电与磁 2 资料.docx
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电与磁2资料
电和磁
（二）
学习内容
1．电磁感应
2．发电机
3．电能的输送
4．磁场对电流作用
5．直流电动机
6．电能的优越性
学习要求
1．知道电磁感应现象；知道产生感应电流的条件，能对导体中有无感应电流做出判断；知道在电磁感应现象中，能量的转化。
2．知道发电机的原理：
能说出发电机为什么能发电；知道什么是交流电；知道我国供生产和生活用的交流电的周期是0．02秒、频率是50赫兹的意思；能把交流电和直流电区分开来；知道交流发电机的主要组成部分。
3．知道远距离输送电能要用高电压的道理。
4．知道通电导体在磁场中运动起来，是磁场对电流存在力的作用；知道通电导体在磁场中受力的方向，既跟电流方向有关，又跟磁感线的方向有关；能正确地说明通电线圈在磁场里转动的道理；知道通电导体和通电线圈在磁场里受力而运动，是消耗了电能，转化为机械能。
5．知道直流电动机的原理：
知道换向器在直流电动机中的作用；能区分直流电动机和交流发电机
6．知道使用电能的优越性。
学习目标：
1、知道电磁感应现象,知道产生感应电流的条件,知道感应电流方向跟哪些因素有关。
2、知道在电磁感应现象中实现了能的转化。
3、知道发电机的构造和工作原理,知道发电机是机械能转化为电能的装置。
4、知道直流电和交流电,知道家庭电路的电流是交流电及交流电的周期和频率。
5、知道磁场对通电导体有力的作用,知道通电导体受磁力作用而运动的过程中电能转化为机械能,知道通电导体在磁场中受力方向与哪些因素有关。
6、知道直流电动机的工作原理,知道换向器结构及其作用,知道电能可以转化为机械能。
7、常识性了解电能的优越性。
知识要点精析
1、产生感应电流的条件
产生感应电流必须同时具备两个条件：
（1）电路必须闭合；
（2）一部分导体做切割磁感线运动。
这里所指的切割运动，可以是垂直磁感线切割，也可以是斜着切割；可以是导体运动；也可以是磁场运动。
如果在没有构成闭合电路时，导体做切割磁感线运动，虽然没有感应电流，但是切割运动的导体两端有感应电压，一旦电路闭合，便由这个感应电压产生感应电流，而切割磁感线运动的导体就相当于一个电源。
2、感应电流的方向
导体中感应电流的方向，跟导体运动方向和磁感线方向有关。
现在我们就以导体运动方向和磁感线方向互相垂直这一最简单的情况为例来讨论。
如图所示，导体垂直于纸面，磁感线方向竖直向上，导体向右垂直切割磁感线，此时导体中感应电流的方向垂直纸面向外（用⊙表示）。
由于感应电流的方向跟导体运动方向和磁感线方向都有关，可以判定，若只是导体运动方向相反，那么感应电流方向就变为相反，即垂直纸面向内（用
表示）；若只是磁感线方向变得相反，那么感应电流的方向也变为相反，（即
）；若导体运动方向和磁感线方向同时变为相反方向，则感应电流的方向将保持不变（仍为⊙）。
3、电磁感应现象中的能量转化
在电磁感应现象中，外力移动导体消耗了机械能，而导体中产生感应电流便获得了电能，因此电磁感应现象中是机械能转化为电能，且遵守能量转化守恒定律。
4、交流发电机的构造和工作原理
交流发电机主要由转子和定子两部分组成。
大型发电机都采用旋转磁极式（线圈不动，磁极旋转）的结构，可使功率达几十万千瓦，甚至百万千瓦以上。
由于感应电流的方向是由导体切割磁感线的运动方向和磁感线的方向共同决定的，上述两个方向之一发生改变都可引起感应电流方向的改变，但两个方向同时改变时，感应电流的方向却不会改变．因此，交流发电机中保持一个方向不变，而改变另一个方向。
例如保持磁感线方向不变，让线圈的切割方向改变（旋转电枢式发电机）．随着线圈在磁场中的不断转动，当线圈每一次通过与磁感线垂直的平面时，导体切割磁感线的运动方向改变一次，即电流的方向改变一次．因此，线圈每转动一周，导体切割磁感线的方向改变两次，感应电流的方向也随之改变两次，这就是交流电产生的原因．这种随着线圈或磁极的旋转，电流方向周期性地发生改变的电流，称之为交流电。
可见，发电机是利用电磁感应现象制成的，它是把机械能转化为电能的装置。
5、交流电的周期和频率
周期和频率是描述交流电周期性变化快慢程度的物理量．周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，单位是s；频率是指每秒钟内线圈转动的周数，单位是Hz。
1Hz=1s-1。
周期T与频率f的关系为：
。
我国使用的交流电周期为0.02s，频率为50Hz，即1s内有50个周期，电流方向1s内改变100次。
6、磁场对电流的作用
由电流的磁效应可知，电流的周围空间也存在着磁场，因此可把通电导体等效看成一个磁体．又由磁场的基本性质：
磁场对放入其中的磁体有力的作用可知，当通电导体蹬磁体接近时，它们之间的相互作用也通过磁场而发生．因此，磁场对电流的作用，其实质也是磁体和磁体间通过磁场而发生的作用．
7、通电导体在磁场里的受力方向跟什么因素有关，如何改变
实验表明：
通电导体在磁场里的受力方向跟导体中的电流方向和磁感线的方向有关．在电流方向和磁感线方向都确定时，受力的方向也被确定．如果只改变电流方向或磁感线的方向，那么受力方向随之改变．但是若电流方向和磁感线方向同时变为相反方向，受力方向将不发生改变．
8、通电导体在磁场中何时不受力，何时受力最大
通电导体在磁场中，不是任意放置都会受力．当通电导体与磁感线平行时，受到的磁场力为零；当通电导体与磁感线方向垂直时，受到的磁场力最大．
9、通电线圈在磁场中的转动
当线圈平面与磁感线方向平行时，由于通电线圈的两条对边中的电流方向相反，它们在磁场中受到磁场力的方向相反，且不在一条直线上，在这两个力的作用下，线圈就会绕轴转动，当转到线圈平面与磁感线方向垂直的位置（平衡位置）时，线圈的两条对边因受到平衡力的作用将在该位置静止．但是通电线圈转到平衡位置之前具有一定的速度，由于惯性它会继续向前运动，转过平衡位置后受到磁场力方向改变又会使它返回平衡位置，所以线圈要来回摆动几下后再停下来。
10、直流电动机的工作原理
直流电动机是靠直流电源供电，把电能转化为机械能的装置。
它是利用通电线圈在磁场里受力而转动的现象制成的。
11、换向器的作用
直流电动机主要由磁极、线圈、电刷和换向器四部分组成，其中换向器是由跟线圈两端相连的两个彼此绝缘的半铜环组成，并与电刷接触良好。
换向器的作用是在线圈每经过平衡位置时，通过换向器及时自动改变线圈中的电流方向和线圈的受力方向，使线圈仍能按原来的方向连续地转动下去。
12、直流电动机和交流发电机的区别
直流电动机
交流发电机
原理
利用通电线圈在磁场里发生转动的原理制成的
利用电磁感应原理制成
构造
与电刷接触的是换向器
与电刷接触的是两个铜环
能量转化
电能转化为机械能
机械能转化为电能
在电路中的作用
用电器
电源
13、电能的优越性
（1）电能来源广泛。
自然界中存在的各种形式的能，都可以较容易地转化为电能。
（2）电能便于输送。
只要用导线就可将电能进行远距离高压输送，且能量损失小。
（3）电能使用方便。
它能通过用电器很方便地转化为其他形式的能，且用电器的效率较高。
（4）电能的污染小，有利于保护环境。
15、电能的应用
应用电能的过程就是将电能转化为其他形式能的过程。
常见的能量转化形式有火力和水力发电，目前还应大力发展风力发电、地热发电、太阳能发电、核能发电等。
典型例题
第一阶梯
[例1]哪个科学家首先发现了电磁感应现象？
说说它的应用及能量如何转化？
提示：
注意电磁感应概念及能量转化
参考答案：
英国物理学家法拉弟；发电机是利用电磁感应现象制成的；机械能转化成了电能．
说明：
电磁感应现象中有两点是要注意的，一是闭合电路的一部分导体，二是在磁场中做切割磁感线运动时，导体中才会产生电流，这种现象叫做电磁感应．发电机的能量转化是：
机械能转化成了电能．
[例2]导线运动方向如图3所示，试判断在这四种情况下电路中是否有感应电流产生？
提示：
注意：
产生感应电流的条件
参考答案：
C
说明：
分析本题要利用产生感应电流的两个必要条件．在图A、B中，电路是闭合的，但导体并没有切割磁感线，所以电路没有电流产生．在D图中虽然导体在磁场中做切割磁感线的运动，但电路是断开的，所以电路中也没有电流产生．而图C电路是闭合的，且一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动，所以图C中的电路有感应电流．
[例3]我国供生产、生活所用的交流电的周期、频率是多少你知道吗？
交流电方向每秒钟改变多少次?
提示：
周期性改变方向和大小的电流叫做交流电．
参考答案：
我国供电使用交流电的周期是0．02秒，它的频率50赫兹．每秒钟内电流方向改变100次．
说明：
周期是指发电机中线圈转动一周所用的时间，单位是秒．我国的交流电发电机1秒钟线圈转动50周,转动一周所用的时间是0．02秒，线圈转动一周电流方向改变两次．每秒钟内电流方向改变100次．
第二阶梯
[例1]最早发现电流周围存在磁场的科学家是：
A．法拉第 B．奥斯特 C．沈括 D．安培
提示：
分清每个科学家的主要贡献
参考答案：
B
说明：
奥斯特发现了电流周围存在着磁场，法拉弟发现了电磁感应现象，他们的发现揭示了电现象和磁现象的相互联系，完成了电生磁，磁生电的循环．我国宋代沈括是世界上最早记录磁偏角的人。
[例2]为什么要高压输电？
电流的输送路径？
提示：
远距离输电不能忽略导线的电阻．
参考答案：
远距离输送电能，要减小热损失，必须高压输电．如图5
说明：
从焦耳定律Q＝I2Rt分析可知，在远距离输送电能的过程中，由于输电导线电阻是不可忽略的，所以这种热损失是很大的．而减小电流是减少热损失的有效的方法。
因为，当电流减少1／2，电热则减少到原来的1／4．又根据P＝UI，我们要保持输出的总电功率不变，又要减少输送的热损失，则必须增大电压，所以远距离输电一定要高压输电．电能输送路径：
发电站→升压变压器→高压输电线路→降压变压器→用电单位．
[例3]某输电线路输送电能的功率为1100千瓦，输电线总电阻是20欧．如果用22O伏电压或用22千伏的电压输送，电流分别是多大？
输电线上损失的功率各是多大？
两次热损耗的比是多少？
提示：
通过计算进行比较．
参考答案
5000安；50安，5×108瓦，5×104瓦，10000：
1
说明：
I＝P／U＝1100千瓦／0．22千伏＝5000安
I'＝P／U'＝1100千瓦／22千伏＝50安
P损＝I2R=（5000安）2×20欧＝5×108瓦
P损＝I2R=（50安）2×20欧＝5×104瓦
P损∶P损＝10000∶1
第三阶梯
[例1]某同学组装了一个直流电动机模型．当接通电源后不能转动，检查故障的原因可能是
A．磁铁的磁极装反了
B．线圈正好处于平衡位置
C．电刷与换向器接触不良
D．转子中的线圈的线断了
E．转子和定子之间出现摩擦
提示：
总结一下课上你组装直流电动机模型时，你和你的同学们是怎样检查故障的，或分析上面的结构图6
参考答案：
B；C；D；E
说明：
请看实物图，来分析一下电动机不转的原因，首先检查电动机组装情况，如线圈和磁靴之间是否有摩擦，有些同学动手能力差些，会出现过松、过紧机械问题防碍线圈转动，当手转动轴自如时，再查查线圈是否正处于平衡位置、电刷与换向器接触情况、线圈的线是否有断线．
[例2]如图7、图8，请识别那个是交流发电机、直流电动机？
提示：
分析二图的不同之处．
参考答案：
线圈外接电源的是直流电动机．外接电流表的是交流发电机．
说明：
发电机是个电源，它是向外供电的装置，所以它的外电路接的应是电流表、用电器等元件．而电动机是通电而动的用电器，线圈外一定要接上电源才能工作。
[例3]下列说法不正确的是：
（）
A．交、直流发电机都是应用电磁感应现象制成的
B．交、直流发电机都是将机械能转变为电能的装置
C．当闭合电路的一部分导线在磁场中运动时一定会产生感应电流
D．当一导体在磁场中做切割磁感线运动时导体两端会产生感应电压
提示：
注意产生感应电流的条件
参考答案：
C
说明：
产生感应电流的条件是两条，如果是沿着磁感线运动，闭合电路中是不会产生电流的．在选项C中没讲是做什么运动，所以是错的．而当电路不闭合时，导体要切割磁感线导体两端只有感应电压，不会有感应电流．所以A、B、D是正确的．
第四阶梯
例1、下列关于电磁感应现象的说法正确的是（ ）。
A、电磁感应现象中电能转化为机械能 B、导体在磁场中运动就会产生感应电流
C、感应电流的方向只跟导体运动方向有关D、发电机是利用电磁感应现象制成的
解:
选D。
分析：
本题考查电磁感应现象。
关键是全面地掌握产生感应电流的四个条件：
①闭合电路；②导体的一部分；③导体在磁场中；④做切割磁感线运动。
四个条件都具备时才能产生感应电流。
感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向有关。
电磁感应现象中是机械能转化为电能，利用它可以制成发电机。
例2、下图中，a表示垂直于纸面的一根导体，它是闭合电路的一部分，在磁场中运动的方向如图所示，其中能够产生感应电流的是（ ）
分析：
在（A）和（B）两个中，闭合电路的一部导体a是沿着磁感线的方向，或逆着磁感线的方向运动，因此都不是做切割磁感线的运动，都不能产生感应电流。
（C）和（D）两个图中，闭合电路的一部分导体a都是在做切割感线的运动，因此，导体中都能够产生感应电流。
答案：
正确的选项是（C）和（D）。
例3、在如图所示的实验中，导体AB受到的力的方向水平向左，为了使它受力的方向水平向右，可采用以下哪种办法（ ）。
A、改变导体中电流的方向 B、使磁铁两极对调
C、增大电路中电流 D、在改变导体电流方向的同时，将磁铁两极对调
解:
选A、B项。
分析：
本题考查的知识点是通电导体在磁场中受力。
解题的关键是通电导体在磁场中受力方向跟电流方向和磁感线方向有关。
如果电流方向相反，或者磁感线方向相反，导体受力方向也相反。
根据这条规律可知，选项A、B都可行。
选项C中增大电流与导体受力方向无关，故选项C是错的。
选项D中可使导体受力方向两次反向，结果是受力方向不变。
例4、在如图所示中关于甲、乙两图正确的说法是（ ）
A、利用图甲所示实验的原理可制成电动机
B、利用图甲所示实验的原理可制成发电机
C、图甲是研究电磁感应现象的装置
D、图乙研究的现象中可将电能转化为机械能
解:
选A项。
由图甲可知，此实验的现象是导体AB通电后在磁场中受力产生运动，利用该实验的原理可制成的是电动机，故A正确。
而B、C是错误的。
图乙研究的是电磁感应现象，当开关闭合后，如果导体在磁场中做切割感线运动，电路中产生感应电流，电流表指针摆动，在这一现象中，是机械能转化为电能，所以D错。
例5、为什么第一个登上月球的车是用电来驱动的？
解:
宇航员在月球上用蓄电池的电力驱动的车行走，主要是由于电能的使用非常方便，它能够转化为各种其他形式的能，而且效率高，管理和操作比较简单，污染少，且适宜在没有空气的月球上使用。
巩固练习：
1、电与磁的联系可以由三个重要的实验所证实，如下图所示。
（1）①_____________实验
②它证实了：
____________________________________________________
③应用举例：
__________________________
（2）①实验证实了_________________________________________________________________
②实验过程中发生的能量转化____________________________________________________
③应用举例：
__________________________
（3）①实验证实了_________________________________________________________________
②实验过程中能量转化是：
____________________________________________________
③应用举例：
__________________________
2、在下图所示装置中，当工作电路发生故障而断开时红灯亮，而且铃响报警；当故障排除后工作电路接通，绿灯就亮，试说明原因。
3、一台发电机，输出功率是200千瓦，输出电压是250伏，输出电流是多少安？
4、闭合电路中的一段直导线L水平放置在一个竖直向下的磁场中如图所示，当导线 L 做下列那种运动时有感应电流的产生（ ）
A、竖直向上移动； B、竖直向下移动；
C、垂直纸面移动； D、由左向右移动。
5、世界上第一个清楚地、准确地论述地理两极跟地磁两极不重合的科学家是（ ）
A、奥斯特 B、沈括 C、法拉第 D、爱迪生
练习答案：
1、
（1）①奥斯特 ②电流周围有磁场 ③电磁铁
（2）①通电导体在磁场中要受到磁力的作用 ②电能转化成机械能 ③电动机
（3）①闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体会产生感应电流 ②机械能转化为电能 ③发电机
2、当工作电路正常工作时，电磁铁有磁性，吸引衔铁，使绿灯亮；当工作电路有故障而断开时，电磁铁失去磁性，弹簧将衔铁拉起使绿灯电路断开，而红灯、电铃与电源接通，则绿灯灭，而红灯亮，且电铃响。
3、800安
4、C
5、B
测试
选择题
1．要想改变导体中感应电流的方向，下列说法中正确的是
A．改变导体切割磁感线的方向
B．改变导体切割磁感线的速度
C．改变磁场的强弱
D．使导体沿磁感线的方向运动
2．关于电磁感应现象下列说法中正确的是
A．闭合电路的一部分导体在磁场中运动，一定有感应电流产生
B．导体的一部分在磁场中做切割磁感线运动，一定有感应电流产生
C．在电磁感应现象中，机械能转化为电能
D．电磁铁是根据电磁感应的原理制成的
3．为使直流电动机的线圈持续转动，当线圈转过什么位置时，换向器改变其中的电流方向 ．
A．线圈平面与磁感线方向垂直时
B．线圈平面与磁感线方向平行时
C．线圈平面与磁感线方向成任意角度时
D．以上说法都不对
4．下列叙述正确的是
A．发电机是根据通电线圈在磁场中受力而转动的原理制成的
B．发电机是将机械能转化成电能的装置
C．电动机的构造比热机的构造简单
D．电动机的效率比热机高得多
5．英国物理学家法拉第的重大发现是
A．电流通过导体时，导体要发热，即电流的热效应
B．电流周围产生磁场，即电流磁效应
C．通电导体在磁场中受到磁力作用
D．闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动，产生感应电流
6．直流电动机的线圈和外部电路中的电流方向的关系，正确的说法应该是
A．线圈中电流方向是变化的，外部电路里的电流方向是不变的
B．线圈中电流方向是不变的，外部电路里的电流方向是变化的
C．线圈中电流方向和外部电路中的电流方向都是不变的
D．线圈中电流方向和外部电路中的电流方向都是变化的
7、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，它在磁场中沿图示的方向运动时，哪种情况下不会产生感应电流（ ）
A B C D
8、关于产生感应电流的条件，下面说法正确的是（ ）
A、任何导体在磁场中运动都产生感应电流。
B、只要导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就能产生感应电流。
C、闭合电路的一部分导体，在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。
D、闭合电路的一部分导体，在磁场里沿磁感线方向运动时，导体中就会产生感应电流。
9、如图所示，放在磁场中的矩形线圈abcd，自图示位置（即线圈平面与磁感线垂直的位置）开始绕OO'轴转动，则（ ）
A、线圈在转动过程中各边均不切割磁感线，无感应电流产生
B、线圈转动的前半周中，线圈中电流方向不变
C、线圈平面与磁感线方向平行时，线圈中无电流
D、线圈转动的过程中，各边都在不停地切割磁感线
10、下面所述过程中，电能转化机械能的是（ ）
A、电流通过电阻器发热
B、电磁感应现象
C、通电导体在磁场中会受到力的作用而运动
D、通电导线周围存在磁场
答案与解析
答案：
1、A 2、C 3、A 4、BCD 5、D 6、A 7、D 8、C 9、B 10、C
解析：
1、
分析：
导体中的感应电流方向，跟①导体运动方向和②磁感线方向有关。
导体的运动方向指的是导体切割磁感线的方向，这两个条件只要改变一条导体产生的感应电流方向就发生改变。
所以A中的感应电流方向一定改变。
B、C、D叙述中的①和②条件并没有改变，所以B、C、D都错。
答案：
A
2、
分析：
闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，才有感应电流产生。
若不做切割磁感线运动或做切割磁感线但导体不闭合都不能产生感应电流，则A、B错。
在电磁感应现象中要消耗机械能并转化为电能，则C正确,而电磁铁是根据电流的磁效应制成的，所以D是错的。
答案：
C
3、
分析：
换向器的作用是当线圈刚转过平衡位置时就自动的改变线圈中的电流方向。
而平衡位置恰好是线圈平面与磁感线方向垂直时的位置，所以A正确。
答案：
A
4、
分析：
发电机是根据电磁感应现象制成的，发电机是把机械能转化成电能的装置。
则A错B正确。
由电动机的优点可知C、D正确。
答案：
B、C、D
5、6、略
7、
思路点拨：
因为题中导体都是闭合电路的一部分，根据
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