17.3 發電機為什么能發電知識點一探究電磁感應現象1.電磁感應現象的發現奧斯特發現電流的磁效應之后，許多科學家都在思索：既然電流能產生磁場，那么利用磁場能不能產生電流呢？英國科學家法拉第經過長期研究，在1831年取得突破，發現了利用磁場能夠產生電流的電磁感應現象。2.探究電磁感應現象提出問題：發電機產生電流的條件是什么？猜想與假設：發電機的線圈只有在轉動時才能發出電來，由此可以猜想：線圈在磁場中轉動時產生電流，可能與線圈在磁場中的運動有關。設計實驗與制訂計劃：為了研究問題方便，我們可仿照電動機的研究方法將線圈簡化為一根導體來研究。將一根導體的兩端用細線懸掛起來，并與靈敏電流計、開關串聯組成閉合電路，將導體放在U形磁鐵的磁場中，如圖所示。探究導體在磁場中怎樣運動才能在電路中產生電流，并探究影響電流方向的因素。進行實驗與收集證據：(1)探究怎樣產生感應電流。實驗1：實驗方法：閉合開關，讓導體左右運動。現象：電流計的指針偏轉。說明：閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動，導體中有電流產生。實驗2：實驗方法：閉合開關，讓導體上下運動。現象：電流計的指針不偏轉。說明：導體平行于磁感線運動，沒有切割磁感線，導體中沒有電流產生。實驗3：實驗方法：斷開開關，讓導體左右運動。現象：電流計的指針不偏轉。說明：電路未閉合，導體中沒有電流產生。實驗4：實驗方法：閉合開關，導體不動，讓磁鐵左右運動。現象：電流計的指針偏轉。說明：導體不動，磁鐵運動，閉合電路中的一部分導體做切割磁感線運動，導體中有電流產生。探究分析：比較實驗1、2可知，導體在磁場中運動時不一定會有電流產生，只有當導體做切割磁感線運動時，才會有電流產生。當導體平行于磁感線運動時，不會有電流產生。比較實驗1、3可知，導體做切割磁感線運動，也不一定會有電流產生，只有當電路閉合時才會有電流產生。分析實驗1、4可知，只要導體和磁鐵做相對運動時，切割磁感線，就會產生電流。探究歸納：閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁感線的運動時，導體中就會產生電流。溫馨提示：產生感應電流的條件有以下三個：第一，電路是閉合的，而不是斷開的，即組成電路的各元件連接成一個電流的通路。如果電路不閉合，即使一部分導體做切割磁感線運動，也不會產生感應電流。第二，要有一部分導體做切割磁感線運動，也就是說，切割磁感線的導體一定是閉合電路的一部分而不是整個電路。第三，“做切割磁感線運動”，所謂切割磁感線，類似于切菜，可以是垂直切割，也可以是斜著切割，但導體運動方向不能與磁感線平行。此運動指的是導體與磁場之間的相對運動，即磁場不動、導體運動時，導體能切割磁感線；導體不動、磁場運動時，導體也能切割磁感線。(2)探究感應電流的方向與什么因素有關。實驗1：實驗方法：閉合開關，讓導體向右運動。現象：電流計的指針向右偏轉。實驗2：實驗方法：閉合開關，讓導體向左運動。現象：電流計的指針向左偏轉。實驗3：實驗方法：閉合開關，將磁體的N、S極對調，讓導體向右運動。現象：電流計的指針向左偏轉。實驗4：實驗方法：閉合開關，將磁體的N、S極對調，讓導體向左運動。現象：電流計的指針向右偏轉。探究分析：比較實驗1、2可知，在磁場方向不變時，導體做切割磁感線運動的方向相反，感應電流的方向相反，說明感應電流的方向與導體切割磁感線運動的方向有關。比較實驗1、3或2、4可知，調換磁體的N、S極的位置，導體做切割磁感線運動的方向相同，感應電流的方向相反，說明感應電流的方向與磁場的方向有關。比較實驗1、4或2、3可知，調換磁體的N、S極的位置，同時改變導體做切割磁感線運動的方向，感應電流的方向相同，說明同時改變磁場方向和導體做切割磁感線運動的方向時，感應電流的方向不變。探究歸納：感應電流的方向跟導體做切割磁感線運動的方向和磁場方向有關。改變其中任一方向，則導體中產生的感應電流方向隨之改變；若上述兩個方向同時改變，則導體中產生感應電流的方向不變。結論：閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁感線的運動時，導線中就會產生電流。電流的方向與磁場方向和導體切割磁感線運動的方向有關。這就是電磁感應現象。電磁感應現象中產生的電流叫做感應電流。溫馨提示：(1)實驗中要選用靈敏電流計，而非一般的電流表。因為產生的感應電流很小，用普通電流表指針的偏轉很微小，不利于觀察，且選用的靈敏電流計的指針能左右偏轉，便于觀察電流的方向。(2)切割磁感線的導體，要盡量選用電阻較小的銅棒，以使感應電流較大，實驗現象更明顯，同時還可以避免磁場本身對棒的作用力的影響。(3)由于一根導線產生的感應電流較小，靈敏電流計的指針偏轉不明顯，故可以用導線制成矩形的多匝線圈代替單根導線，且切割時運動要迅速，這樣產生的感應電流會大些。(4)探究感應電流方向與哪些因素有關時，采用了控制變量法。即控制磁場方向不變時，研究感應電流方向與導體切割磁感線運動方向的關系；控制導體切割磁感線運動方向不變時，研究感應電流方向與磁場方向的關系。(5)由于感應電流方向我們無法觀察，在實驗中我們可以通過觀察靈敏電流計指針偏轉方向的變化來感知電流方向的變化，這種研究問題的方法叫轉換法。例1小華在探究怎樣產生感應電流的實驗中，設計了如圖所示的實驗裝置。(1)將磁體向右插入螺線管中時，觀察到靈敏電流計的指針向右偏轉，由此可知：________________________________________。(2)將磁體從螺線管中向左拔出時，會觀察到靈敏電流計的指針向______ (選填“左”或“右”)偏轉。(3)通過前兩步實驗，可得出感應電流的方向與________方向有關。解析：(1)閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，會產生感應電流。將磁體向右插入螺線管中時，導體(螺線管)不動，磁體運動，導體也會切割磁感線，閉合電路的這部分導體(螺線管)中會有感應電流產生。(2)感應電流的方向取決于導體運動方向和磁場方向，將磁體從螺線管中向左拔出時與將磁體向右插入螺線管中時相比較，相當于磁場方向不變，導體運動方向相反，所以產生的感應電流方向也相反，即電流計指針向左偏轉。(3)在前兩步實驗中，閉合電路的一部分導體不動，磁體運動方向相反，產生的感應電流方向也相反，這說明感應電流的方向與磁體運動方向有關。答案：(1)電路中產生了電流(2)左(3)磁體運動3.電磁感應現象的應用電磁感應現象廣泛地應用在生產、生活以及科學研究中，如發電機、變壓器等。有一類話筒(麥克風)也是應用電磁感應原理制成的，話筒的種類很多，如圖所示是動圈式話筒的構造示意圖。動圈式話筒是把聲音信號轉換為電信號的一種裝置，其工作原理是：當人對著話筒說話或唱歌時，產生的聲音使膜片振動，與膜片相連的線圈也跟著一起振動，線圈在磁場中的這種運動，能產生隨著聲音的變化而變化的電流。知識點二發電機及其工作原理精練版P231.認識發電機(1)提出問題如圖所示是一臺手搖發電機，它主要由哪幾部分構成？手搖發電機產生的電流方向是否變化？發電機的轉速對小燈泡的亮度有影響嗎？(2)實驗與觀察把一臺手搖發電機跟燈泡連接起來，使線圈在磁場中轉動，可以看到燈泡發光。用不同速度搖動轉輪時，發現燈泡的亮度在變化，轉速大時，燈泡亮些；轉速小時，燈泡暗些。(3)討論交流觀察手搖發電機模型，它主要由磁鐵(定子)和線圈(轉子)組成。溫馨提示：現代社會生產和生活都需要大量的電能，這些電能大都是由發電廠供給的。無論是利用火力、水力、風力發電，還是利用核能發電，它們都離不開發電機，發電機是將其他形式能轉化為電能的裝置。2.發電機的工作原理(1)原理：利用電磁感應現象。(2)能的轉化：將機械能轉化為電能。(3)構造：模型發電機的結構主要有轉子(轉動部分)和定子(固定部分)，銅環兩個，電刷兩個，如圖所示，其中轉子是線圈，定子產生磁場；實際發電機的基本部件也是磁體和線圈，它的磁體是轉動的電磁鐵(轉子)，線圈嵌在由硅鋼片制成的槽(定子)中，當轉子轉動時，定子中的線圈便會切割磁感線而產生感應電流，即大型發電機均為旋轉磁極式發電機。(4)發電機的工作過程工作過程：圖示：切割磁感線情況：線圈AB邊水平向右運動，CD邊水平向左運動，AB邊和CD邊運動方向與磁感線平行，不切割磁感線。產生感應電流的情況：線圈中不產生電流。電流的輸出情況：不輸出電流。工作過程：圖示：切割磁感線情況：線圈AB邊向上運動切割磁感線，CD邊向下運動切割磁感線。產生感應電流的情況：切割磁感線方向相反，故產生感應電流方向相反。AB邊產生的感應電流由A到B，CD邊產生的感應電流由C到D。電流的輸出情況：AB邊只和銅環2接觸，CD邊只和銅環1接觸。故在外電路中電流由3經電流計流向4。工作過程：圖示：切割磁感線情況：AB邊水平向左運動，CD邊水平向右運動，AB邊和CD邊運動方向又與磁感線平行，不切割磁感線。產生感應電流的情況：線圈中不產生感應電流。電流的輸出情況：不輸出電流。工作過程：圖示：切割磁感線情況：AB邊向下運動切割磁感線，CD邊向上運動切割磁感線。產生感應電流的情況：切割磁感線，產生感應電流，但電流方向與前面的相反。AB邊產生的感應電流由B到A，CD邊產生的感應電流由D到C。電流的輸出情況：還是AB邊只和銅環2接觸，CD邊只和銅環1接觸。故在外電路中電流由4經電流計流向3。根據發電機的工作過程可知，在線圈中產生電流方向變化的交變電流。(5)發電機的實質實際發電機通常是利用水輪機、內燃機或汽輪機來驅使發電機的轉子轉動的，水輪機、內燃機或汽輪機又是利用水流能、內能來工作的。因此，發電機的工作過程實質上是使其他形式的能轉變為電能的過程。例2如圖是發電機模型，它是根據__________原理制成的。小風車在風的吹動下，帶動線圈轉動而________磁感線，產生的感應電流使電流計的指針在中央零刻度線兩側左右擺動，說明電路中產生的是________電。解析：如題圖所示是發電機模型，它是根據電磁感應原理制成的；小風車在風的吹動下，帶動線圈轉動而在磁場中切割磁感線，產生感應電流；電流計的指針在中央零刻度線兩側左右擺動，說明電路中的電流方向不斷發生變化，所以電路中產生的是交流電。答案：電磁感應切割交流易錯點電磁感應現象中感應電流有無的判定問題分析判定時要緊扣感應電流產生的條件來判斷：(1)導體必須是閉合電路的一部分；(2)導體必須做切割磁感線運動。例3圖中的a表示垂直于紙面的一根導線，它是閉合電路的一部分，它在磁場中按箭頭方向運動時，下列哪種情況不會產生感應電流()解析：閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，才會產生感應電流。A、B、C選項都符合這個條件，而D選項中的導線沿著磁感線運動，沒有切割磁感線，所以不會產生感應電流。答案：D10 / 10