物理第5节 磁生电优秀ppt课件

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第二十章 电与磁
第5节 磁生电
在地球南北极附近的高纬度地区，人们常常可以看到一种奇异的自然现象：巨大的天幕似乎被染上了各种颜色；这些颜色还会不断变化，从紫色到黄绿色，直至橘红色，耀人眼目。这是天上的画家在挥笔作画，还是盛装的少女手持彩练在空中载歌载舞？古人对这种现象进行了种种猜测，直到近代，才有了科学的解释。科学家把这种现象叫做“极光”。极光的发生与地球的磁场有密切关系。
1. 什么情况下磁能生电.2. 发电机.3. 磁记录.
1. 通过实验，探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件.2. 了解电磁感应在生产、生活中的应用.3. 了解发电机的原理，知道发电机工作过程中的能量转化.
在1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，即电流的周围存在着磁场。既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？历史上，有许多的物理学家进行了探索。英国物理学家法拉第经10年的多次探索，于1831年终于取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。
根据这个发现，人们发明了发电机，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化的时代。
发电厂是把其他形式的能转化为电能的。
发电厂是通过什么装置发电的呢？发电的原理是什么？
一、什么情况下磁能生电
一、什么情况下磁能生电二、发电机三、磁记录四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习
【提出问题】什么情况下磁场里的导线中能够产生电流？【猜想与假设】（1）能够产生电流，导线要连成闭合电路。（2）通电导线在磁场中受力运动，那么反过来，让导线在磁场中运动，可能会产生电流。
1. 实验探究：什么情况下磁能生电
【设计实验】（1）用蹄形磁体提供磁场。（2）用电流表检验电路中是否有电流。（3）产生电流的条件可能有多个，采用控制变量法进行探究。（4）蹄形磁体、导线、电流表。
（5）在蹄形磁体的磁场中放置一根导线，导线的两端跟电流表连接，如图所示。进行如下操作，注意观察电流表指针是否发生偏转。
（1）闭合开关，让导线AB在磁场中静止
（2）让导线在磁场中沿竖直方向上下运动（与磁感线平行）
（3）让导线在磁场中沿水平方向里外运动（与AB平行）
（4）让导线在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线）
（5）让导线在磁场中斜向上运动（或斜向下）
（6）断开开关，让导线在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线）
【探究分析】如果把磁感线想象成一根根实实在在的线，把导线想象成一把刀，表达起来可能会方便些。
（1）由实验（1）、（2）、（3）可知，电路闭合，导体在磁场中不做切割磁感线运动时，电流表的指针不偏转，表明没有电流产生。（2）由实验（4）、（5）可知，电路闭合，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针偏转，表明产生了电流。（3）由实验（6）可知，电路断开，导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针不偏转，表明没有电流产生。
（1）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。（2）导体中产生感应电流的条件：①导体是闭合电路的一部分；②导体在磁场中做切割磁感线运动。
2. 注意理解产生感应电流的条件 （1）产生感应电流的两个条件缺一不可。如果电路不闭合，导体做切割磁感线运动时，能产生感应电压，不会产生感应电流。（2）对“切割磁感线运动”的理解：导体运动方向与磁感线方向垂直或有一定的角度，但不能平行。（3）磁体不动，导体AB左右运动能产生感应电流；若AB不动，磁体左右运动，仍能切割磁感线产生感应电流。
3. 电磁感应现象中的能量转化 在电磁感应现象中，消耗了机械能，得到了电能，即机械能转化为电能。
4. 实验探究：影响感应电流方向的因素
（1）闭合开关让导体向左运动，观察实验现象，发现电流表指针向右偏转。
（2）闭合开关让导体向右运动，观察实验现象，发现电流表指针向左偏转。
（3）将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体向左运动，电流表指针向左偏转。
（4）将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体向右运动，电流表指针向右偏转。
【探究分析】（1）比较实验（1）与（2）或（3）与（4）的实验可知，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（1）与（3）或（2）与（4）的实验可知，在导体做切割磁感线运动的方向相同时，调换磁体N、S极的位置，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（1）与（4）或（2）与（3）的实验可知，磁极和导体切割磁感线的方向均发生了改变，但感应电流的方向不变，说明同时使磁场方向和导体做切割磁感线运动的方向反向时，感应电流方向不变。
在电磁感应中，感应电流的方向跟导体在磁场中做切割磁感线运动的方向和磁场的方向有关。只改变磁场的方向或导体做切割磁感线运动的方向，感应电流的方向改变；若同时将磁场的方向和导体做切割磁感线运动的方向改变，则感应电流的方向不变。
视频演示——《探究感应电流的产生条件》
（1）分析①、②两次实验现象，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向垂直时，电路中就会产生感应电流。”小刚认为不准确，因为导体AB 运动时，其运动方向也与磁场方向垂直，但无感应电流；
【例题1】如图所示，小明和小刚利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体AB和若干导线等器材来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入表格：
（2）采纳小刚意见后，小明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流”，小刚认为不全面，因为导体AB 运动时，也有感应电流；（3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将 能转化为电能；如果将图中的灵敏电流计换成 ，可以探究磁场对电流的作用。
（2）根据表格现象发现，导体AB在磁体中斜向上或斜向下运动时，此时虽然不是垂直切割磁感线，但也有感应电流，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中才会产生感应电流”是不全面的。（3）闭合电路的一部分导体在磁场切割磁感线运动时，从而产生感应电流，从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将机械能转化为电能。要探究磁场对电流的作用，电流中需要有电源，所以可将图中的灵敏电流计换成电源。
发电机怎样发电？以手摇发电机为例学习发电原理。
1. 实验探究：手摇发电机的发电情况
（1）观察模型式手摇发电机的构造磁极是什么形状的？线圈是通过哪些装置和灯泡连接起来的？摇把是通过什么带动线圈转起来的？
观察结果：磁铁形状是蹄形磁铁 ；线圈是通过电刷与灯泡（或二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。（2）观察手摇发电机转速对小灯泡亮度的影响
用不同的转速摇动转轮，观察灯泡亮度的变化情况。摇动转轮的转速越大，灯泡发光越亮。
（3）检验手摇发电机电流方向的变化
①用两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联。转动摇把，观察二极管的发光情况。②实验现象与分析：二极管交替发光，说明产生的电流方向不停在改变。（4）探究结论 发电机产生的电流的大小和方向是变化的；电流的大小与发电机的转速有关。
视频欣赏——《手摇发电机工作原理 》
（1）如果导线左右往复运动，电流表指针来回摆动，电路中产生的是交变电流，简称交流。（2）交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，频率为50Hz。
（1）发电机主要构造 磁铁、线圈abcd、铜环K和L、电刷A与B等。（2）主要部分作用 ①磁铁：用来产生磁场；②线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流；③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路； ④电刷：感应电流通过电刷流出。
（3）交流发电机工作原理示意图
①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。
4. 实际发电机的构造与能量转化 （1）构造主要有磁体、线圈、铜环和电刷四个基本组成部分。概括地讲是由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。实际上大型发电机多采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机。
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水库中水流的动能转化为电能。
（2）发电机发电的过程是能量转化的过程
①水电站水力发电是利用水从高处流下推动水轮机转动，水轮机再带动发电机工作，把水的机械能转化为电能。
发电机的轴是竖直安装的，轴的下面连接着水轮机， 在强大水流的冲击下旋转.
②火电站火力发电是利用可燃物在燃烧时产生的内能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。
视频演示——《发电机原理》
【例题2】把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，我们可以通过____________这一现象来判断电路中有电流，如图甲所示，手摇发电机的工作原理是______________。把两个发光二极管极性__________地并联起来（填“相同”或“相反”），并与发电机串联，如图乙所示。转动摇把，发现两个二极管交替发光，说明电路中产生的是_________电流，简称交流。
若电路中有电流，则电流通过灯泡时会使灯泡发光，故可以通过灯泡发光来判断电路中有电流。手摇式发电机是根据闭合回路中的一部分在磁场中做切割磁感线运动来产生感应电流的，即为电磁感应现象。发光二极管有单向导电性，两个发光二极管极性相反地并联后再与发电机串联，交替发光说明电路中的电流方向时刻在发生改变，即产生的是交流电流。
1. 软磁性材料和硬磁性材料（1）磁化：铁棒和钢棒本来不能吸引钢铁，当磁体靠近它或者与它接触时，它便有了吸引钢铁的性质，也就是被磁化了。（2）软磁性材料：软铁磁化后，磁性很容易消失，称为软磁性材料。（3）硬磁性材料：而钢等物质在磁化后，磁性能够保持，称为硬磁性材料。硬磁性材料可以做成永磁体，还可以用来记录信息。
2. 录音机的原理录音时，声音先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同地磁化，于是记录了一连串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，电流经放大后使扬声器发声，这便“读”出了录音带中记录的信息。
录音机的磁带上就附有一层硬磁性材料制成的小颗粒。
3. 磁记录的应用随着技术的不断进步，磁记录与人们的关系越来越密切。录音带、录像带，电脑中的磁盘，打电话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等等，都是用磁来记录信息的（左图）。磁记录技术提高了工作效率，给生活带来了很大的方便（右图）。
4. 交流回答通过上面的学习，你能回答下面的问题吗？（1）磁带上的什么物质记录了声音、图像等信息？答：一层硬磁性材料制成的小颗粒。（2）录音机在把声信号变成磁信号的过程中，要先把声信号变成什么信号？答：强弱变化的电流。 （3）录音机怎样把磁信号变成声信号？答：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，电流经过放大后使扬声器发声，这便“读”出了录音带中记录的信息。
（4）观察磁带、磁卡，找出涂有磁性物质的部位。（5）分组收集资料：人类在使用磁带录音之前，是用什么方法记录声信号的？写出小论文，在全班交流。
【例题3】如图是动圈式话筒内部结构图，对着话筒说话时，声带振动发出声音，使膜片带动线圈做切割磁感线运动，产生的__________进入扬声器，将声音放大；话筒的工作原理是______________。线圈切割磁感线运动的过程中，将_______能转化为电能。
对着话筒说话时，声带振动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，线圈做切割磁感线运动，产生的感应电流进入扬声器，将声音放大；话筒的工作原理是电磁感应现象。线圈切割磁感线运动的过程中，消耗机械能，产生电能，将机械能转化为电能。
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。
①闭合回路.②部分导体在磁场中做切割磁感线运动.①磁场方向. ②导体切割磁感线运动的方向.
①原理：电磁感应现象. ②交变电流：电流的方向周期性变化。③基本组成：定子、转子.④能量转化：把机械能转化为电能.
1. 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，在哪种情况下会产生感应电流？
图AB中导体运动的方向与磁感线平行，导线没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，故AB无法产生感应电流；图CD中，导线做切割磁感线运动，再加上电路是闭合的，所以导线中会产生感应电流，故CD可以产生感应电流。
2. 发电机的主要结构是什么？它的电能从哪里来？又到哪里去？
发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。最后通过输电网供给民用或商用。
3. 电池产生的电流方向不变，称为直流。观察手摇发电机灯泡的发光与手电筒灯泡的发光，能看出它们有什么不同吗？
手摇发电机灯泡发的光有闪烁，因为手摇发电机发出来的是交流电且电压不稳。手电筒灯泡的光是稳定的亮度，因为它是电池（直流）供电且电压稳定。
4. 当你唱卡拉OK时，要用到话筒（麦克风）。话筒的种类很多，图是动圈式话筒构造示意图。当你对着话筒说话或唱歌时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈处在磁场中。把线圈两端的导线接入扩音机，就能通过扬声器听到你说话的声音。请用“磁生电”具体说明动圈式话筒的原理。
当人对着话筒说话时，产生的声音使膜片及与之相连的线圈一起振动，线圈在磁场中的这种运动，切割磁感线，能产生随着声音变化而变化的电流，变化的电流经放大器放大后通过扬声器的线圈，通电线圈就在磁场中来回振动，带动纸盆发出声音，即从扬声器中发出放大的声音。
5. 我国供生产和生活用的交流电，频率是多少？电流方向在每秒内变化几次？
我国供生产和生活用的交流电，频率是50Hz，即电流1s内经过50个周期，一个周期电流改变2次，50个周期电流改变100次。
6. 除了发电厂里有发电机外，还有哪些地方有发电机？尽可能多地说出来。这些发电机是靠什么带动的？把什么能量转化成了电能?
汽车、拖拉机等设备中都有发电机，它们是靠内燃机带动的，内燃机把汽油、柴油等的化学能转化成机械能，发电机把机械能转化成电能。有些自行车上有小型发电机，它利用车轮运动的机械能带动发电机发电。
1．关于如图所示的实验，下列说法正确的是（ ）A．该装置是用于探究“磁场对通电导线的作用”B．导线ab运动时将电能转化为机械能C．导线ab竖直向上运动时，灵敏电流计指针一定偏转D．导线ab水平向左运动时，灵敏电流计指针一定偏转
该装置是研究电磁感应现象，产生感应电流的过程是机械能转化为电能的过程，电流计是否发生偏转反映了是否有感应电流产生；闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中会产生感应电流。当ab棒水平左右运动时，切割磁感线，电路中有感应电流产生，灵敏电流计的指针发生偏转；当ab棒竖直上下运动时，不切割磁感线，不会产生感应电流，电流表指针不会发生偏转；故D正确，C错误。
2．图示是一种手摇发电的手电筒，内有线圈、磁铁等，当沿图中箭头方向来回摇动时，灯泡就能发光，其发电的工作原理是（　　）A．电磁感应 B．磁场对通电导体有力的作用C．电流的热效应D．电流的磁效应
手摇发电机内的线圈在切割磁感线时，线圈中有电流产生，电流经过灯泡时，灯泡就能发光，所以其发电的工作原理是电磁感应现象，故A符合题意，BCD不符合题意。
3. 下列四幅图中，应用了电磁感应原理的是（　　）
A．扬声器应用的是通电导体在磁场中受力的作用，故A不符合题意；B．该图演示了通电导体在磁场中受力的作用，故B不符合题意；C．话筒是利用闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流，故C符合题意；D．该图是电磁铁，利用了电流的磁效应，故D不符合题意。
A    B      C        D   
4．在“科技节”活动中，小明受到物理课上“电与磁”相关知识的启发，制作了如图所示的“小发明”。闭合两开关后电动机都能转动，小灯泡发光。下列说法不正确的是（　　）A．甲电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的B．对调电源正、负极，小灯泡将不发光C．甲电动机相当于电路中的用电器D．乙电动机是利用电磁感应原理工作的
A．磁场对通电导体有力的作用。甲电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的，故A正确，不符合题意；B．对调电源正、负极，小灯泡能够发光，故B错误，符合题意；C．甲电动机是消耗电能的设备，相当于电路中的用电器，故C正确，不符合题意；D．乙电动机此时相当于发电机给灯泡提供电能，是利用电磁感应原理工作的，故D正确，不符合题意。
5. 如图为电动机和发电机的模型，其中虚线框内的装置叫__________，乙图的工作原理是_____________ ，甲图要加快线圈的转速，写出一种方法：________________。
根据甲图可知，有电源，是电动机模型，故虚线框内的装置是换向器，可以改变线圈中电流的方向；乙图中无电源，线圈转动过程中切割磁感线，产生感应电流，这是发电机的原理图，发电机的工作原理是电磁感应现象。
要使甲图中的线圈转速变快，可增大电路中的电流或增强磁体的磁性。
6. 如图是“探究感应电流产生的条件”的实验装置。（1）实验中，ab棒的材料可能是____（选填“塑料”或“铝”）；（2）实验中是通过观察_______来判断电路中是否产生感应电流；（3）磁体不动，使ab竖直向上或竖直向下运动，灵敏电流计指针 ________（选填“偏转”或“不偏转”）；（4）实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，为了使指针偏转明显，可采取的措施是_________（写出一种措施）；（5）如果将图中的灵敏电流计换成_____，可以探究磁场对通电导体的作用。
灵敏电流计的指针是否偏转
（1）在探究电磁感应现象的实验中，我们必须保证处于磁场中的这部分是导体。塑料是绝缘体，铝是导体，所以我们应选择铝棒。（2）有电流通过灵敏电流计时，指针会发生偏转，所以可以通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中是否有电流。（3）将悬挂的导体放入磁体中，闭合开关，导体在磁体中竖直上下运动，没有切割磁感线，没有感应电流产生，电流计指针不会偏转。（4）电磁感应中，感应电流大小与磁场强弱、切割磁感线的速度等有关，实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，是电流过小，为了使指针偏转明显，可增加导体棒切割磁感线的速度或更换磁性更强的磁体。（5）探究磁场对通电导体的作用必须有电源通电，因此，需要在电路中添加电源，即将灵敏电流计换成电源。
7. 实验装置如图所示，探究感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向的关系。在实验中采取控制变量法。（1）控制磁场方向不变，改变________方向，观察灵敏电流计的指针偏转方向；
（2）控制导体ab的运动方向不变，改变______方向，观察灵敏电流计的指针偏转方向。 （3）实验结论： 感应电流的方向与____________________方向和______方向有关。只改变其中一个方向，感应电流的方向_____；若同时改变两个方向，感应电流的方向_______。
（1）感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向有关。实验中，探究感应电流方向与导体运动方向的关系时，应控制磁场方向不变，改变导体运动方向。（2）探究感应电流方向与磁场方向的关系时，应控制导体运动方向不变，改变磁场方向。（3）感应电流方向与磁场的方向和导体切割磁感线的运动方向有关，只改变其中一个方向，感应电流的方向会发生改变，若同时改变影响感应电流方向的两个因素，则感应电流的方向不改变。
（1）他应在M、N之间接入________ ；（2）闭合开关，让导体棒AB从图示位置上下运动时，电路中 ______（选填“有”或“没有”）感应电流产生；若导体棒AB不动，左右移动磁铁，电路中_____（选填“有”或“没有”）感应电流产生；（3）在仪器和电路连接都完好的情况下，某小组的实验现象不太明显，在不增加器材的前提下，请提出一条改进措施：_________；（4）从能量的角度分析，产生感应电流的过程就是机械能转化为电能的过程，生活中利用电磁感应原理的实例有________（列举1个）。
增大导体AB切割磁感线的速度
8. 小明学习了磁现象的知识后，深受物理学家奥斯特和法拉第科学探索精神的影响，怀着极大的兴趣利用如题图所示装置，探究电磁感应现象。