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1、九年级物理第十二章电和磁知识精讲二一. 本周教学内容：第十二章 电和磁（二）二. 重难点：1. 理解电磁感应现象。2. 理解交流发电机的工作原理。三. 知识点分析：人们先发明了电池，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。发电机的发明，实现了电能的大规模生产，开辟了电的时代。发电机是利用电磁感应现象制成的。什么是电磁感应，它是怎样发现的呢？奥斯特发现了电流的磁场之后，人们受到了启发：既然电流能够产生磁场，那么，反过来利用磁场能不能获得电流？英国物理学家法拉第，经过十年坚持不懈的努力，终于在1831年
2、发现了这个现象。法拉第的发现进一步揭示了电和磁的联系，导致了发电机的发明，实现了机械能向电能的大规模转化。实验1：图1如图1所示，在磁场中悬挂一根导体，把它的两端跟检流表连接起来。电流能够产生磁场，把导体放在磁场中也许会产生电流，让我们试试看，保持导体不动，闭合开关，检流表的指针并不偏转，表明导体中没有电流，我们的推断落空了。可能是磁场不够强，换用强磁体试试看，保持不动，闭合开关，检流表的指针仍不偏转。实在令人失望。我们不能固守一种办法，不妨换一个办法试试看，保持电路闭合，让导体在磁场中上下运动。但还是没有电流。要像法拉第一样坚持实验。保持电路闭合，让导体在磁场中左右运动，检流表的指针这次偏转
3、了！科学家探索自然界的秘密，要付出艰辛的努力，经过反复曲折，才能打开真理之门。我们这里遇到的曲折，不过是历史上科学家进行探索的一个缩影而已。磁能生电，这种现象我们是看到了。在什么条件下才能产生这种现象呢？导体要在磁场中运动。但只是运动并不够，图1中导体上下运动时并不产生电流。原来导体左右运动时切割磁感线，所以产生电流，上下运动时不切割磁感线，所以不产生电流。如果导体斜着运动，也切割磁感线，会不会产生电流呢？事实上的确会产生电流。那么，结论是什么呢？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。实验2：在上述实验中，导体向左运动时
4、，电流表的指针向一个方向偏转，使导线运动方向反向时，即向右运动时，电流表的指针向相反的方向偏转，表示这两种情况下感应电流的方向相反，保持导体向某个方向做切割磁感线运动，把两个磁极对调，使磁感线的方向反向，感应电流也变成相反的方向。这说明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。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，外力移动导体做了功，同时产生了感应电流，这样机械能转化为电能。实验：如图2所示，把手摇发电机和演示电流表连接起来，组成闭合电路。缓慢摇转大轮，带动线圈在磁场里转动，可以看到演示电流表的指针左右摆动起来。图2发电机的电路演示电流表的指针发生偏转，表示电路中有了电流
5、。指针左右摆动，又表示什么呢？交流电图3是发电机的原理图，放在磁场里的线圈，两端各连一个铜环K和L，它们分别跟电刷A和B接触，并跟电流表组成闭合电路。让线圈在磁场中转动，由于边和边做切割磁感线的运动，线圈和外部电路中就有了电流。仔细研究图3，可以看出：在线圈转动的前半周（甲乙丙），线圈都从一个方向切割磁感线，因此外部电路中的电流方向不改变，都是由A流向B；在后半周（丙丁甲），线圈又从另一个方向切割磁感线，因此外部电路中的电流改变了方向，由B流向A。线圈继续转动，电流方向将周期地重复上述变化。这可以从电流表指针的左右摆动看出来。设想每秒钟线圈转一周，电流变化周期就是。这种周期性地改变方向的电流，
6、叫做交流电。甲：线圈开始转动时，边向左运动，边向右运动，导线不切割磁感线，电路中没有电流。乙：线圈转动的前半周中，边向下运动，边向上运动，导线切割磁感线，电路中有电流，这时外部电路中的电流由A到B。丙：线圈转到1/2周时，边向右运动，边向左运动，导线不切割磁感线，电路中没有电流。丁：线圈转动的后半周中，边向上运动，边向下运动，导线切割磁感线，电路中有电流，这时外部电路中的电流由B到A。 图3 交流电的产生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。交流电的应用很普遍。家庭电路中的电流、供生产用的动力线路中的电流，都是交流电。我国供生产和生活用的交流电，周期
7、是0.02s，频率是50Hz，即1s内有50个周期；从图3知道，交流电的方向每周期改变2次，所以频率是50Hz的交流电，电流方向1s内改变100次。交流发电机图2是手摇交流发电机的模型，实际的交流发电机，结构比较复杂，但主要由转子（转动部分）和定子（固定部分）两部分组成。大型发电机发出很高的电压和很强的电流，要采用线圈不动、磁极旋转的方式发电。这种发电机叫做旋转磁极式发电机。为了得到较强的磁场，要把线圈嵌在定子铁心槽里，还要用电磁铁代替永久磁铁做转子。大型旋转磁极式发电机，能够提供几千伏到上万伏的电压，功率可达几十万千瓦，甚至百万千瓦以上。实际发电机的转子由水轮机、汽轮机或内燃机来带动。除了交
8、流发电机，还有向外部电路供给直流电的直流发电机。直流发电机也是利用电磁感应现象制成的，只是结构上有些不同。【典型例题】例1 有关产生感应电流的条件，下列说法中正确的是（ ）A. 只要导体在磁场中运动，就产生感应电流B. 闭合电路的一部分导体在磁场中运动，就产生感应电流C. 闭合电路的一部分导体，在磁场中运动或静止都能产生感应电流D. 闭合电路中的一部分导体，做切割磁力线运动时，就产生感应电流解题思路：根据电磁感应的概念：闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动，导体中就产生感应电流，所以D选项正确，而A项未指明导体是否为闭合电路中的一部分，也未指明导体是否做切割磁感线运动；B项未指明运动
9、的是整个电路，还是闭合电路中一部分导体；C项是说静止也能产生感应电流，这显然是错误的。故答案为D。借题发挥：同学们对感应电流产生的条件往往只重视闭合电路和做切割磁感线运动，而忽视闭合电路中只是部分导体而不是闭合电路中的整个电路。例如一个圆圈导体全部在磁场中切割磁感线运动是有可能不能产生感应电流的。例2 在图1中，表示垂直于纸面的一根导体，它是闭合电路的一部分，它在磁场中如图所示的方向运动时在哪种情况下会有感应电流产生？图1解题思路：根据电磁感应的概念，我们可以判定甲、乙两种情况无感应电流产生，丙、丁两种情况下有电流产生。借题发挥：本题与例1没有什么大的区别，只是把电磁感应用图示的方法来表达，这
10、样使同学们对电磁感应更形象化。例3 图2甲表示闭合电路的一部分导体在磁场中沿箭头所示的方向运动时，导体中的感应电流的方向垂直于纸面向里。改变导体的运动方向（图乙），感应电流的方向如何？再对调两磁极的位置（图丙），感应电流方向又如何？在物理学中用表示电流方向垂直于纸面向里，表示电流方向垂直于纸面向外，试按此规定在图上画出电流的方向。图2解题思路：根据电磁感应的实验可知，导体中的感应电流的方向，跟导体运动方向和磁感线方向有关，并且实验表明：当只改变导体运动方向或只改变磁感线的方向，导体中的电流方向就发生改变，例如甲图和乙图相比，就是导体运动的方向不同且相反，所以感应电流也应该不同，并且相反，故甲图
11、中电流垂直纸面向里，乙图中电流方向应该为垂直纸面向外，即为。乙和丙图相比，也只有磁感线的方向相反，故而乙和丙图相比，感应电流的方向也应该相反。乙图为，丙图则为，垂直于纸面向里。当导体运动的方向和磁感线的方向同时都改变时，导体中的感应电流的方向则不改变，例如甲图和丙图相比较，导体运动的方向相反，磁感线的方向也相反，则感应电流的方向就应该是相同的，都为。答案参见图3。图3借题发挥：对于初中生用此方法比较简单理解，但这种方法有个缺陷，就是必须先知道一种情况下的感应电流方向（例如甲图），然后再比较说明，如果不能知道第一种情况下的电流那么就无法作下一步的判断，这里介绍另一种方法来判定，即右手定则：伸开右
12、手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心，使大拇指指向导体运动方向，则其余四指的方向，就是感应电流的方向。例4 为什么交流发电机发出的电流，方向是周期性变化的？图4解题思路：如图4中甲、乙、丙、丁图，可以说明交流电的方向为什么可以周期性地改变。甲图：当线圈开始转动时，边向左运动，边向右运动，此时导体不切割磁感线，电路中无电流。乙图：线圈转动前半周中，边向下运动，边向上运动，导线切割磁感线，电路中有电流，这时外部电路中的电流由A到B。丙图：线圈转到周时，边向右运动，边向左运动，此时导线不切割磁感线，电路中无电流。丁图：线圈转动的后半周中，边上运动，边向下运动，
13、导线、切割磁感线、电路中有电流，这时外部电路中的电流由B到A。线圈继续转动，电流的方向将周期性地重复上述变化，所以它的电流方向将周期性地变化。借题发挥：交流电应用很广，动力线路的家庭电路中电流，都是交流电。供生产和生活用的交流电，频率是，周期是0.02s。即1秒内有50个周期，每个周期电流的方向改变两次，所以频率为50赫兹的交流电，电流方向每秒钟改变100次。例5 交流发电机的组成主要有哪两部分。常见大型发电机采取什么旋转方式？解题思路：交流发电机结构比较复杂，但主要是由转子和定义两部分组成，转子是转动部分，可以是磁极，也可以是线圈，定子就是固定不动部分，可以是磁极也可以是线圈，大型发电机发出
14、很高的电压和很强的电流，要采用线圈不动，磁极旋转的方式发电，这种发电机叫旋转磁极式发电机。借题发挥：交流发电机为了产生较强的磁场，要将线圈嵌在定子铁心槽里，用电磁铁代替永久磁铁做转子。【模拟试题】一. 选择题：1. 关于感应电流产生的条件，下面说法正确的是（ ）A. 导体在磁场中运动，导体中就有感应电流B. 导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就有感应电流C. 闭合电路的一部分导体在磁场中运动，导体中就会有感应电流D. 闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动时，导体就能产生感应电流2. 如图1所示，表示垂直于纸面的导体，若A、C两图中的导线是断开电路的一部分，B、D两图中的导线是闭合电路的
15、一部分，当导线沿图中箭头方向运动时，能产生感应电流的是（ ）图1二. 填空题：1. 英国物理学家 经过10年坚持不懈的努力而发现的电磁感应现象，进一步揭示了 现象和 现象之间的联系。2. 闭合电路的一部分导体在磁场中做 的运动时，导体中就 这种现象叫 ，产生的电流叫 。3. 在电磁感应现象中 能转化 能。4. 导体中产生的 方向，导体 的运动方向及 方向三者之间的关系可以用 定则判定。5. 发电机是把 能转化为 能的机器，这是利用 现象制成的。6. 叫交流电，干电池和蓄电池供电的电路中得到的是 电。7. 我们日常生活用的照明电是 电，其周期为 秒，频率为 赫，电流方向每秒钟改变 次。 8. 图
16、2是交流发电机工作原理图，此时线圈边向 切割磁感线，其中感应电流方向由 到 ；边向 运动，其中感应电流方向由 向 。图2三. 判断题：判断下列各小题的对错。 1. 交流发电机线圈中产生的交流电，直流发电机线圈中产生的是直流电。（ ）2. 交流发电机供给外部电路的是交流电，直流发电机供给外部是直流电。（ ） 3. 发电机的定子可以是磁铁，也可以是线圈。（ ）4. 线圈旋转、磁极不动的发电机叫旋转磁极式发电机。（ ）四. 简答题：1. 看图3，判断导线中感应电流的方向。图3参考答案一. 1. D 2. D二.1. 法拉第；电；磁2. 切割磁感线；产生电流；电磁感应现象；感应电流3. 机械；电4. 感应电流；切割磁感线；磁场；右手5. 机械；电；电磁感应6. 周期性改变方向和大小的电流；直流7. 交流；0.02；50；1008. 下；上；三. 1. 2. 3. 4. 四. 如图4图4