182~183科学探究怎样产生感应电流电能的输送

沪科版九年级第十八章《电能从哪里来》18.2科学探究：怎样产生感应电流18.3电能的输送【知识梳理】一、科学探究：怎样产生感应电流1．发现者：1831年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象。2．内容：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是一种电磁感应现象，电磁感应现象中产生的电流称为感应电流。3．产生感应电流的条件：（1）闭合电路；（2）一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。4．感应电流的方向：与磁场方向和导体运动方向都有关。5．应用：发电机、动圈式话筒。二、电能的输送1.输送电能时要采用高压输电，可以减少电能在输电线路上的损失。在输电功率一定时，根据P=UI，提高输电电压，就可以减小输电线上的电流。根据焦耳定律，在导线电阻和通电时间一定时，电流越小，导线上产生的电热就越少，电能损耗就越小。2.发电厂发出的交流电需先用升压变压器把电压升高到数百千伏后再送到交流电网上，升压后的高压电流通过架空电压输电线送到用到用电地区的变电站进行一至两次降压，电压降至10kV后送到工矿、科研和生活区等目的地，再用变压器降至220V供家庭用户。3.高压触电分为高压电弧触电和跨步电压触电。高压电弧触电：当高压带电体与人、动物和建筑物等物体距离较近时会产生放电现象，使人和动物触电，称为电弧触电。跨步电压触电：高压输电线断裂后，一端落到地上，在地面上以落地点为中心的区域内会形成很高的电压，这通常称为跨步电压。4.安全用电原则：不接触低压带电体，不靠近高压带电体。【易错点】1.在电磁感应现象中一定要强调“闭合电路”是因为如果电路不闭合，一部分导体在磁场中做切割磁感应线运动时不能产生感应电流，只能产生感应电压。2.电磁感应现象中之所以强调闭合电路的“一部分导体”，是因为当整个闭合电路切割磁感线时，左右两边产生的感应电流方向分别为逆时针和顺时针，对于整个电路来讲电流抵消了。SHAPE3.导体运动的方向或磁感线方向中有一个发生改变，则感应电流的方向随之改变；若导体运动方向和磁感线方向同时改变，则感应电流的方向不变。【规律总结】1.电动机与发电机的比较类型直流电动机交流发电机原理图原理通电导体在磁场中要受到力的作用(或磁场对电流的作用)电磁感应现象构造转子、定子，有换向器转子、定子，无换向器部件作用由两个铜制半环构成换向器，其作用是当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流的方向，使线圈连续转动交流发电机线圈的两端各接有一个铜制圆环，铜环随线圈一起转动，将线圈中产生的电流传输给外部能量转化电能转化为机械能机械能转化为电能电路中的作用消耗电能，其实质为__用电器__提供电压，其实质为电源区分关键因电而动，电路中要有电源因动生电，电路中无电源2.采用高压输电是为了减少电能在输送过程中的损失。根据P=UI，在输电功率一定时，提高输电电压，就可以减小输电线中的电流。根据焦耳定律，在输电线电阻和通电时间一定时，电流越小，产生的电热就越少，电能损失就越小（即减小了输电线功率损耗）。【典例分析】（2022·内蒙古呼和浩特·中考真题）1831年，英国物理学家法拉第发现了磁生电，使人类大规模用电成为可能，开辟了电气化新时代。下列图中，闭合开关，回路中可以产生感应电流的是（）A．导体棒向上运动B．导体棒向下运动C．导体棒向左运动D．U形磁铁向上运动【答案】C【解析】AB．蹄形磁体不动，导体在蹄形磁体中上下运动，导体在磁场中没有切割磁感线运动，电路中没有感应电流产生，故AB不符合题意；C．蹄形磁体不动，导体在蹄形磁体中左右运动，导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中产生感应电流，故C符合题意；D．导体不动，蹄形磁体向上运动，导体在磁场中没有做切割磁感线运动，电路中没有感应电流产生，故D不符合题意。故选C。【思路小结】只有闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，导体中才会产生感应电流。在本题中，先确定磁感线方向为竖直方向，然后与竖直方向相交的运动为切割磁感线运动。【夺冠训练】1．（2022·辽宁大连·统考中考真题）下列设备的工作原理是电磁感应现象的是（）A．扬声器 B．发电机 C．电动机 D．电磁铁【答案】B【解析】A．扬声器通过通电线圈在磁场中振动，把带有声音信号的电流转变成声音，利用了通电导线在磁场中受力的作用，故A不符合题意；B．发电机的线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流、利用电磁感应现象原理，故B符合题意。C．给电动机的线圈通电，线圈在磁场中做机械运动，利用了通电导体在磁场中受力的原理，故C不符合题意；D．电磁继电器也是利用电流的磁效应，即利用衔铁被吸动而改变电路的闭合、断开情况进行工作，故D不符合题意。故选B。2．（2022·江苏淮安·统考中考真题）如图所示，有轨电车是城市交通现代化的标志，直流电动机是有轨电车的动力心脏，其工作原理是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】直流电动机是有轨电车的动力心脏，其工作原理是利用通电线圈在磁场中受力而转动制成的。A．由A图可知，通电导体在磁场中受力而运动，故A符合题意；B．由B图可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流，这是电磁感应现象，发电机是根据这个原理制成的，故B不符合题意；C．由C图可知，该电路图是探究影响电磁铁磁性强弱的因素，故C不符合题意；D．由D图可知，这探究的是电流的磁现象，即通电导体周围存在磁场，故D不符合题意。故选A。3．（2022·辽宁·统考中考真题）如图是一款自发电手电筒。上下快速移动手电筒，筒内的磁体就会上下运动，使筒壁上的线圈内产生感应电流，为手电筒内的蓄电池充电。下列说法正确的是（）A．动圈式话筒也应用了手电筒的发电原理B．感应电流给蓄电池充电时，蓄电池相当于电源C．闭合开关，灯泡发光，灯泡将光能转化为电能D．导线中电流的方向就是电荷定向移动的方向【答案】A【解析】A．手电筒的工作原理是电磁感应现象，动圈式话筒工作过程：声波振动——引起膜片振动——带动线圈振动——线圈切割磁感线产生感应电流——经放大器传给扬声器，所以其工作原理是电磁感应现象，与手电筒的工作原理相同，故A正确；B．感应电流给蓄电池充电时，蓄电池将电能转化为化学能储存起来，消耗了电能，相当于用电器，故B错误；C．闭合开关，灯泡发光，消耗电能，获得光能，所以是电能转化为光能，故C错误；D．导线是金属导体，靠自由电子定向移动形成电流，电流的方向为正电荷定向移动的方向，与电子定向移动的方向相反，故D错误。故选A。4．（2022·广西梧州·统考中考真题）某科技创新大赛上展示了一款新型皮箱，其内部没有电源，但拖动皮箱让轮子滚动时，嵌在轮子里的LED灯会发光，夜间行走更安全，下列选项中与其原理相同的是（）A． B．C． D．【答案】B【解析】A．图中的实验是奥斯特实验，其说明电流的磁效应，与题干的皮箱的电磁感应现象的原理不同，故A不符合题意；B．图中实验装置无电池，闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流，是电磁感应现象，故B符合题意；C．图中是电磁继电器的结构，它是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关，与皮箱的电磁感应现象的原理不同，故C不符合题意；D．图中实验装置说明通电导线在磁场中受力而运动，与皮箱的电磁感应现象的原理不同，故D不符合题意。故选B。5．（2022·广西柳州·统考中考真题）如图所示的手压式手电筒，通过按压手柄，电筒内线圈做切割器感线运动，能使电简发光。这种发电利用了（）A．尖端放电 B．电磁感应 C．摩擦起电 D．电流热效应【答案】B【解析】按压手柄，使线圈做切割磁感线运动，导体中有感应电流产生，这种现象是电磁感应现象，感应电流通过灯泡，灯泡发光。手压电筒是根据电磁感应现象制成的。故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。6．（2022·内蒙古赤峰·统考中考真题）利用“磁生电”来工作的是（）A．电饭锅 B．动圈式话筒C．电磁起重机 D．扬声器【答案】B【解析】A．电饭锅是利用电流的热效应工作的，故A不符合题意；B．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流，这是电磁感应现象。动圈式话筒线圈随声音的振动在磁场中做切割磁感运动时产生感应电流，将声信号转化为电信号，工作原理是电磁感应现象，故B符合题意；C．电磁起重机是利用电流的磁效应工作的，故C不符合题意；D．扬声器是利用通电导体受到磁场力的作用工作的，故D不符合题意。故选B。7．（2023·河北保定·九年级校考期末）学生进入初中学业水平考试考场时，监考教师会使用金属探测仪对学生进行检查，学生如果携带金属制品，探测仪就会产生电流并报警。以下器件中工作原理与此相同的是（）A．发电机 B．电动机C．扬声器 D．电磁铁【答案】A【解析】当线圈靠近金属物体时，在金属物体中产生电流，相当于闭合电路中的部分导体在做切割磁感线运动时，在金属中产生感应电流，采用的是电磁感应原理。A．发电机是利用线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，利用的是电磁感应原理，故A符合题意；B．电动机是利用通电导体在磁场中受力的作用而制成的，故B不符合题意；C．扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用而运动的原理制成的，故C不符合题意；D．电磁铁是利用电流的磁效应制成的，故D不符合题意。故选A。8．（2023秋·四川成都·九年级四川省成都市七中育才学校校考期末）关于下列四幅图，说法正确的是（）A．甲图是发电机的模型图，扬声器的原理与之相同B．乙图是电动机的原理图，麦克风的原理与之相同C．丙图说明磁能生电D．丁图是发电机的模型图，其它条件不变，只将磁体南北极对调，流过灯泡的电流方向将改变【答案】D【解析】A．甲图属于通电导体在磁场中受力的作用，是电动机的模型图，电能转化为机械能，扬声器原理与之相同，故A错误；B．乙图属于通电导体在磁场中受力的作用，是电动机的实物连接图，电能转化为机械能，麦克风是把声信号转换成电信号，即把机械能转化为电能，故B错误；C．丙图是奥斯特发现了电流的磁效应的实验原理图，不能说明磁生电，故C错误；D．丁图是发电机的模型图，发电机电流方向与磁场方向和导体运动方向有关，其它条件不变，只将磁体南北极对调，磁场方向改变，流过灯泡的电流方向将改变，故D正确。故选D。9．关于电能的输送，下列说法正确的是A．高压输电和低压输电，线路损失功率均相等，输送功率不同B．高压输电和低压输电的输出功率相等，但高压输电线路上的电流小，损耗小C．高压输电和低压输电的输出功率相等，线路上的电流也相等D．高压输电能提高输送功率，但不能减少损耗功率【答案】B【解析】由知道，高压输电时，在输出功率相同的情况下，输出电流就会由于输出电压的升高而减小，由知道，输电线上的电能损耗就会减少，故只有B正确。10．（2022秋·九年级校联考单元测试）以下四种情况符合安全用电原则的是（）A．使用试电笔时，手应接触笔后端的金属部分B．人向落在地面上的“高压线头”靠近C．电灯的开关接在零线上D．雷雨天人站在大树下避雨【答案】A【解析】A．使用试电笔时手要接触笔尾金属体，这样才能构成通路，氖管才能发光，故A符合题意；B．安全用电原则：不接触低压带电体，不靠近高压带电体。高压线断头落地处周围有电压，若靠近它会造成跨步电压触电，故B不符合题意；C．开关应接在电灯和火线之间。如果开关接在零线和灯泡之间，火线直接接在灯泡时，虽然断开开关，但是火线和灯泡相连，触及灯泡会发生触电事故，故C不符合题意；D．雷雨天人站在大树下避雨，因为大树和人体都是导体，雷电极易通过突起物——大树传向人体，而造成雷电灾害，故D不符合题意。故选A。11．（2022春·九年级校联考课时练习）如下图所示的各种做法中，不符合安全用电原则的是（）A．①②③④ B．②③④ C．①②④ D．①②③【答案】D【解析】①人是导体，手指塞进插座容易发生触电事故，不符合安全用电原则；②高压线的电压很高，高压线下放风筝，风筝容易挂在高压线上，很有很能发生触电事故，不符合安全用电原则；③生活用水是导体，湿手拔插头，可能会因水导电而发生触电事故，不符合安全用电原则；④冰箱的金属外壳接地，家用电器外壳加接地保护，是为了防止外壳带电而发生触电事故，符合安全用电原则，综上所述，不符合安全用电原则的是①②③，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。二、填空题12．（2023秋·四川成都·九年级统考期末）小明用如图所示的实验装置探究感应电流产生的条件，当他闭合开关，水平向右快速移动导体杆AB的过程中，灵敏电流计的指针__________（选填“会发生”或“不发生”）偏转；小明想再利用此装置探究磁场对电流的作用，需要增加的器材是__________。【答案】会发生电源【解析】[1]由图可知，电路由导体，灵敏电流计、开关组成，当闭合开关时，导体AB是闭合电路的一部分，当水平向右快速移动导体杆AB的过程中，导体做切割磁感线运动，产生感应电流，故灵敏电流计的指针会发生偏转。[2]要探究磁场对电流的作用，导体中需要有电流通过，故需要增加的器材是电源。13．（2023秋·山东青岛·九年级统考期末）小亮同学在学习了“电和磁”的知识后，设计了如图所示的实验装置，闭合开关S后电动机甲开始转动，同时用皮带带动乙转动，小灯泡发光。在此过程中，将机械能转化为电能的实验装置是______（填“甲”或“乙”），此装置的工作原理是______。如果要使甲的转动方向与原来相反，则应采取的措施是______。【答案】乙电磁感应现象将电池组正负极对调【解析】[1][2]闭合开关S后，电源与甲电动机接通，电流通过甲电动机的线圈，线圈在磁场中受力而转动，将电能转化为机械能；甲电动机带动乙电动机一起转动，乙电动机内部的线圈在磁场中切割磁感线，产生感应电流，小灯泡发光，此时乙电动机相当于发电机，将机械能转化为电能，其工作原理是电磁感应现象。[3]通电导体在磁场中的受力方向与电流的方向和磁场的方向有关，如果将电池组正负极对调，电流方向改变，磁场方向不变，则甲电动机转动方向改变。14．（2023秋·天津南开·九年级南开中学校考期末）某款新型魔方充电器，转动魔方就能产生电能，并储存于方内，它的工作原理跟____（选填“发电机”或“电动机”）相同｡当魔方给移动设备充电时，它相当于电路中的____（选填“电源”或“用电器”）【答案】发电机电源【解析】[1]转动魔方就能产生电能，将机械能转化为电能的装置类似于发电机。[2]当魔方给移动设备充电时，魔方提供电能，相当于电源。15．（2023秋·山东德州·九年级校考期末）图所示，在探究产生感应电流条件的实验中，把马蹄型磁铁竖直放置在水平桌面上。闭合开关，当导体AB___________（竖直/水平）运动时，回路中有感应电流；当磁铁沿平行于AB的方向运动时，回路中___________感应电流。【答案】竖直无【解析】[1][2]产生感应电流的条件是导体在磁场中做切割磁感线运动，蹄形磁铁按图示方向放置时，导体只有在竖直运动时才能够产生感应电流，沿平行于AB方向运动时不会产生感应电流。16．（2022秋·河北邯郸·九年级邯郸市第二十三中学校考期末）小明做了一个如图所示的装置，闭合开关，用外力使导体棒ab水平向右移动，发现导体棒cd也随之运动起来，实验装置中甲部分与___________（填“电动机”或“发电机”）的工作原理相同，cd棒运动过程中，将电能转化成___________能。【答案】发电机机械【解析】[1]闭合开关，导体ab和cd组成一个闭合电路，甲图中，闭合电路的一部分导体ab在磁场中进行切割磁感线运动，闭合电路中有了感应电流，这种现象是电磁感应现象，利用电磁感应现象制成了发电机。[2]电路中有了感应电流之后，感应电流经过导体cd，导体cd成为通电导体在磁场中受力而运动，这是生活中电动机的工作原理，在cd棒运动过程中，是将电能转化成机械能。17．（2022秋·山东济南·九年级统考期末）从发电站到用电地区，通常都有一段相当长的距离。为减少远距离输电中的电能损失，可采用_____输电。输电线都架得很高，为了防止_____（选填“电弧触电”或“跨步电压触电”）。【答案】高压电弧触电【解析】[1]用高压输电，可以减小输送电线的电流，减少电能在线路中的损耗，也是我们现在采用的输电方式。[2]高压触电常见的两种类型是高压电弧触电和跨步电压触电。高压电弧触电：人靠近高压带电体到一定距离时，高压带电体和人之间发生放电现象；跨步电压触电：高压输电线落在地面上，则地面上以电线落点为圆心的各个同心圆之间有电压存在，当人在地面上两个不同半径的同心圆间跨步时，将造成跨步电压触电。对于高压带电体，我们应当采取的措施是必须远离高压带体，如发现有高压输电线落在或靠近地面，不可走近，应立即设立警示牌，并通知电力部门抢修。所以为了防止高压电弧触电，高压线都架的很高。18.在电能输送的过程中，如果输送的电功率一定，将输电电压升到原来的5倍，则输电线上损失的功率将变为原来的___________倍，由此可见，若想有效的减小电能在输电线路上的损失应采用___________（选填“高压”或“低压”）输电。【答案】高压【解析】由P=UI知，输送功率一定时，电压变为原来的5倍，电流变为原来的，电阻一定时，根据P=I2R，电流变为原来的，发热功率变为原来的，通电时间一定时，损失电能减少，所以若想有效的减小电能在输电线路上的损失，应采用高压输电。三、实验题19．（2022秋·山东日照·九年级统考期末）小明参加社团活动时，想和同学们探究“怎样产生感应电流”?他们用导线将金属棒、开关、灵敏电流计连接成如图所示的电路。（1）组装完电路后，闭合开关，此时灵敏电流计的指针______偏转（选填“会或不会”）；（2）检查电路连接正确，向左移动金属棒，发现灵敏电流计指针向左偏转，初步得出产生感应电流的条件：______电路的一部分导体做______运动；（3）该小组接着改变磁场的方向或运动方向进行了一系列的实验操作，他们探究发现“感应电流的方向与磁场的方向和______方向有关”，根据此原理可以制成______（选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）；（4）小明回家后找到家里的一个小风扇，发现通电后能够转动，则电风扇的工作原理是______；小明尝试将电池反向接到电风扇两端，看到电风扇______（选填“原方向旋转”“不转动”或“反向旋转”）。【答案】不会闭合切割磁感线导体切割磁感线动圈式话筒通电线圈在磁场中受力转动反向旋转【解析】（1）[1]组装完电路后，闭合开关，由于导体没有切割磁感线，不会产生感应电流，此时灵敏电流计的指针不会偏转。（2）[2][3]闭合开关后，向左移动金属棒，金属棒切割磁感线，灵敏电流计指针向左偏转，这说明闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动才会产生感应电流。（3）[4]改变磁场的方向，导体切割磁感线方向不变，则灵敏电流计的指针偏转方向改变，说明电流的方向改变，感应电流的方向与磁场的方向有关；改变导体切割磁感线方向，磁场的方向不变，则灵敏电流计的指针偏转方向改变，说明电流的方向改变，感应电流的方向与导体切割磁感线方向有关。[5]动圈式扬声器是将电信号转化成声信号，即其内部有磁铁和线圈，当线圈中通过变化的电流时，该线圈会在磁场中受力而有规律的振动，进而产生声音，故是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理工作的；动圈式话筒工作时，声信号转化为电信号，是利用电磁感应的原理制成的。（4）[6]电风扇里主要部件是电动机，利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。[7]线圈受力转动方向与电流方向和磁场方