17.3 發(fā)電機(jī)為什么能發(fā)電知識點(diǎn)一探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)之后，許多科學(xué)家都在思索：既然電流能產(chǎn)生磁場，那么利用磁場能不能產(chǎn)生電流呢？英國科學(xué)家法拉第經(jīng)過長期研究，在1831年取得突破，發(fā)現(xiàn)了利用磁場能夠產(chǎn)生電流的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象提出問題：發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流的條件是什么？猜想與假設(shè)：發(fā)電機(jī)的線圈只有在轉(zhuǎn)動時(shí)才能發(fā)出電來，由此可以猜想：線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生電流，可能與線圈在磁場中的運(yùn)動有關(guān)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃：為了研究問題方便，我們可仿照電動機(jī)的研究方法將線圈簡化為一根導(dǎo)體來研究。將一根導(dǎo)體的兩端用細(xì)線懸掛起來，并與靈敏電流計(jì)、開關(guān)串聯(lián)組成閉合電路，將導(dǎo)體放在U形磁鐵的磁場中，如圖所示。探究導(dǎo)體在磁場中怎樣運(yùn)動才能在電路中產(chǎn)生電流，并探究影響電流方向的因素。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)：(1)探究怎樣產(chǎn)生感應(yīng)電流。實(shí)驗(yàn)1：實(shí)驗(yàn)方法：閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體左右運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)。說明：閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，導(dǎo)體中有電流產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)2：實(shí)驗(yàn)方法：閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體上下運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)。說明：導(dǎo)體平行于磁感線運(yùn)動，沒有切割磁感線，導(dǎo)體中沒有電流產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)3：實(shí)驗(yàn)方法：斷開開關(guān)，讓導(dǎo)體左右運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)。說明：電路未閉合，導(dǎo)體中沒有電流產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)4：實(shí)驗(yàn)方法：閉合開關(guān)，導(dǎo)體不動，讓磁鐵左右運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)。說明：導(dǎo)體不動，磁鐵運(yùn)動，閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，導(dǎo)體中有電流產(chǎn)生。探究分析：比較實(shí)驗(yàn)1、2可知，導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時(shí)不一定會有電流產(chǎn)生，只有當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，才會有電流產(chǎn)生。當(dāng)導(dǎo)體平行于磁感線運(yùn)動時(shí)，不會有電流產(chǎn)生。比較實(shí)驗(yàn)1、3可知，導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，也不一定會有電流產(chǎn)生，只有當(dāng)電路閉合時(shí)才會有電流產(chǎn)生。分析實(shí)驗(yàn)1、4可知，只要導(dǎo)體和磁鐵做相對運(yùn)動時(shí)，切割磁感線，就會產(chǎn)生電流。探究歸納：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流。溫馨提示：產(chǎn)生感應(yīng)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(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。第二，要有一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，也就是說，切割磁感線的導(dǎo)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(yùn)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(dǎo)體運(yùn)動方向不能與磁感線平行。此運(yùn)動指的是導(dǎo)體與磁場之間的相對運(yùn)動，即磁場不動、導(dǎo)體運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體能切割磁感線；導(dǎo)體不動、磁場運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體也能切割磁感線。(2)探究感應(yīng)電流的方向與什么因素有關(guān)。實(shí)驗(yàn)1：實(shí)驗(yàn)方法：閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體向右運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)2：實(shí)驗(yàn)方法：閉合開關(guān)，讓導(dǎo)體向左運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針向左偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)3：實(shí)驗(yàn)方法：閉合開關(guān)，將磁體的N、S極對調(diào)，讓導(dǎo)體向右運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針向左偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)4：實(shí)驗(yàn)方法：閉合開關(guān)，將磁體的N、S極對調(diào)，讓導(dǎo)體向左運(yùn)動。現(xiàn)象：電流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn)。探究分析：比較實(shí)驗(yàn)1、2可知，在磁場方向不變時(shí)，導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動的方向相反，感應(yīng)電流的方向相反，說明感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動的方向有關(guān)。比較實(shí)驗(yàn)1、3或2、4可知，調(diào)換磁體的N、S極的位置，導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動的方向相同，感應(yīng)電流的方向相反，說明感應(yīng)電流的方向與磁場的方向有關(guān)。比較實(shí)驗(yàn)1、4或2、3可知，調(diào)換磁體的N、S極的位置，同時(shí)改變導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動的方向，感應(yīng)電流的方向相同，說明同時(shí)改變磁場方向和導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動的方向時(shí)，感應(yīng)電流的方向不變。探究歸納：感應(yīng)電流的方向跟導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動的方向和磁場方向有關(guān)。改變其中任一方向，則導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向隨之改變；若上述兩個方向同時(shí)改變，則導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向不變。結(jié)論：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)線中就會產(chǎn)生電流。電流的方向與磁場方向和導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動的方向有關(guān)。這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。溫馨提示：(1)實(shí)驗(yàn)中要選用靈敏電流計(jì)，而非一般的電流表。因?yàn)楫a(chǎn)生的感應(yīng)電流很小，用普通電流表指針的偏轉(zhuǎn)很微小，不利于觀察，且選用的靈敏電流計(jì)的指針能左右偏轉(zhuǎn)，便于觀察電流的方向。(2)切割磁感線的導(dǎo)體，要盡量選用電阻較小的銅棒，以使感應(yīng)電流較大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，同時(shí)還可以避免磁場本身對棒的作用力的影響。(3)由于一根導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電流較小，靈敏電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)不明顯，故可以用導(dǎo)線制成矩形的多匝線圈代替單根導(dǎo)線，且切割時(shí)運(yùn)動要迅速，這樣產(chǎn)生的感應(yīng)電流會大些。(4)探究感應(yīng)電流方向與哪些因素有關(guān)時(shí)，采用了控制變量法。即控制磁場方向不變時(shí)，研究感應(yīng)電流方向與導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動方向的關(guān)系；控制導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動方向不變時(shí)，研究感應(yīng)電流方向與磁場方向的關(guān)系。(5)由于感應(yīng)電流方向我們無法觀察，在實(shí)驗(yàn)中我們可以通過觀察靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換法。例1小華在探究怎樣產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)將磁體向右插入螺線管中時(shí)，觀察到靈敏電流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn)，由此可知：________________________________________。(2)將磁體從螺線管中向左拔出時(shí)，會觀察到靈敏電流計(jì)的指針向______ (選填“左”或“右”)偏轉(zhuǎn)。(3)通過前兩步實(shí)驗(yàn)，可得出感應(yīng)電流的方向與________方向有關(guān)。解析：(1)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(shí)，會產(chǎn)生感應(yīng)電流。將磁體向右插入螺線管中時(shí)，導(dǎo)體(螺線管)不動，磁體運(yùn)動，導(dǎo)體也會切割磁感線，閉合電路的這部分導(dǎo)體(螺線管)中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(2)感應(yīng)電流的方向取決于導(dǎo)體運(yùn)動方向和磁場方向，將磁體從螺線管中向左拔出時(shí)與將磁體向右插入螺線管中時(shí)相比較，相當(dāng)于磁場方向不變，導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向也相反，即電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)。(3)在前兩步實(shí)驗(yàn)中，閉合電路的一部分導(dǎo)體不動，磁體運(yùn)動方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向也相反，這說明感應(yīng)電流的方向與磁體運(yùn)動方向有關(guān)。答案：(1)電路中產(chǎn)生了電流(2)左(3)磁體運(yùn)動3.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)、生活以及科學(xué)研究中，如發(fā)電機(jī)、變壓器等。有一類話筒(麥克風(fēng))也是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制成的，話筒的種類很多，如圖所示是動圈式話筒的構(gòu)造示意圖。動圈式話筒是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種裝置，其工作原理是：當(dāng)人對著話筒說話或唱歌時(shí)，產(chǎn)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(yùn)動，能產(chǎn)生隨著聲音的變化而變化的電流。知識點(diǎn)二發(fā)電機(jī)及其工作原理精練版P231.認(rèn)識發(fā)電機(jī)(1)提出問題如圖所示是一臺手搖發(fā)電機(jī)，它主要由哪幾部分構(gòu)成？手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流方向是否變化？發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速對小燈泡的亮度有影響嗎？(2)實(shí)驗(yàn)與觀察把一臺手搖發(fā)電機(jī)跟燈泡連接起來，使線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，可以看到燈泡發(fā)光。用不同速度搖動轉(zhuǎn)輪時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡的亮度在變化，轉(zhuǎn)速大時(shí)，燈泡亮些；轉(zhuǎn)速小時(shí)，燈泡暗些。(3)討論交流觀察手搖發(fā)電機(jī)模型，它主要由磁鐵(定子)和線圈(轉(zhuǎn)子)組成。溫馨提示：現(xiàn)代社會生產(chǎn)和生活都需要大量的電能，這些電能大都是由發(fā)電廠供給的。無論是利用火力、水力、風(fēng)力發(fā)電，還是利用核能發(fā)電，它們都離不開發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)是將其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.發(fā)電機(jī)的工作原理(1)原理：利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象。(2)能的轉(zhuǎn)化：將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。(3)構(gòu)造：模型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要有轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)動部分)和定子(固定部分)，銅環(huán)兩個，電刷兩個，如圖所示，其中轉(zhuǎn)子是線圈，定子產(chǎn)生磁場；實(shí)際發(fā)電機(jī)的基本部件也是磁體和線圈，它的磁體是轉(zhuǎn)動的電磁鐵(轉(zhuǎn)子)，線圈嵌在由硅鋼片制成的槽(定子)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，定子中的線圈便會切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，即大型發(fā)電機(jī)均為旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。(4)發(fā)電機(jī)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(yùn)動，CD邊水平向左運(yùn)動，AB邊和CD邊運(yùn)動方向與磁感線平行，不切割磁感線。產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況：線圈中不產(chǎn)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(yùn)動切割磁感線，CD邊向下運(yùn)動切割磁感線。產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況：切割磁感線方向相反，故產(chǎn)生感應(yīng)電流方向相反。AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電流由A到B，CD邊產(chǎn)生的感應(yīng)電流由C到D。電流的輸出情況：AB邊只和銅環(huán)2接觸，CD邊只和銅環(huán)1接觸。故在外電路中電流由3經(jīng)電流計(jì)流向4。工作過程：圖示：切割磁感線情況：AB邊水平向左運(yùn)動，CD邊水平向右運(yùn)動，AB邊和CD邊運(yùn)動方向又與磁感線平行，不切割磁感線。產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況：線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)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(yùn)動切割磁感線，CD邊向上運(yùn)動切割磁感線。產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況：切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，但電流方向與前面的相反。AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電流由B到A，CD邊產(chǎn)生的感應(yīng)電流由D到C。電流的輸出情況：還是AB邊只和銅環(huán)2接觸，CD邊只和銅環(huán)1接觸。故在外電路中電流由4經(jīng)電流計(jì)流向3。根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作過程可知，在線圈中產(chǎn)生電流方向變化的交變電流。(5)發(fā)電機(jī)的實(shí)質(zhì)實(shí)際發(fā)電機(jī)通常是利用水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或汽輪機(jī)來驅(qū)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的，水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或汽輪機(jī)又是利用水流能、內(nèi)能來工作的。因此，發(fā)電機(jī)的工作過程實(shí)質(zhì)上是使其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。例2如圖是發(fā)電機(jī)模型，它是根據(jù)__________原理制成的。小風(fēng)車在風(fēng)的吹動下，帶動線圈轉(zhuǎn)動而________磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電流使電流計(jì)的指針在中央零刻度線兩側(cè)左右擺動，說明電路中產(chǎn)生的是________電。解析：如題圖所示是發(fā)電機(jī)模型，它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的；小風(fēng)車在風(fēng)的吹動下，帶動線圈轉(zhuǎn)動而在磁場中切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流；電流計(jì)的指針在中央零刻度線兩側(cè)左右擺動，說明電路中的電流方向不斷發(fā)生變化，所以電路中產(chǎn)生的是交流電。答案：電磁感應(yīng)切割交流易錯點(diǎn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流有無的判定問題分析判定時(shí)要緊扣感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件來判斷：(1)導(dǎo)體必須是閉合電路的一部分；(2)導(dǎo)體必須做切割磁感線運(yùn)動。例3圖中的a表示垂直于紙面的一根導(dǎo)線，它是閉合電路的一部分，它在磁場中按箭頭方向運(yùn)動時(shí)，下列哪種情況不會產(chǎn)生感應(yīng)電流()解析：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(shí)，才會產(chǎn)生感應(yīng)電流。A、B、C選項(xiàng)都符合這個條件，而D選項(xiàng)中的導(dǎo)線沿著磁感線運(yùn)動，沒有切割磁感線，所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。答案：D10 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