第6节 磁生电-人教版九年级《物理》全一册表格式教学设计

PAGE1第6节磁生电（教学设计）年级九年级学科物理教师课题第6节磁生电教学目标物理观念了解电磁感应现象的产生条件及其在生产生活中的应用，了解发电机的工作原理和涉及的能量转化。科学思维经历对实验现象进行观察、记录、分析、归纳，得出导体在磁场中运动时产生感应电流条件的过程，发展抽象概括的思维能力。科学探究通过探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件的实验，增强设计实验与制订方案、获取与处理信息、基于证据得出结论的能力。科学态度与责任结合磁生电在生产生活中的应用及我国的科技成就，认识科技对社会发展和人类生活的影响、增强科技强国的责任感。教材分析本节主要包括磁生电和发电机两部分内容。磁生电部分聚焦于通过实验探究，揭示导体在磁场运动时产生感应电流的条件。发电机部分则是基于磁生电原理，阐述发电机的工作原理及能量转化，展现科学知识与技术的紧密结合。本节与前面所学的电生磁知识共同构建起电磁相互作用的知识体系。本节教学的重点和难点都是产生感应电流的条件。可以通过实验“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”来突破重难点。学情分析1.知识储备分析：九年级学生已经学习了一系列有关电和磁的原理与现象，包括磁现象、磁场、电生磁等知识点。他们对电和磁的理解具备了一定的基础，这为学习磁生电打下了良好的铺垫。2.学习难点分析：九年级学生已经具备了一定的观察、实验和分析归纳能力。然而，由于接触电和磁知识时间不长，他们的逆向思维能力（如从电生磁到磁生电的逆向思考）仍有待完善。对于电磁感应现象这一较为抽象的概念，学生可能存在较多的疑惑和好奇。因此，在教学程中，教师需要创设情境，引导学生完善设计方案，获得正确结论，培养学生周密思考的能力。教学重点产生感应电流的条件。教学难点产生感应电流的条件。教学器材蹄形磁铁、灵敏电流计、开关、铁架台、方形线圈、导线、手摇发电机、小灯泡、发光二极管、发电机模型。多媒体ppt，包含视频《探究产生感应电流的条件》、《手摇发电机原理》、《发电机原理》等。教学过程教师活动学生活动导入新课【回忆奥斯特实验】奥斯特发现电流的磁效应之后，许多科学家都在思索：既然电流能产生磁，那么磁能否产生电呢？英国物理学家法拉第经10年的探索，在1831年取得突破，发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现，进一步揭示了电和磁之间的联系。根据这个发现，后来发明了发电机，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化的时代。【提问】现在，我们使用的电大多是由发电机提供的。那么发电机是如何发电的？什么条件下才能生电？今天我们就研究这个问题。。学习新课一、磁生电1.电磁感应现象（1）探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件【实验思路】尝试用磁来生电时，需要哪些器材？磁场可以由永磁体提供，如蹄形磁体。为了获得电流，应该用导线连成闭合电路，并将电流表连入电路中，以观察电流。尝试使导线静止在磁场中，或在磁场中运动……看看电路中是否有电流。①用蹄形磁体提供磁场。②用电流表检验电路中是否有电流。③产生电流的条件可能有多个，采用控制变量法进行探究。④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。【实验过程】①闭合开关，让导线ab在磁场中静止，发现指针不偏转；②让导线ab在磁场中沿竖直方向上下运动（与磁感线平行），发现指针不偏转；③让导线ab在磁场中沿水平方向里外运动（与ab平行），发现指针不偏转；④让导线ab在磁场中沿水平方向左右运动（切割磁感线），发现指针偏转；⑤让导线ab在磁场中斜向上运动（或斜向下），发现指针偏转；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），发现指针不偏转。【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。【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。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。②导体中产生感应电流的条件：导体是闭合电路的一部分；导体在磁场中做切割磁感线运动。（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。2.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，发现电流表指针向右偏转。②闭合开关，让导体AB向右运动，观察实验现象，发现电流表指针向左偏转。③将磁体的N、S极对调，闭合开关，让导体AB向左运动，电流表指针向左偏转。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。【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。【播放视频】——《探究感应电流的产生条件》【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：（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；序号导体AB的运动情况有无感应电流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（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。【答案】（1）前后；（2）斜向上/斜向下；（3）机械，电源.【解析】（1）闭合电路的一部分导体在磁场中的运动方向与磁场方向不垂直，只要切割磁感线时，如导体AB前后运动时，电路中也会产生感应电流。所以小明的说法错误。（2）根据表格现象发现，导体AB在磁体中斜向上或斜向下运动时，此时虽然不是垂直切割磁感线，但也有感应电流，小明说：“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”是不全面的。（3）闭合电路的一部分导体在磁场切割磁感线运动时，从而产生感应电流，从能量的角度来分析，感应电流的产生过程是将机械能转化为电能。要探究磁场对电流的作用，电流中需要有电源，所以可将图中的灵敏电流计换成电源。根据所提问题，进行实验设计，选择实验器材，了解其作用。设计并进行或观察实验。记录实验现象。分析实验现象，归纳结论，知道电磁感应现象，归纳出产生感应电流的条件。对产生感应电流的条件进一步理解。知道该现象中能量的转化。在上述实验的基础上，继续进行实验，探究影响感应电流方向的因素。分析实验现象，归纳结论，知道影响感应电流方向的因素。观看视频，了解探究的完整过程。做例题1，对“探究感应电流产生的条件”这个实验加深理解，掌握产生感应电流的条件。学习新课二、发电机【过渡】导体切割磁感线会产生电流，人们根据这一原理制造发电机。1.演示：手摇发电机发电（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？观察结果：磁铁形状是蹄形磁铁；线圈是通过电刷与灯泡（或二极管）串联的；摇把是通过皮带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。慢速摇动转轮快速摇动转轮摇把转得快时小灯泡亮，摇把转得慢时小灯泡暗，说明电流大小与转速有关，转速越大，电流越大。（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现象与分析：两个二极管交替发光，说明产生的电流方向在不断变化。（4）探究结论：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。【播放视频】——《手摇发电机工作原理》2.交流与直流（1）交流：如果导线左右往复运动，电流表指针来回摆动，电路中产生的是交变电流，简称交流。（2）直流：之前我们学习的电路用电池供电，电路中的电流从电池的正极流向负极，方向不改变。这种电流叫作直流。（3）交变电流的频率：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50Hz。3.交流发电机（1）发电机主要构造：磁铁、线圈abcd、铜环K与L、电刷A与B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【以下活动，在学生回答的基础上，共同完成】（1）实际发电机的主要构造定子转子主要有磁体、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，把燃料中的化学能或者水库中水流的动能转化为电能。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电能。②火电站：火力发电是利用可燃物在燃烧时产生的内能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。【播放视频】——《发电机工作原理》【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。【答案】小灯泡发光；电磁感应现象；相反；交变.【解析】若电路中有电流，则电流通过灯泡时会使灯泡发光，故可以通过灯泡发光来判断电路中有电流。手摇式发电机是根据闭合回路中的一部分在磁场中做切割磁感线运动来产生感应电流的，即为电磁感应现象。发光二极管有单向导电性，两个发光二极管极性相反地并联后再与发电机串联，交替发光说明电路中的电流方向时刻在发生改变，即产生的是交流电流。【例题3】电动机和发电机的工作原理图如图所示，下列说法正确的是（C）A．图甲中，线圈ab边和cd边受力方向相同B．图甲中，线圈所在的位置叫平衡位置C．图乙中，线圈逆时针转动时，外部电路中的电流方向呈周期性变化D．图乙中，线圈逆时针转动时，外部电路中的电流方向不变化【解析】A．图甲中，线圈ab边和cd边所在磁场方向相同，电流方向不同，受力方向不同，故A错误；B．图甲中，线圈ab边和cd边所受力的大小相等，方向相反，但不在同一条直线上，整个线圈受力不平衡，不是平衡位置，故B错误；CD．图乙中，线圈逆时针转动时，线圈切割磁感线的方向周期性变化，外部电路中的电流方向呈周期性变化，故C正确，D错误。故选C。观察手摇发电机，回答问题。进行实验或观察实验现象，找出影响二极管亮度的因素。进行实验或观察现象，分析二极管交替发光的原因，知道发电机中电流的方向是变化的。观看视频，加深理解手摇发电机的原理。知道交流电的概念，我国交流电的频率。观察交流发电机模型，说出其构造、各部分部件的作用。与老师一起分析交流发电机的工作原理。阅读课本第169—170页，回答实际发动机的主要构造，发电过程中能量的转化。观看视频，进一步理解掌握发电机的构造及工作原理。做例题2，分析手摇发电机产生交流电的特点。做例题4，知道电动机与发电机的区别。学习新课三、磁记录1.软磁性材料和硬磁性材料【回忆复习】（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，也就是被磁化了。（2）软磁性材料：软铁磁化后，磁性很容易消失，称为软磁性材料。（3）硬磁性材料：钢等物质在磁化后，磁性能够保持，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.磁带式录音机原理磁带式录音机的磁带上附有一层磁粉，就是由硬磁材料制成的小颗粒。录音磁头的工作原理（1）录音时，声音先转变成强弱和方向都变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了强弱和方向都变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被不同程度地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。（2）放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱和方向都变化的磁带使放音磁头中产生变化的感应电流，电流经放大后使扬声器发声，就“读”出了磁带中记录的信息。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。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。【例题4】】如图所示是动圈式话筒的构造示意图，当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，产生随声音变化而变化的电流，经放大后通过扬声器还原成声音。关于动圈式话筒下列说法正确的是（B）A．是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理工作的 B．是利用电磁感应现象的原理工作的C．工作时将电能转化为机械能 D．与电磁继电器的工作原理相同【详解】AB.动圈式话筒是利用电磁感应原理：人说话时，声带振动产生声音，声音通过空气传播到膜片，使膜片以及与膜片相连的线圈在磁场中运动，故能产生感应电流，故A错误，B正确；C.线圈在运动中能量的转化情况是机械能转化为电能，故C错误；D.电磁继电器主要是利用电磁铁工作的，电磁铁是根据电流的磁效应制成的，故D错误。故选B。回忆磁化、软磁性材料及硬磁性材料等概念。阅读课本第170页中的“磁记录”，了解磁带式录音机的原理及磁记录的应用。做例题4，知道话筒的工作原理及其能量转化。课堂练习课堂练习1．2024年12月26日，华能临高海上风电场项目实现主体施工收官，标志海南首个海上风电项目整体完工。下列图片中能说明发电机工作原理的是（）A． B．C． D．【答案】D【详解】A．图中电路有电源，是通电导体在磁场中受力运动的装置，是电动机的工作原理，故A不符合题意；B．图中是探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关的实验，利用的是电流的磁效应，故B不符合题意；C．图中是奥斯特实验，说明了通电导线周围存在磁场，故C不符合题意；D．图中没有电源，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电流表指针会发生偏转，产生感应电流，这是电磁感应现象，能说明发电机的工作原理，故D符合题意。故选D。2．如图所示，在a、b两端接入电源或电流表组成不同装置，以下正确的是（）A．接电源，实验原理和电动机的工作原理不相同B．接电源，实验过程中可以将机械能转化为电能C．接电流表，移动直导线电流表指针不一定偏转D．接电流表，实验原理和电动机的工作原理相同【答案】C【详解】A．当a、b两端接入电源时，通电直导线置于磁场中会受到力的作用而运动，此为磁场对电流的作用，其原理与电动机的工作原理一致，故A错误；B．当a、b接电源时，通电直导线在磁场中运动，是将电能转化为机械能，故B错误；C．当a、b两端接入电流表时，只有直导线做切割磁感线的移动时，才会产生感应电流使电流表指针偏转；若移动方向平行于磁感线，则不会切割磁感线，无法产生感应电流，指针不偏转，即移动直导线电流表指针不一定偏转，故C正确。D．当a、b两端接入电流表时，移动直导线，若其做切割磁感线运动，电路会产生感应电流，电流表指针会发生偏转，这属于电磁感应现象，是发电机的工作原理，故D错误；故选C。3．甲、乙所示分别是动圈式话筒与动圈式扬声器的内部构造原理图，其中正确的是（

）A．话筒将电信号转化为声信号B．话筒是利用电流的磁效应原理工作的C．扬声器是利用电磁感应原理工作的D．扬声器是利用磁场对电流的作用工作的【答案】D【详解】AB．对着话筒说话，声音使膜片振动，使线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，即将声信号转化为电信号，这是电磁感应现象，故AB错误；CD．变化的电流经放大器放大后，通过扬声器的线圈，由于通电导线在磁场中受力的作用，故能使线圈在磁场中受力来回振动，带动纸盆也来回振动，扬声器就能够发声了，将电信号转化为声信号，是利用磁场对电流力的作用原理，故D正确，C错误。故选D。4．如图所示是发电机模型，图中标有“红”、“绿”字样的是发光二极管。当线圈匀速转动时，下列说法错误的是（

）A．线圈转动过程中，两个二极管交替发光 B．线圈转至某位置时，两个二极管都不发光C．线圈转动过程中，线圈中的电流大小变化 D．该装置中的线圈和磁体部分在电路中相当于用电器【答案】D【详解】A．发电机通过线圈在磁场中匀速转动切割磁感线，产生感应电流。由于线圈转动方向周期性变化，感应电流的方向也会周期性变化，即产生交流电。发光二极管（LED）具有单向导电性，即电流只能从正极流向负极时才能发光。若电流方向反向，二极管截止，不发光。线圈转动时，感应电流方向交替变化。当电流方向与某一二极管的正向导通方向一致时，该二极管发光；另一二极管因反向截止不发光。当电流方向反向时，之前发光的二极管截止，另一二极管导通发光。因此，两个二极管会交替发光，故A正确；B．当线圈平面与磁感线方向垂直（处于中性面）时，线圈边的运动方向与磁感线平行，不切割磁感线，感应电流为零。此时两个二极管均无电流通过，都不发光。故B正确；C．线圈匀速转动时，切割磁感线的速度大小不变，但方向周期性变化。感应电流的大小随时间规律性变化，因此电流大小是变化的，故C正确；D．发电机中，线圈和磁体通过相对运动产生感应电流，为电路提供电能，因此它们相当于电源，故D错误。故选D。5.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。【答案】（1）铝；（2）灵敏电流计的指针是否偏转向；（3）不偏转；（4）见解析；（5）电源。【详解】（1）在探究电磁感应现象的实验中，我们必须保证处于磁场中的这部分是导体。塑料是绝缘体，铝是导体，所以我们应选择铝棒。（2）有电流通过灵敏电流计时，指针会发生偏转，所以可以通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中是否有电流。（3）将悬挂的导体放入磁体中，闭合开关，导体在磁体中竖直上下运动，没有切割磁感线，没有感应电流产生，电流计指针不会偏转。（4）电磁感应中，感应电流大小与磁场强弱、切割磁感线的速度等有关，实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，是电流过小，为了使指针偏转明显，可增加