须有开关。怎样设计实验？如何操作呢？我们先做如下设想：电能生磁，反过来，我们可以把导体放在磁场里观察是否产生电流。那么导体应怎样放在磁场中呢？是平放？竖放？斜放？导体在磁场中是静止？还是运动？怎样运动？磁场的强弱对实验有没有影响？所以我们设计了如图所示的探究电路：在马蹄形磁铁的两个磁极之间悬挂一根导体ab，再把导体两端跟电流表连接起来。下面我们
10、依次对这几种情况逐一进行实验，探索在什么条件下导体在磁场中产生电流。操作与记录的表格如图所示。上述实验说明磁能生电。当闭合电路的一部分导体在磁场中左右或斜着运动时的条件下才产生磁生电的现象。通过仔细分析，我们发现：左右、斜着运动时切割磁感线。上下运动或静止时不切割磁感线，所以不产生感应电流。实验表明：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流。这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。电磁感应现象是英国的物理学家法拉第发现的。他经过十年坚持不懈的努力，才发现了这一现象。这种热爱科学、坚持探索真理的可贵精神，值得我们学习。这一现象的发现进一步揭示了电和磁之间的联系，导致
11、了发电机的发明，开辟了电的时代，所以电磁感应现象的发现具有划时代的意义。（2）研究感应电流的方向我们知道，电流是有方向的，那么感应电流的方向是怎样的呢？它的方向与哪些因素有关呢？我们可以做下面的实验。保持上述实验装置不变，反复改变磁场方向或改变导体在磁场中的运动方向，通过电流表指针的偏转方向，我们发现：磁场方向、导体运动方向变化时，指针偏转的方向也发生变化，即电流的方向也随着变化。通过这一现象我们可以得出：导体中感应电流的方向跟导体运动方向和磁感线方向有关。（3）研究电磁感应现象中能的转化在电磁感应现象中，导体做切割磁感线运动，是外力做了功，它消耗机械能，得到了电能。所以在电磁感应现象中实现了
12、机械能向电能的转化。（4）理解电磁感应现象的注意事项第一，要注意电路必须是“闭合”的，若不闭合，即使导体在磁场里做切割磁感线运动，也不产生感应电流，只会在导体两端产生感应电压。第二，要注意在磁场中的导体是电路的“一部分”，而不是电路的全部。若电路全都在磁场中，则情况比较复杂。如矩形线圈在磁场中转动时产生感应电流；若让该线圈在磁场中上下移动或水平移动，则线圈中不会产生感应电流。其中的道理已超出初中物理的范围，高中时再去分析。第三，要注意“切割磁感线”运动。如果闭合电路的一部分导体在磁场中沿平行于磁感线的方向运动，则不产生感应电流。例3. 如图所示，可以使电流表指针发生偏转的情况是（ ） A. 开
13、关S断开，导线ab竖直向下运动 B. 开关S闭合，导线ab竖直向上运动 C. 开关S断开，导线ab从纸里向纸外运动 D. 开关S闭合，导线ab从纸外向纸里运动分析：为使电流表指针发生偏转，电路中应有感应电流产生，这就需同时满足两个条件：一是电路要闭合；二是一部分导体做切割磁感线运动。对照图中装置可知，A、B、C都错。答：D例4. 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。分析：甲、乙、丙三幅图中有不同之处：甲、乙两图中导体切割磁感线的方向相反，电表指针摆动方向也不同，说明感应电流的方向
14、与导体切割磁感线的运动方向有关；甲、丙两图中磁极放置的方位不同，导体切割磁感线的方向相同，指针摆动方向相反说明感应电流的方向还与磁场方向有关。答：应填“导体切割磁感线的运动方向”和“磁感线方向”。说明：对如图甲所示装置，若对调两磁极的位置的同时改变导体的运动方向（与原来相反），请读者思考一下电流表的指针将怎样偏转？【模拟试题】（答题时间：20分钟）一. 填充题 1. 要获得电能，可采用各种途径，如利用干电池、蓄电池能把_能转变成电能；硅光电池能把_能转变成电能；热电偶能把_能转变成电能，线圈在磁铁的磁极附近运动，能把_能转变成电能。 2. _是人类第一次获得的有实用价值的能提供持续电流的电源。
15、 3. 丹麦物理学家_首先发现了电流能产生磁场，而英国物理学家_则发现了磁场能产生电流。 *4. 闭合电路中的一部分导体在_中做_的运动时，导体中产生_电流，这种现象叫做_现象，在这一过程中，_能转化为_能。 5. 感应电流的方向与_方向有关，还与_的方向有关。二. 选择题1. 下列说法中正确的是（ ）A. 导线在磁场中运动就能产生感应电流B. 闭合电路的一部分导体在磁场中运动就一定能产生感应电流C. 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感应线的运动，一定能产生感应电流D. 闭合线圈在磁场中做切割磁感应线的运动，一定能产生感应电流 *2. 图中，闭合线圈的一部分导线在磁场中运动，能产生感应电流的是（ ）A. （a）图和（b）图 B. （a）图和（c）图 C. （a）图和（d）图 D. （c）图和（d）图3. 下列现象中属于电磁感应现象的是（ ） A. 电流周围产生磁场的现象 B. 导体在磁场中运动的现象 C. 磁场对电流产生力的作用 D. 闭合导体中产生感应电流的现象【试题答案】一、填空题：1. 化学，太阳，内，机械 2. 伏特电池 3. 奥斯特，法拉第 4. 磁场，切割磁感应线，感应，电磁感应，机械，电 5. 导体切割磁感应线的运动，磁感应线二、选择题1. C2. B3. D