17.3 發(fā)電機為什么能發(fā)電知識點一探究電磁感應現(xiàn)象1.電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應之后，許多科學家都在思索：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)生電流的電磁感應現(xiàn)象。2.探究電磁感應現(xiàn)象提出問題：發(fā)電機產(chǎn)生電流的條件是什么？猜想與假設：發(fā)電機的線圈只有在轉(zhuǎn)動時才能發(fā)出電來，由此可以猜想：線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)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(lián)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(chǎn)生電流，并探究影響電流方向的因素。進行實驗與收集證據(jù)：(1)探究怎樣產(chǎn)生感應電流。實驗1：實驗方法：閉合開關，讓導體左右運動。現(xiàn)象：電流計的指針偏轉(zhuǎn)。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(chǎn)生。實驗2：實驗方法：閉合開關，讓導體上下運動。現(xiàn)象：電流計的指針不偏轉(zhuǎn)。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(chǎn)生。實驗3：實驗方法：斷開開關，讓導體左右運動。現(xiàn)象：電流計的指針不偏轉(zhuǎn)。說明：電路未閉合，導體中沒有電流產(chǎn)生。實驗4：實驗方法：閉合開關，導體不動，讓磁鐵左右運動。現(xiàn)象：電流計的指針偏轉(zhuǎn)。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(chǎn)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(chǎn)生，只有當導體做切割磁感線運動時，才會有電流產(chǎn)生。當導體平行于磁感線運動時，不會有電流產(chǎn)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(chǎn)生，只有當電路閉合時才會有電流產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生電流。溫馨提示：產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)象：電流計的指針向右偏轉(zhuǎn)。實驗2：實驗方法：閉合開關，讓導體向左運動。現(xiàn)象：電流計的指針向左偏轉(zhuǎn)。實驗3：實驗方法：閉合開關，將磁體的N、S極對調(diào)，讓導體向右運動。現(xiàn)象：電流計的指針向左偏轉(zhuǎn)。實驗4：實驗方法：閉合開關，將磁體的N、S極對調(diào)，讓導體向左運動。現(xiàn)象：電流計的指針向右偏轉(zhuǎn)。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(diào)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(diào)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(chǎn)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(chǎn)生感應電流的方向不變。結(jié)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(chǎn)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(xiàn)象。電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)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(chǎn)生的感應電流很小，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)切割磁感線的導體，要盡量選用電阻較小的銅棒，以使感應電流較大，實驗現(xiàn)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(chǎn)生的感應電流較小，靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)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(chǎn)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(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(zhuǎn)，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(zhuǎn)。(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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的感應電流方向也相反，即電流計指針向左偏轉(zhuǎn)。(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(chǎn)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(chǎn)生了電流(2)左(3)磁體運動3.電磁感應現(xiàn)象的應用電磁感應現(xiàn)象廣泛地應用在生產(chǎn)、生活以及科學研究中，如發(fā)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(zhuǎn)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(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動，能產(chǎn)生隨著聲音的變化而變化的電流。知識點二發(fā)電機及其工作原理精練版P231.認識發(fā)電機(1)提出問題如圖所示是一臺手搖發(fā)電機，它主要由哪幾部分構成？手搖發(fā)電機產(chǎn)生的電流方向是否變化？發(fā)電機的轉(zhuǎn)速對小燈泡的亮度有影響嗎？(2)實驗與觀察把一臺手搖發(fā)電機跟燈泡連接起來，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，發(fā)現(xiàn)燈泡的亮度在變化，轉(zhuǎn)速大時，燈泡亮些；轉(zhuǎn)速小時，燈泡暗些。(3)討論交流觀察手搖發(fā)電機模型，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、風力發(fā)電，還是利用核能發(fā)電，它們都離不開發(fā)電機，發(fā)電機是將其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.發(fā)電機的工作原理(1)原理：利用電磁感應現(xiàn)象。(2)能的轉(zhuǎn)化：將機械能轉(zhuǎn)化為電能。(3)構造：模型發(fā)電機的結(jié)構主要有轉(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；實際發(fā)電機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，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，定子中的線圈便會切割磁感線而產(chǎn)生感應電流，即大型發(fā)電機均為旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機。(4)發(fā)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(chǎn)生感應電流的情況：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邊向上運動切割磁感線，CD邊向下運動切割磁感線。產(chǎn)生感應電流的情況：切割磁感線方向相反，故產(chǎn)生感應電流方向相反。AB邊產(chǎn)生的感應電流由A到B，CD邊產(chǎn)生的感應電流由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(chǎn)生感應電流的情況：線圈中不產(chǎn)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(chǎn)生感應電流的情況：切割磁感線，產(chǎn)生感應電流，但電流方向與前面的相反。AB邊產(chǎn)生的感應電流由B到A，CD邊產(chǎn)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(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)電流計流向3。根據(jù)發(fā)電機的工作過程可知，在線圈中產(chǎn)生電流方向變化的交變電流。(5)發(fā)電機的實質(zhì)實際發(fā)電機通常是利用水輪機、內(nèi)燃機或汽輪機來驅(qū)使發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的，水輪機、內(nèi)燃機或汽輪機又是利用水流能、內(nèi)能來工作的。因此，發(fā)電機的工作過程實質(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)電機模型，它是根據(jù)__________原理制成的。小風車在風的吹動下，帶動線圈轉(zhuǎn)動而________磁感線，產(chǎn)生的感應電流使電流計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)電機模型，它是根據(jù)電磁感應原理制成的；小風車在風的吹動下，帶動線圈轉(zhuǎn)動而在磁場中切割磁感線，產(chǎn)生感應電流；電流計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：電磁感應切割交流易錯點電磁感應現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生感應電流。答案：D10 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