九年級物理第十二章 電和磁（二）人教四年制【同步教育信息】一. 本周教學(xué)內(nèi)容：第十二章 電和磁（二）二. 重難點(diǎn)：1. 理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2. 理解交流發(fā)電機(jī)的工作原理。三. 知識點(diǎn)分析：人們先發(fā)明了電池，由電池提供電能。后來又發(fā)明了發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)提供電能?，F(xiàn)在我們所用的電能，從生活用電到交通運(yùn)輸、工廠企業(yè)用電，主要來自發(fā)電站里的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了電能的大規(guī)模生產(chǎn)，開辟了電的時代。發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的。什么是電磁感應(yīng)，它是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢？奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁場之后，人們受到了啟發(fā)：既然電流能夠產(chǎn)生磁場，那么，反過來利用磁場能不能獲得電流？英國物理學(xué)家法拉第，經(jīng)過十年堅持不懈的努力，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象。法拉第的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步揭示了電和磁的聯(lián)系，導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)的發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能向電能的大規(guī)模轉(zhuǎn)化。實(shí)驗1：圖1如圖1所示，在磁場中懸掛一根導(dǎo)體，把它的兩端跟檢流表連接起來。電流能夠產(chǎn)生磁場，把導(dǎo)體放在磁場中也許會產(chǎn)生電流，讓我們試試看，保持導(dǎo)體不動，閉合開關(guān)，檢流表的指針并不偏轉(zhuǎn)，表明導(dǎo)體中沒有電流，我們的推斷落空了。可能是磁場不夠強(qiáng)，換用強(qiáng)磁體試試看，保持不動，閉合開關(guān)，檢流表的指針仍不偏轉(zhuǎn)。實(shí)在令人失望。我們不能固守一種辦法，不妨換一個辦法試試看，保持電路閉合，讓導(dǎo)體在磁場中上下運(yùn)動。但還是沒有電流。要像法拉第一樣堅持實(shí)驗。保持電路閉合，讓導(dǎo)體在磁場中左右運(yùn)動，檢流表的指針這次偏轉(zhuǎn)了！科學(xué)家探索自然界的秘密，要付出艱辛的努力，經(jīng)過反復(fù)曲折，才能打開真理之門。我們這里遇到的曲折，不過是歷史上科學(xué)家進(jìn)行探索的一個縮影而已。磁能生電，這種現(xiàn)象我們是看到了。在什么條件下才能產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？導(dǎo)體要在磁場中運(yùn)動。但只是運(yùn)動并不夠，圖1中導(dǎo)體上下運(yùn)動時并不產(chǎn)生電流。原來導(dǎo)體左右運(yùn)動時切割磁感線，所以產(chǎn)生電流，上下運(yùn)動時不切割磁感線，所以不產(chǎn)生電流。如果導(dǎo)體斜著運(yùn)動，也切割磁感線，會不會產(chǎn)生電流呢？事實(shí)上的確會產(chǎn)生電流。那么，結(jié)論是什么呢？閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時，導(dǎo)體中就產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。實(shí)驗2：在上述實(shí)驗中，導(dǎo)體向左運(yùn)動時，電流表的指針向一個方向偏轉(zhuǎn)，使導(dǎo)線運(yùn)動方向反向時，即向右運(yùn)動時，電流表的指針向相反的方向偏轉(zhuǎn)，表示這兩種情況下感應(yīng)電流的方向相反，保持導(dǎo)體向某個方向做切割磁感線運(yùn)動，把兩個磁極對調(diào)，使磁感線的方向反向，感應(yīng)電流也變成相反的方向。這說明導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向，跟導(dǎo)體運(yùn)動方向和磁感線方向有關(guān)。閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時，外力移動導(dǎo)體做了功，同時產(chǎn)生了感應(yīng)電流，這樣機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。實(shí)驗：如圖2所示，把手搖發(fā)電機(jī)和演示電流表連接起來，組成閉合電路。緩慢搖轉(zhuǎn)大輪，帶動線圈在磁場里轉(zhuǎn)動，可以看到演示電流表的指針左右擺動起來。圖2發(fā)電機(jī)的電路演示電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表示電路中有了電流。指針左右擺動，又表示什么呢？交流電圖3是發(fā)電機(jī)的原理圖，放在磁場里的線圈，兩端各連一個銅環(huán)K和L，它們分別跟電刷A和B接觸，并跟電流表組成閉合電路。讓線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，由于邊和邊做切割磁感線的運(yùn)動，線圈和外部電路中就有了電流。仔細(xì)研究圖3，可以看出：在線圈轉(zhuǎn)動的前半周（甲乙丙），線圈都從一個方向切割磁感線，因此外部電路中的電流方向不改變，都是由A流向B；在后半周（丙丁甲），線圈又從另一個方向切割磁感線，因此外部電路中的電流改變了方向，由B流向A。線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動，電流方向?qū)⒅芷诘刂貜?fù)上述變化。這可以從電流表指針的左右擺動看出來。設(shè)想每秒鐘線圈轉(zhuǎn)一周，電流變化周期就是。這種周期性地改變方向的電流，叫做交流電。甲：線圈開始轉(zhuǎn)動時，邊向左運(yùn)動，邊向右運(yùn)動，導(dǎo)線不切割磁感線，電路中沒有電流。乙：線圈轉(zhuǎn)動的前半周中，邊向下運(yùn)動，邊向上運(yùn)動，導(dǎo)線切割磁感線，電路中有電流，這時外部電路中的電流由A到B。丙：線圈轉(zhuǎn)到1/2周時，邊向右運(yùn)動，邊向左運(yùn)動，導(dǎo)線不切割磁感線，電路中沒有電流。?。壕€圈轉(zhuǎn)動的后半周中，邊向上運(yùn)動，邊向下運(yùn)動，導(dǎo)線切割磁感線，電路中有電流，這時外部電路中的電流由B到A。圖3 交流電的產(chǎn)生交流電跟我們從電池得到的電流有所不同。從電池得到的電流的方向不變，通常叫做直流電。交流電的應(yīng)用很普遍。家庭電路中的電流、供生產(chǎn)用的動力線路中的電流，都是交流電。我國供生產(chǎn)和生活用的交流電，周期是0.02s，頻率是50Hz，即1s內(nèi)有50個周期；從圖3知道，交流電的方向每周期改變2次，所以頻率是50Hz的交流電，電流方向1s內(nèi)改變100次。交流發(fā)電機(jī)圖2是手搖交流發(fā)電機(jī)的模型，實(shí)際的交流發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但主要由轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分）和定子（固定部分）兩部分組成。大型發(fā)電機(jī)發(fā)出很高的電壓和很強(qiáng)的電流，要采用線圈不動、磁極旋轉(zhuǎn)的方式發(fā)電。這種發(fā)電機(jī)叫做旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。為了得到較強(qiáng)的磁場，要把線圈嵌在定子鐵心槽里，還要用電磁鐵代替永久磁鐵做轉(zhuǎn)子。大型旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，能夠提供幾千伏到上萬伏的電壓，功率可達(dá)幾十萬千瓦，甚至百萬千瓦以上。實(shí)際發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由水輪機(jī)、汽輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)來帶動。除了交流發(fā)電機(jī)，還有向外部電路供給直流電的直流發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)也是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的，只是結(jié)構(gòu)上有些不同。【典型例題】例1 有關(guān)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，下列說法中正確的是（ ）A. 只要導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，就產(chǎn)生感應(yīng)電流B. 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，就產(chǎn)生感應(yīng)電流C. 閉合電路的一部分導(dǎo)體，在磁場中運(yùn)動或靜止都能產(chǎn)生感應(yīng)電流D. 閉合電路中的一部分導(dǎo)體，做切割磁力線運(yùn)動時，就產(chǎn)生感應(yīng)電流解題思路：根據(jù)電磁感應(yīng)的概念：閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運(yùn)動，導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以D選項正確，而A項未指明導(dǎo)體是否為閉合電路中的一部分，也未指明導(dǎo)體是否做切割磁感線運(yùn)動；B項未指明運(yùn)動的是整個電路，還是閉合電路中一部分導(dǎo)體；C項是說靜止也能產(chǎn)生感應(yīng)電流，這顯然是錯誤的。故答案為D。借題發(fā)揮：同學(xué)們對感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件往往只重視閉合電路和做切割磁感線運(yùn)動，而忽視閉合電路中只是部分導(dǎo)體而不是閉合電路中的整個電路。例如一個圓圈導(dǎo)體全部在磁場中切割磁感線運(yùn)動是有可能不能產(chǎn)生感應(yīng)電流的。例2 在圖1中，表示垂直于紙面的一根導(dǎo)體，它是閉合電路的一部分，它在磁場中如圖所示的方向運(yùn)動時在哪種情況下會有感應(yīng)電流產(chǎn)生？圖1解題思路：根據(jù)電磁感應(yīng)的概念，我們可以判定甲、乙兩種情況無感應(yīng)電流產(chǎn)生，丙、丁兩種情況下有電流產(chǎn)生。借題發(fā)揮：本題與例1沒有什么大的區(qū)別，只是把電磁感應(yīng)用圖示的方法來表達(dá)，這樣使同學(xué)們對電磁感應(yīng)更形象化。例3 圖2甲表示閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中沿箭頭所示的方向運(yùn)動時，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流的方向垂直于紙面向里。改變導(dǎo)體的運(yùn)動方向（圖乙），感應(yīng)電流的方向如何？再對調(diào)兩磁極的位置（圖丙），感應(yīng)電流方向又如何？在物理學(xué)中用表示電流方向垂直于紙面向里，表示電流方向垂直于紙面向外，試按此規(guī)定在圖上畫出電流的方向。圖2解題思路：根據(jù)電磁感應(yīng)的實(shí)驗可知，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流的方向，跟導(dǎo)體運(yùn)動方向和磁感線方向有關(guān)，并且實(shí)驗表明：當(dāng)只改變導(dǎo)體運(yùn)動方向或只改變磁感線的方向，導(dǎo)體中的電流方向就發(fā)生改變，例如甲圖和乙圖相比，就是導(dǎo)體運(yùn)動的方向不同且相反，所以感應(yīng)電流也應(yīng)該不同，并且相反，故甲圖中電流垂直紙面向里，乙圖中電流方向應(yīng)該為垂直紙面向外，即為。乙和丙圖相比，也只有磁感線的方向相反，故而乙和丙圖相比，感應(yīng)電流的方向也應(yīng)該相反。乙圖為，丙圖則為，垂直于紙面向里。當(dāng)導(dǎo)體運(yùn)動的方向和磁感線的方向同時都改變時，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流的方向則不改變，例如甲圖和丙圖相比較，導(dǎo)體運(yùn)動的方向相反，磁感線的方向也相反，則感應(yīng)電流的方向就應(yīng)該是相同的，都為。答案參見圖3。圖3借題發(fā)揮：對于初中生用此方法比較簡單理解，但這種方法有個缺陷，就是必須先知道一種情況下的感應(yīng)電流方向（例如甲圖），然后再比較說明，如果不能知道第一種情況下的電流那么就無法作下一步的判斷，這里介紹另一種方法來判定，即右手定則：伸開右手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過掌心，使大拇指指向?qū)w運(yùn)動方向，則其余四指的方向，就是感應(yīng)電流的方向。例4 為什么交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流，方向是周期性變化的？圖4解題思路：如圖4中甲、乙、丙、丁圖，可以說明交流電的方向為什么可以周期性地改變。甲圖：當(dāng)線圈開始轉(zhuǎn)動時，邊向左運(yùn)動，邊向右運(yùn)動，此時導(dǎo)體不切割磁感線，電路中無電流。乙圖：線圈轉(zhuǎn)動前半周中，邊向下運(yùn)動，邊向上運(yùn)動，導(dǎo)線切割磁感線，電路中有電流，這時外部電路中的電流由A到B。丙圖：線圈轉(zhuǎn)到周時，邊向右運(yùn)動，邊向左運(yùn)動，此時導(dǎo)線不切割磁感線，電路中無電流。丁圖：線圈轉(zhuǎn)動的后半周中，邊上運(yùn)動，邊向下運(yùn)動，導(dǎo)線、切割磁感線、電路中有電流，這時外部電路中的電流由B到A。線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動，電流的方向?qū)⒅芷谛缘刂貜?fù)上述變化，所以它的電流方向?qū)⒅芷谛缘刈兓?。借題發(fā)揮：交流電應(yīng)用很廣，動力線路的家庭電路中電流，都是交流電。供生產(chǎn)和生活用的交流電，頻率是，周期是0.02s。即1秒內(nèi)有50個周期，每個周期電流的方向改變兩次，所以頻率為50赫茲的交流電，電流方向每秒鐘改變100次。例5 交流發(fā)電機(jī)的組成主要有哪兩部分。常見大型發(fā)電機(jī)采取什么旋轉(zhuǎn)方式？解題思路：交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但主要是由轉(zhuǎn)子和定義兩部分組成，轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動部分，可以是磁極，也可以是線圈，定子就是固定不動部分，可以是磁極也可以是線圈，大型發(fā)電機(jī)發(fā)出很高的電壓和很強(qiáng)的電流，要采用線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)的方式發(fā)電，這種發(fā)電機(jī)叫旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。借題發(fā)揮：交流發(fā)電機(jī)為了產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，要將線圈嵌在定子鐵心槽里，用電磁鐵代替永久磁鐵做轉(zhuǎn)子?！灸M試題】一. 選擇題：1. 關(guān)于感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，下面說法正確的是（ ）A. 導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，導(dǎo)體中就有感應(yīng)電流B. 導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，導(dǎo)體中就有感應(yīng)電流C. 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電流D. 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動時，導(dǎo)體就能產(chǎn)生感應(yīng)電流2. 如圖1所示，表示垂直于紙面的導(dǎo)體，若A、C兩圖中的導(dǎo)線是斷開電路的一部分，B、D兩圖中的導(dǎo)線是閉合電路的一部分，當(dāng)導(dǎo)線沿圖中箭頭方向運(yùn)動時，能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（ ）圖1二. 填空題：1. 英國物理學(xué)家 經(jīng)過10年堅持不懈的努力而發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)一步揭示了現(xiàn)象和 現(xiàn)象之間的聯(lián)系。2. 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做 的運(yùn)動時，導(dǎo)體中就 這種現(xiàn)象叫 ，產(chǎn)生的電流叫 。3. 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 能轉(zhuǎn)化 能。4. 導(dǎo)體中產(chǎn)生的 方向，導(dǎo)體 的運(yùn)動方向及 方向三者之間的關(guān)系可以用 定則判定。5. 發(fā)電機(jī)是把 能轉(zhuǎn)化為 能的機(jī)器，這是利用 現(xiàn)象制成的。6. 叫交流電，干電池和蓄電池供電的電路中得到的是 電。7. 我們?nèi)粘Ｉ钣玫恼彰麟娛?電，其周期為 秒，頻率為 赫，電流方向每秒鐘改變 次。8. 圖2是交流發(fā)電機(jī)工作原理圖，此時線圈邊向 切割磁感線，其中感應(yīng)電流方向由 到 ；邊向 運(yùn)動，其中感應(yīng)電流方向由 向 。圖2三. 判斷題：判斷下列各小題的對錯。1. 交流發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生的交流電，直流發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生的是直流電。（ ）2. 交流發(fā)電機(jī)供給外部電路的是交流電，直流發(fā)電機(jī)供給外部是直流電。（ ）3. 發(fā)電機(jī)的定子可以是磁鐵，也可以是線圈。（ ）4. 線圈旋轉(zhuǎn)、磁極不動的發(fā)電機(jī)叫旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。（ ）四. 簡答題：1. 看圖3，判斷導(dǎo)線中感應(yīng)電流的方向。圖3試題答案一.1. D 2. D二.1. 法拉第；電；磁2. 切割磁感線；產(chǎn)生電流；電磁感應(yīng)現(xiàn)象；感應(yīng)電流3. 機(jī)械；電4. 感應(yīng)電流；切割磁感線；磁場；右手5. 機(jī)械；電；電磁感應(yīng)6. 周期性改變方向和大小的電流；直流7. 交流；0.02；50；1008. 下；上；三.1. × 2. 3. 4. ×四.如圖4圖4