文档内容
20.5 磁生电（导学案）
【学习目标】
1. 通过实验，探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
2. 了解电磁感应在生产、生活中的应用。
3. 了解发电机的原理，知道发电机工作过程中的能量转化。
【学习重点】
通过探究实验来认识电磁感应现象，并发现磁生电的条件。
【学习难点】
产生感应电流的条件。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 英国物理学家 1831年首先用实验的方法发现了电磁感应现象，这一重大发现使人类实现
了将 能转化为 能的愿望。
2. 电磁感应现象
（1）闭合电路的一部分导体在 中做 运动时，导体中就产生电流，这种现象
叫做电磁感应，产生的电流叫做 电流。
（2）导体中产生感应电流的条件
①导体是 电路的一部分；②导体在磁场中做 运动。
3. 发电机
发电机是根据 制成的，发电机的诞生实现了机械能向电能的转化。交流发电机主
要由 和 两部分组成，线圈不动磁极旋转的发电机叫做旋转磁极式发电机。
4. 直流电和交流电
从电池得到的电流的方向不变，通常叫做 电。电流方向周期性变化的电流叫做 ，简称交
流电。在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做 ，频率的单位是 ，符号为Hz。我
国家庭电路使用的交流电，电压是220V，周期是 s，频率是 Hz，电流方向1s改变 次.
【合作探究】
探究一、什么情况下磁能生电
1. 实验探究：什么情况下磁能生电
【提出问题】什么情况下磁场里的导线中能够产生电流？
【猜想与假设】
（1）能够产生电流，导线要连成闭合电路。
（2）通电导线在磁场中受力运动，那么反过来，让导线在磁场中运动，可能会产生电流。【设计实验】
（1）用蹄形磁体提供 。
（2）用 检验电路中是否有电流。
（3）产生电流的条件可能有多个，采用 法进行探究。
（4）实验器材：蹄形磁体、导线、灵敏电流表。
（5）在蹄形磁体的磁场中放置一根导线，导线的两端跟电流表连接，如图所示。进行如下操作，
注意观察电流表指针是否发生偏转。
【进行实验】
（1）闭合开关，让导线ab在磁场中静止，发现指针 （选填“偏转”或“不偏转”，下同）；
（2）闭合开关，让导线ab在磁场中沿竖直方向上下运动（与磁感线平行），发现指针 ；
（3）闭合开关，让导线ab在磁场中沿水平方向里外运动（与ab平行），发现指针 ；
（4）闭合开关，让导线ab在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线），发现指针 ；
（5）闭合开关，让导线ab在磁场中斜向上运动（或斜向下），发现指针 ；
（6）断开开关，让导线ab在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线），发现指针 。
【探究分析】
如果把磁感线想象成一根根实实在在的 ，把导线想象成一把 ，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 。
（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，
表明没有产生 。
【实验结论】
（1）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做
，产生的电流叫做 电流。
（2）导体中产生感应电流的条件①导体是 电路的一部分；②导体在磁场中做 运动。
2. 注意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）理解“切割磁感线运动”：导体运动方向与磁感线方向垂直或有一定的角度，但不能 。
（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 能，得到了 能，即机械能转化为电能。
4. 实验探究：影响感应电流方向的因素
【进行实验】
（1）闭合开关，让导体AB向左运动，观察实验现象，发现电流表指针向 偏转。
（2）闭合开关，让导体AB向右运动，观察实验现象，发现电流表指针向 偏转。
（3）将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体AB向左运动，电流表指针向 偏转。
（4）将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体AB向右运动，电流表指针向 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 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 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 ，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
。
【实验结论】
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 的方向和 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 ；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 。（均选填“改变”或“不变”）
【例题1】如图所示，小明和小刚利用蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体AB和若干导线等器材
来探究感应电流产生的条件。闭合开关，他们完成操作，将观察到的现象记入表格：
序
导体AB的运动情况 有无感应电流
号
① 左右运动 有
② 上下运动 无
③ 前后运动 无
④ 斜向上、斜向下运动 有
（1）分析①、②两次实验现象，小明说：“闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方
向垂直时，电路中就会产生感应电流。”小刚认为不准确，因为导体AB 运动时，其运动方向
也与磁场方向垂直，但无感应电流；
（2）采纳小刚意见后，小明又说：“闭合电路的一部分导体在磁场中垂直切割磁感线时，电路中
才会产生感应电流”，小刚认为不全面，因为导体AB 运动时，也有感应电流；
（3）从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将 能转化为电能；如果将图中的灵敏电流
计换成 ，可以探究磁场对电流的作用。
探究二、发电机
【想一想】发电机怎样发电？以手摇发电机为例学习发电原理。
1. 实验探究：手摇发电机的发电情况
（1）观察模型式手摇发电机的构造
【想想议议】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？
【观察结果】磁铁形状是 磁铁；线圈是通过 与灯泡（或二极管） 联的；摇把是
通过 带动线圈转动起来的。（2）观察手摇发电机转速对小灯泡亮度的影响
用不同的转速摇动转轮，观察灯泡亮度的变化情况。发现转轮的转速越大，灯泡发光越 。
（3）检验手摇发电机电流方向的变化
①用两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联。转动摇把，观察二极管的发光情况。
②实验现象与分析：二极管交替发光，说明产生的电流方向不停在 。
（4）探究结论
手摇发电机产生的电流的大小和方向是变化的；电流的大小与发电机的转速有关，转速越快，电
流越大。
2. 交变电流
（1）电流方向周期性变化的电流叫做 ，简称交流。实际上，在前面探究什么情况下磁可以
生电的实验中，导线左右往复运动，电流表指针来回摆动，电路中产生的就是交变电流。
（2）交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电，频率
为 Hz。
3. 交流发电机
（1）发电机主要构造： 、 、 、 等。
（2）主要部件作用
①磁铁：用来产生磁场；
②线圈abcd转动时，切割磁感线，产生 ；
③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成 回路；
④电刷：感应电流通过电刷 。（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 。
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 次，线圈转一周，电流方向改
变 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 （固定部分）和
（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 式发
电机。
定子 转子
（2）发电机发电的过程是能量转化的过程
实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动，把燃料中的 能或者水库中水流的
转化为 能。
①水电站：水力发电是利用水从高处流下推动水轮机转动，水轮机再带动发电机工作，把水的机
械能转化为 能。②火电站：火力发电是利用可燃物在燃烧时产生的 能，通过发电动力装置转换成 能的一
种发电方式。
【例题2】把一台手摇发电机跟灯泡连接起来，使线圈在磁场中转动，我们可以通过__________这
一现象来判断电路中有电流，如图甲所示，手摇发电机的工作原理是_________。把两个发光二极管极
性______地并联起来（填“相同”或“相反”），并与发电机串联，如图乙所示。转动摇把，发现两
个二极管交替发光，说明电路中产生的是_______电流，简称交流。
探究三、磁记录
1. 软磁性材料和硬磁性材料
【回忆】
（1）磁化：铁棒和钢棒本来不能吸引钢铁，当磁体靠近它或者与它接触时，它便有了吸引钢铁的
性质，也就是被 了。
（2）软磁性材料：软铁磁化后，磁性很容易 ，称为软磁性材料。
（3）硬磁性材料：钢等物质在磁化后，磁性能够 ，称为硬磁性材料。硬磁性材料可以做成
永磁体，还可以用来记录信息。
2. 录音机的原理
录音机的磁带上附有一层 材料制成的小颗粒。
录音时，声音先转变成强弱变化的 ，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱变化的 。
磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同地 ，于是记录了一连串有关磁性变化的 。
放音时，磁带贴着放音磁头运动， 强弱变化的磁带使放音磁头中产生变化的 ，电流
经放大后使扬声器发声，这便“读”出了录音带中记录的 。3. 磁记录的应用
随着技术的不断进步，磁记录与人们的关系越来越密切。录音带、录像带，电脑中的磁盘，打电
话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等等，都是用磁来记录信息的。磁记录技术提高了工作效
率，给生活带来了很大的方便。
4. 交流回答
通过上面的学习，你能回答下面的问题吗？
（1）磁带上的什么物质记录了声音、图像等信息？
（2）录音机在把声信号变成磁信号的过程中，要先把声信号变成什么信号？
（3）录音机怎样把磁信号变成声信号？
（4）观察磁带、磁卡，找出涂有磁性物质的部位。
（5）分组收集资料：人类在使用磁带录音之前，是用什么方法记录声信号的？写出小论文，在全
班交流。
【例题3】如图是动圈式话筒内部结构图，对着话筒说话时，声带振动发出声音，使膜片带动线圈
做切割磁感线运动，产生的__________进入扬声器，将声音放大；话筒的工作原理是_________。线圈
切割磁感线运动的过程中，将_______能转化为电能。
【精讲点拨】
1. 理解磁生电的条件
电路是闭合的；一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
（1）做切割磁感线运动的导体必须是闭合电路的一部分，而不是整个电路。
（2）只要导体运动的方向与磁感线有一定角度，不是与磁感线平行，导体就会切割磁感线。
（3）“切割磁感线运动”是指导体与磁场的相对运动。当磁场不动，导体运动时能切割磁感线；
当导体不动，碰场运动时也能切割磁感线。
2. 区分“探究什么情况下磁可以生电”和“磁场对通电导线的作用”两种现象的实验装置
要能正确区分两实验装置，关键是找出两套实验装置的不同之处。它们的不同之处是探究什么情
况下磁能生电的实验装置中，没有电源，有一个灵敏电流计用来观察是否产生了感应电流；在观察磁
场对通电导线的作用的实验中，有电源，但没有灵敏电流计。
3. 感应电流大小的影响因素导体切割磁感线运动的速度、磁场的强弱、切割磁感线运动的导体的有效长度和线圈的匝数等。
4. 电动机和发电机是两种不同的装置，其对比如表:
直流电动机 交流发电机
原理 通电线圈在磁场中受力而转动 电磁感应现象
构造 与电刷接触的是换向器 与电刷接触的是两个滑环
能量转化 电能→机械能 机械能→电能
在电路中的作用 用电器 电源
【归纳整理】
第5节 磁生电
【课堂练习】
1．关于如图所示的实验，下列说法正确的是（ ）
A．该装置是用于探究“磁场对通电导线的作用”
B．导线ab运动时将电能转化为机械能
C．导线ab竖直向上运动时，灵敏电流计指针一定偏转
D．导线ab水平向左运动时，灵敏电流计指针一定偏转2. 图示是一种手摇发电的手电筒，内有线圈、磁铁等，当沿图中箭头方向来回摇动时，灯泡就能
发光，其发电的工作原理是（ ）
A．电磁感应 B．磁场对通电导体有力的作用
C．电流的热效应 D．电流的磁效应
3. 下列四幅图中，应用了电磁感应原理的是（ ）
4. 在“科技节”活动中，小明受到物理课上“电与磁”相关知识的启发，制作了如图所示的“小
发明”。闭合两开关后电动机都能转动，小灯泡发光。下列说法不正确的是（ ）
A．甲电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动原理工作的
B．对调电源正、负极，小灯泡将不发光
C．甲电动机相当于电路中的用电器
D．乙电动机是利用电磁感应原理工作的
5. 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：___________。
6. . 如图是“探究感应电流产生的条件”的实验装置。
（1）实验中，ab棒的材料可能是____（选填“塑料”或“铝”）；
（2）实验中是通过观察_______来判断电路中是否产生感应电流；
（3）磁体不动，使ab竖直向上或竖直向下运动，灵敏电流计指针________（选填“偏转”或
“不偏转”）；
（4）实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，为了使指针偏转明显，可采取的措施是_________
（写出一种措施）；
（5）如果将图中的灵敏电流计换成_____，可以探究磁场对通电导体的作用。
7. 实验装置如图所示，探究感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向的关系。在实验中采取控
制变量法。
（1）控制磁场方向不变，改变________方向，观察灵敏电流计的指针偏转方向；
（2）控制导体ab的运动方向不变，改变______方向，观察灵敏电流计的指针偏转方向。
（3）实验结论： 感应电流的方向与_________方向和______方向有关。只改变其中一个方向，感
应电流的方向_____；若同时改变两个方向，感应电流的方向_______。8. 小明学习了磁现象的知识后，深受物理学家奥斯特和法拉第科学探索精神的影响，怀着极大的
兴趣利用如题图所示装置，探究电磁感应现象。
（1）他应在M、N之间接入________ ；
（2）闭合开关，让导体棒AB从图示位置上下运动时，电路中______（选填“有”或“没有”）
感应电流产生；若导体棒AB不动，左右移动磁铁，电路中_____（选填“有”或“没有”）感应电流
产生；
（3）在仪器和电路连接都完好的情况下，某小组的实验现象不太明显，在不增加器材的前提下，
请提出一条改进措施：_________；
（4）从能量的角度分析，产生感应电流的过程就是机械能转化为电能的过程，生活中利用电磁感
应原理的实例有________（列举1个）。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
