2019_2020学年九年级物理下册17.3发电机为什么能发电考点手册新版粤教沪版.doc

17.3　发电机为什么能发电

知识点一　探究电磁感应现象
1.电磁感应现象的发现
奥斯特发现电流的磁效应之后，许多科学家都在思索：既然电流能产生磁场，那么利用磁场能不能产生电流呢？英国科学家法拉第经过长期研究，在1831年取得突破，发现了利用磁场能够产生电流的电磁感应现象。
2.探究电磁感应现象
提出问题：发电机产生电流的条件是什么？

猜想与假设：发电机的线圈只有在转动时才能发出电来，由此可以猜想：线圈在磁场中转动时产生电流，可能与线圈在磁场中的运动有关。
设计实验与制订计划：为了研究问题方便，我们可仿照电动机的研究方法将线圈简化为一根导体来研究。将一根导体的两端用细线悬挂起来，并与灵敏电流计、开关串联组成闭合电路，将导体放在U形磁铁的磁场中，如图所示。探究导体在磁场中怎样运动才能在电路中产生电流，并探究影响电流方向的因素。
进行实验与收集证据：
(1)探究怎样产生感应电流。
实验1：

实验方法：闭合开关，让导体左右运动。
现象：电流计的指针偏转。
说明：闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，导体中有电流产生。
实验2：

实验方法：闭合开关，让导体上下运动。
现象：电流计的指针不偏转。
说明：导体平行于磁感线运动，没有切割磁感线，导体中没有电流产生。
实验3：

实验方法：断开开关，让导体左右运动。
现象：电流计的指针不偏转。
说明：电路未闭合，导体中没有电流产生。
实验4：

实验方法：闭合开关，导体不动，让磁铁左右运动。
现象：电流计的指针偏转。
说明：导体不动，磁铁运动，闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动，导体中有电流产生。
探究分析：①比较实验1、2可知，导体在磁场中运动时不一定会有电流产生，只有当导体做切割磁感线运动时，才会有电流产生。当导体平行于磁感线运动时，不会有电流产生。
②比较实验1、3可知，导体做切割磁感线运动，也不一定会有电流产生，只有当电路闭合时才会有电流产生。
③分析实验1、4可知，只要导体和磁铁做相对运动时，切割磁感线，就会产生电流。
探究归纳：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。
温馨提示：产生感应电流的条件有以下三个：第一，电路是闭合的，而不是断开的，即组成电路的各元件连接成一个电流的通路。如果电路不闭合，即使一部分导体做切割磁感线运动，也不会产生感应电流。第二，要有一部分导体做切割磁感线运动，也就是说，切割磁感线的导体一定是闭合电路的一部分而不是整个电路。第三，“做切割磁感线运动”，所谓切割磁感线，类似于切菜，可以是垂直切割，也可以是斜着切割，但导体运动方向不能与磁感线平行。此运动指的是导体与磁场之间的相对运动，即磁场不动、导体运动时，导体能切割磁感线；导体不动、磁场运动时，导体也能切割磁感线。
(2)探究感应电流的方向与什么因素有关。
实验1：

实验方法：闭合开关，让导体向右运动。
现象：电流计的指针向右偏转。
实验2：

实验方法：闭合开关，让导体向左运动。
现象：电流计的指针向左偏转。
实验3：

实验方法：闭合开关，将磁体的N、S极对调，让导体向右运动。
现象：电流计的指针向左偏转。
实验4：

实验方法：闭合开关，将磁体的N、S极对调，让导体向左运动。
现象：电流计的指针向右偏转。
探究分析：①比较实验1、2可知，在磁场方向不变时，导体做切割磁感线运动的方向相反，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向有关。
②比较实验1、3或2、4可知，调换磁体的N、S极的位置，导体做切割磁感线运动的方向相同，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与磁场的方向有关。
③比较实验1、4或2、3可知，调换磁体的N、S极的位置，同时改变导体做切割磁感线运动的方向，感应电流的方向相同，说明同时改变磁场方向和导体做切割磁感线运动的方向时，感应电流的方向不变。
探究归纳：感应电流的方向跟导体做切割磁感线运动的方向和磁场方向有关。改变其中任一方向，则导体中产生的感应电流方向随之改变；若上述两个方向同时改变，则导体中产生感应电流的方向不变。
结论：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导线中就会产生电流。电流的方向与磁场方向和导体切割磁感线运动的方向有关。这就是电磁感应现象。电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。
温馨提示：(1)实验中要选用灵敏电流计，而非一般的电流表。因为产生的感应电流很小，用普通电流表指针的偏转很微小，不利于观察，且选用的灵敏电流计的指针能左右偏转，便于观察电流的方向。
(2)切割磁感线的导体，要尽量选用电阻较小的铜棒，以使感应电流较大，实验现象更明显，同时还可以避免磁场本身对棒的作用力的影响。
(3)由于一根导线产生的感应电流较小，灵敏电流计的指针偏转不明显，故可以用导线制成矩形的多匝线圈代替单根导线，且切割时运动要迅速，这样产生的感应电流会大些。
(4)探究感应电流方向与哪些因素有关时，采用了控制变量法。即控制磁场方向不变时，研究感应电流方向与导体切割磁感线运动方向的关系；控制导体切割磁感线运动方向不变时，研究感应电流方向与磁场方向的关系。
(5)由于感应电流方向我们无法观察，在实验中我们可以通过观察灵敏电流计指针偏转方向的变化来感知电流方向的变化，这种研究问题的方法叫转换法。
例1　小华在探究怎样产生感应电流的实验中，设计了如图所示的实验装置。

(1)将磁体向右插入螺线管中时，观察到灵敏电流计的指针向右偏转，由此可知：________________________________________。
(2)将磁体从螺线管中向左拔出时，会观察到灵敏电流计的指针向______ (选填“左”或“右”)偏转。
(3)通过前两步实验，可得出感应电流的方向与________方向有关。
解析：(1)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流。将磁体向右插入螺线管中时，导体(螺线管)不动，磁体运动，导体也会切割磁感线，闭合电路的这部分导体(螺线管)中会有感应电流产生。(2)感应电流的方向取决于导体运动方向和磁场方向，将磁体从螺线管中向左拔出时与将磁体向右插入螺线管中时相比较，相当于磁场方向不变，导体运动方向相反，所以产生的感应电流方向也相反，即电流计指针向左偏转。(3)在前两步实验中，闭合电路的一部分导体不动，磁体运动方向相反，产生的感应电流方向也相反，这说明感应电流的方向与磁体运动方向有关。
答案：(1)电路中产生了电流　(2)左　(3)磁体运动
3.电磁感应现象的应用
电磁感应现象广泛地应用在生产、生活以及科学研究中，如发电机、变压器等。有一类话筒(麦克风)也是应用电磁感应原理制成的，话筒的种类很多，如图所示是动圈式话筒的构造示意图。

动圈式话筒是把声音信号转换为电信号的一种装置，其工作原理是：当人对着话筒说话或唱歌时，产生的声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音的变化而变化的电流。
知识点二　发电机及其工作原理 精练版P23
1.认识发电机
(1)提出问题
如图所示是一台手摇发电机，它主要由哪几部分构成？手摇发电机产生的电流方向是否变化？发电机的转速对小灯泡的亮度有影响吗？

(2)实验与观察
把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到灯泡发光。
用不同速度摇动转轮时，发现灯泡的亮度在变化，转速大时，灯泡亮些；转速小时，灯泡暗些。
(3)讨论交流
观察手摇发电机模型，它主要由磁铁(定子)和线圈(转子)组成。
温馨提示：现代社会生产和生活都需要大量的电能，这些电能大都是由发电厂供给的。无论是利用火力、水力、风力发电，还是利用核能发电，它们都离不开发电机，发电机是将其他形式能转化为电能的装置。
2.发电机的工作原理
(1)原理：利用电磁感应现象。
(2)能的转化：将机械能转化为电能。
(3)构造：模型发电机的结构主要有转子(转动部分)和定子(固定部分)，铜环两个，电刷两个，如图所示，其中转子是线圈，定子产生磁场；实际发电机的基本部件也是磁体和线圈，它的磁体是转动的电磁铁(转子)，线圈嵌在由硅钢片制成的槽(定子)中，当转子转动时，定子中的线圈便会切割磁感线而产生感应电流，即大型发电机均为旋转磁极式发电机。

(4)发电机的工作过程
①工作过程：

图示：
切割磁感线情况：线圈AB边水平向右运动，CD边水平向左运动，AB边和CD边运动方向与磁感线平行，不切割磁感线。
产生感应电流的情况：线圈中不产生电流。
电流的输出情况：不输出电流。
②工作过程：

图示：
切割磁感线情况：线圈AB边向上运动切割磁感线，CD边向下运动切割磁感线。
产生感应电流的情况：切割磁感线方向相反，故产生感应电流方向相反。AB边产生的感应电流由A到B，CD边产生的感应电流由C到D。
电流的输出情况：AB边只和铜环2接触，CD边只和铜环1接触。故在外电路中电流由3经电流计流向4。
③工作过程：

图示：
切割磁感线情况：AB边水平向左运动，CD边水平向右运动，AB边和CD边运动方向又与磁感线平行，不切割磁感线。
产生感应电流的情况：线圈中不产生感应电流。
电流的输出情况：不输出电流。
④工作过程：

图示：
切割磁感线情况：AB边向下运动切割磁感线，CD边向上运动切割磁感线。
产生感应电流的情况：切割磁感线，产生感应电流，但电流方向与前面的相反。AB边产生的感应电流由B到A，CD边产生的感应电流由D到C。
电流的输出情况：还是AB边只和铜环2接触，CD边只和铜环1接触。故在外电路中电流由4经电流计流向3。
根据发电机的工作过程可知，在线圈中产生电流方向变化的交变电流。
(5)发电机的实质
实际发电机通常是利用水轮机、内燃机或汽轮机来驱使发电机的转子转动的，水轮机、内燃机或汽轮机又是利用水流能、内能来工作的。因此，发电机的工作过程实质上是使其他形式的能转变为电能的过程。
例2　如图是发电机模型，它是根据__________原理制成的。小风车在风的吹动下，带动线圈转动而________磁感线，产生的感应电流使电流计的指针在中央零刻度线两侧左右摆动，说明电路中产生的是________电。

解析：如题图所示是发电机模型，它是根据电磁感应原理制成的；小风车在风的吹动下，带动线圈转动而在磁场中切割磁感线，产生感应电流；电流计的指针在中央零刻度线两侧左右摆动，说明电路中的电流方向不断发生变化，所以电路中产生的是交流电。
答案：电磁感应　切割　交流

易错点　电磁感应现象中感应电流有无的判定问题
分析判定时要紧扣感应电流产生的条件来判断：(1)导体必须是闭合电路的一部分；(2)导体必须做切割磁感线运动。
例3　图中的a表示垂直于纸面的一根导线，它是闭合电路的一部分，它在磁场中按箭头方向运动时，下列哪种情况不会产生感应电流(　　)

解析：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，才会产生感应电流。A、B、C选项都符合这个条件，而D选项中的导线沿着磁感线运动，没有切割磁感线，所以不会产生感应电流。
答案：D
9