初中沪科版（2024）第二节 科学探究：怎样产生感应电流精品ppt课件

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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。
第二节 科学探究：怎样产生感应电流
【实验】如图所示是发电机的模型，它有一个可以产生磁场的磁体，一个可以在磁场中旋转的线圈。摇动把手，使线圈快速转动，小灯泡就亮了。这表明发电机发出了电。【问题】发电机为什么能发电呢？【猜想与假设】实验表明：发电机的线圈只有在转动时才能发出电来，由此可以猜想：发电机发电，可能与线圈在磁场中的运动有关。
1. 科学探究：怎样产生感应电流
【设计实验与制订计划】将一根导体的两端用细导线悬挂起来，并与灵敏电流计、开关串联组成闭合电路。将导体放在蹄形磁体的磁场中，如图所示。探究导体在磁场 中怎样运动时，才能在电路中产生电流；并探究影响电流方向的因素。
（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）
【进行实验与收集证据】
（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）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象叫做电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。（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. 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。
【猜一猜】可以通过什么方法改变感应电流的方向?
既然导体做切割磁感线运动时，电路中才会产生感应电流。感应电流的方向应该与导体运动的方向和磁场的方向有关。
4. 探究导体在磁场中运动时产生的感应电流的方向
（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》
除发电机以外，电磁感应现象在生活、生产中还有大量的应用。例如，有一种动圈式话筒（麦克风） 就是应用电磁感应原理制成的。
3. 电磁感应现象的应用
动圈式话筒的工作原理：声波具有能量，当人对着话筒说话时，声波使金属膜片振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永久磁体的磁场里因振动而切割磁感线，就产生感应电流(电信号)。强弱变化的声波，引起膜片(线圈)振动的幅度与快慢时刻变化，导致感应电流的大小和方向时刻变化，时刻变化的电流信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中发出放大的声音。话筒是把声信号变为电信号的装置，其工作原理可概括为：
在1831年发现了电磁感应现象。 1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机，是人类创造出的第一个发电机。
（1）该实验中，灵敏电流计的作用是____（写出一条）；（2）确认灵敏电流计能正常工作后，小明同学发现，无论导体在磁场中怎样运动，灵敏电流计的指针均不见发生偏转，其主要原因可能是______（写出一条）；（3）在教师的指导下，兴趣小组对实验进行完善后，根据观察到的现象可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做_______________运动时，电路中会产生感应电流；（4）在此实验过程中，能量转化情况是__________________。
【例题1】如图是“探究什么情况下磁可以生电”的装置，用棉线将一段导体 悬挂起来，放置于蹄形磁体的磁场中，再用导线把导体和灵敏电流计连接起来，组成了闭合电路。
切割磁感线     
判断感应电流的大小或方向    
产生的电流太小或电路不是闭合回路    
   机械能转化为电能 
（1）实验中灵敏电流计的作用是判断产生感应电流的大小、判断产生感应电流的方向。因为电路中有电流通过时，灵敏电流计的指针会偏转，电流大小不同，偏转程度也不同，电流方向不同，偏转方向也不同。
（2）灵敏电流计能正常工作后，灵敏电流计的指针均不见发生偏转，其主要原因可能是电流太小，或电路不是闭合回路，没有电流产生。（3）由观察到的现象可知闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。（4）电磁感应现象中，消耗机械能得到电能，即把机械能转化为电能.
1. 实验探究：手摇发电机的发电情况
（1）观察与实验发电机怎样发电？以手摇发电机为例学习。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？
②摇动手柄时，你观察到什么现象？这说明什么问题？③将小灯泡换成小量程电流表，缓缓地摇动手柄，你发现了什么现象？说明了什么问题？
（2）观察结果 ①手摇发电机的主要构造磁铁形状是蹄形磁铁 ；线圈是通过电刷与灯泡（或发光二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。
②摇动手柄时，观察到小灯泡闪烁发光。如果快速摇动轮盘时，会观察到灯泡更亮。说明摇动转轮的转速越大，灯泡发光越亮。③将小灯泡换成小量程电流表，缓缓地摇动手柄，会观察到电流表指针左右来回摆动，这说明该发电机产生的电流的方向在改变。
（1）交变电流：线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性变化，这种电流叫作交变电流。（2）交流电的频率：我们日常生活中使用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化。即交流电的频率为 f=50/s=50HZ 周期为T=0.2s（3）交流发电机：发电机线圈在转动过程中，线圈中电流的大小和方向重复发生相同的变化，这种变化叫作周期性变化，这种发电机叫作交流发电机。
视频演示——《观察手摇发电机》
（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。
（2）发电机的能量转化 从能量转化的角度看，发电机是一种将机械能转化为电能的装置。在发电的过程中，由于线圈存在电阻以及转动系统存在摩擦，因此还有部分能量转化为内能。
视频演示——《发电机原理》
A．发电机的工作原理是电磁感应，不是利用电流的磁效应，故A错误；B．发电机消耗机械能获得电能，是将机械能能转化为了电能，故B错误；C．发电机线圈转得越快，切割磁感线的速度就越大，则产生的感应电流越大，小灯泡越亮，故C正确；
【例题2】如图甲把一台手摇发电机跟小灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，可以看到小灯泡会发光。下列说法正确的是（　　）A．发电机是利用电流的磁效应来工作的B．发电机将电能转化为了机械能C．线圈转得越快，小灯泡越亮D．如果将小灯泡换成如图乙的电流表，指针一直偏向右边
D．如果将小灯泡换成如图乙的电流表，当线圈在磁场中转动做切割磁感线运动时，在前半圈和后半圈，线圈切割磁感线的方向是相反的，则产生的感应电流方向也不断交替改变，故电流表的指针会不断左右交替偏转，故D错误。
【例题3】如图所示，下列与电磁现象有关的分析中正确的是（　　）A．图甲：该装置利用的是发电机的原理B．图乙：该装置可以用来研究电动机的工作原理C．图丙：铁棒靠近小磁针，小磁针偏转说明铁棒一定具有磁性D．图丁：铁钉B吸引大头针更多说明电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关
A．甲图中有电源，闭合开关后，导体棒就会在磁场中运动起来，是由于通电导体在磁场中受到力的作用，根据这个原理制成了电动机，故A错误；B．乙图中，导体棒在磁场中切割磁感线，灵敏电流计就会发生偏转，产生了电流，是电磁感应现象，利用该装置制成了发电机，故B错误；C．丙图中铁棒靠近小磁针，即使铁棒没有磁性，小磁针也会吸引铁棒，由于力的作用是相互的，图中小磁针也会被铁棒吸引，不能确定铁棒是否具有磁性，故C正确；D．丁图中，铁芯相同、电流相同，只有线圈的匝数不同，铁钉B吸引大头针更多说明电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关，故D正确。
①闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生电流的现象；产生的电流称为感应电流。②电磁感应现象的应用：发电机、动圈式话筒。
①导体是闭合电路的一部分。②在磁场中做切割磁感线运动。①与磁场方向有关。 ②与导体切割磁感线运动的方向有关。
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。
通电线圈在磁场中受力转动
1．下列说法中正确的是（   ） A．只要导体在磁场中运动，就会产生感应电流B．电动机是利用电磁感应现象制成的C．电磁感应现象是电能转化为机械能的过程D．产生感应电流的电路必须是闭合的
A．只有闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动，才会产生感应电流，故A错误；B．电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，故B错误；C．发电机的原理是电磁感应现象，把机械能转化为电能，故C错误；D．由产生感应电流的两个条件可知：必须是闭合电路的一部分导体，即电路必须是闭合的，故D正确。故选D。
2．如图所示，a 表示垂直于纸面的一根导体，它是闭合电路的一部分，它在各图中按所示方向运动时，不会产生感应电流的是（  ）
ABD．感应电流产生的条件：电路闭合，闭合电路的部分导体切割磁感线。图中磁感线的方向都是向下的，由图可知，导体运动时都会切割磁感线，所以会产生感应电流，故ABD不符合题意；C．导体没有切割磁感线，所以不会产生感应电流，故C符合题意。
3．发电机的工作原理是（   ）。A．磁场对电流的作用 B．磁极间的相互作用C．电磁感应现象 D．电流周围存在磁场
电磁感应现象是在外力作用下使闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感应线运动，产生感应电流，是先运动后有电流，其能量转化是机械能转化为电能。而磁场对通电导体的作用，则是先有电流后有运动，其能量转化是电能转化为机械能。发电机正是将机械能转化为电能的装置，其原理为电磁感应现象，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选 C。
4．图表示的是闭合电路的一部分导体在两磁极间的运动情形。图中小圆圈代表导体的横截面，a、b、c、d 表示运动中四个不同位置。图中的箭头表示导体在那个位置上的运动方向。请说出，导体在哪些位置会产生感应电流？
在a、c 位置会产生感应电流。题目已经说明是闭合电路的一部分导体在磁场中运动，当导体在a、c两个位置运动时切割磁感线，此时会在闭合电路中产生感应电流；在b、d两个位置运动时与磁感线方向平行，没有切割磁感线，此时不会在闭合电路中产生感应电流。
5．如图所示是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”的实验装置。闭合开关后，导体棒、灵敏电流计、开关、导线组成闭合电路。 （1）要使灵敏电流计的指针发生偏转，可行的操作是：_________________________。（2）要使灵敏电流计的指针偏转方向发生改变，可以采取的两种方法是： 方法一：________________________； 方法二：_________________________。
导体棒左右运动（斜向上或斜向下运动，左右运动等）
改变导体棒的运动方向
（1）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生感应电流，这种现象叫电磁感应。如图，磁感线的方向为从N极到S极，磁感线从下到上，所以导体在磁场中做切割磁感线运动是时应将导体棒左右运动。（2）感应电流的方向跟导体切割磁感线的运动方向和磁感线的方向有关，要使灵敏电流计的指针偏转方向发生改变，即改变感应电流的方向，可以改变导体棒的运动方向或改变磁场的方向，若同时改变导体棒的运动方向和磁场的方向，则感应电流的方向不改变。
1．在交流与合作中，为什么有时需要放弃自己的观点呢？
答：在交流与合作中，要以探究实验结果为依据，如果自己的观点与实验结论相悖，那要放弃自己的观点，接受实验事实。
答：影响感应电流大小的因素有：①导线切割的速度大小；②导线切割的速度方向；③永磁体的强度；④切割导线的条数；⑤切割导线的有效长度。　
2. 示例：在电磁感应现象中，感应电流的大小与哪些因素有关?
1．如图所示，使导体棒ab在磁场中运动，下列说法正确的是（ ）A．用该装置可探究“通电导线在磁场中受力”B．导体棒ab竖直上下运动时，灵敏电流表指针会发生偏转C．实验过程中将电能转化为导体棒ab的机械能D．利用该实验揭示的原理发明了发电机
A．该装置没有电源，不能探究“让通电导体在磁场中动起来”，故A错误；B．闭合开关后，导体棒ab竖直上下运动时，没有做切割磁感线运动，不会产生感应电流，灵敏电流表指针不会发生偏转，故B错误；CD．当导体ab做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，这是电磁感应现象，根据该实验揭示的原理发明了发电机，该实验中将导体棒的机械能转化为电能，故C错误，D正确。
2．图中的a表示垂直于纸面的一段导线，它是闭合电路的一部分。当a在下列磁场中沿图中所示方向运动时，不会产生感应电流的是（　　）
当闭合电路的一部分导体切割磁感线时，会产生感应电流，而ABC导体都在切割磁感线，而只有D顺着磁感线运动，不会切割磁感线，故ABC不符合题意，D符合题意。
3. 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。
4．如图所示是小华用漆包线和磁体制作的一台发电机，制作时用刀片将线圈两端的漆全部刮掉，作为转动轴，用纸做一个小风车固定在转轴上，将转轴放在支架上，如图所示，将发电机与小量程电流表相连，转动小风车，电流表指针左右偏转，电路中电流的方向______（填“改变”或“不变”），此过程中发电机将______能转化为电能。若将小量程电流表换成电池，线圈_____（填“能”或“不能”）持续转动。
机械
将发电机与小量程电流表相连，转动小风车，线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中会产生感应电流，电流表指针左右偏转，这说明电路中电流的方向是改变的。此过程中线圈在磁场中转动的机械能转化为电能。若将图中电流表换成电池，则无风吹时，由于通电线圈处在磁场中故而受力转动，但线圈转动至平衡位置因线圈两端的绝缘漆全部刮掉，无法改变线圈中的电流从而不能持续转动下去。
5．英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，人们根据这一现象制成了发电机。下列四个设备中应用了电磁感应现象的是（　　） A. 麦克风B．防水报警器C. 电铃 D．扬声器
A B C D
A．麦克风是将声信号转换成电信号，利用电磁感应原理工作的，故A符合题意；B．防水报警器是利用电磁继电器来工作的，原理是电流的磁效应，故B不符合题意；C．电铃是利用电流的磁效应来工作的，故C不符合题意；D．扬声器是将电信号转换成声信号，是利用通电导体在磁场中受力的作用，故D不符合题意。
（1）小阳探究的问题是：感应电流的方向与_________是否有关；（2）实验中，灵敏电流计的作用是______________；（3）实验中金属棒AB向右运动产生感应电流的过程中能量转化与_________（选填：“电动机”或“发电机”）工作时相同。
6．小阳用如图所示的实验装置进行实验，闭合开关，使金属棒AB向右运动，观察灵敏电流计指针偏转的方向；将蹄形磁铁的N、S极对调，仍使金属棒AB向右运动，观察灵敏电流计指针偏转的方向。
显示感应电流的方向