师:欢迎进入九年级人教版物理第二十章磁生电第一课时的学习。今天的学习目标是通过实验了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。根据已学知识,通电导体周围存在磁场,即电生磁,那磁能否生电呢?如果可以,该如何利用磁场产生电流?回顾之前所学,电路中形成电流的条件是什么?
生:要有电源,形成闭合的回路。
师:用什么仪器可以检测电路中是否存在电流呢?
生:用电流表可以检测电路中是否存在电流。
师:回答正确。今天我们使用的电流表是用来检测微小电流的,通常又称之为灵敏电流计。在它的表盘中央有个大写的字母g,指针指在中央零刻线处,当指针偏转时,说明电路中有电流。在蹄形磁铁的磁场中放置一根长导线,导线的两端与电流表相连,形成闭合回路。如图所示。当导线和磁体都静止在桌面上时,这个闭合回路中会有电流吗?上课前我问一位同学,这位同学认为磁铁有磁性,所以导线中会有感应电流形成。为此他做了实验。
生:这位同学通过实验发现,灵敏电流计的指针并没有偏转,说明电路中并没有电流。他认为是磁场不够强的原因,于是他加多了磁铁继续实验。
师:然而,灵敏电流计的指针仍然没有偏转,说明电路中还是没有电流。请同学们想一想,根据能量守恒定律,电路中有电流就有电能,如何使这个闭合回路具有能量,从而转化为电能呢?
生:这位同学发现,在他移动导线的时候,灵敏电流计的指针发生了偏转。
师:导线移动时导线具有机械能,此时电流表的指针偏转,电路中有电流产生电能,也就是导线的机械能转化为电能。那么导线无论怎样运动都能产生电流吗?有没有特殊的条件呢?科学研究表明,闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时能产生电流。首先我们要清楚什么叫做切割磁感线运动,为了便于大家理解,我们将这个装置中的蹄形磁铁画成截面图。在磁场中的这部分导线用导体a表示。导体a垂直于纸面,在截面图上它是一个小圆圈,画出磁感线。当导体a在磁场中水平向左运动,截面动图如图所示,用v表示。导体a的运动方向与磁感线之间有夹角,我们就说导体做切割磁感线运动。同理,当导体a在磁场中水平向右运动,截面动图如图所示,用v表示导体的运动方向。导体a的运动方向与磁感线之间有夹角,我们就说导体做切割磁感线运动。改变导体的运动方向,使导体a在磁场中斜向下方、斜向上方运动。此时导体a是否做切割磁感线运动呢?
生:导体是在做切割磁感线运动,因为导体运动的方向跟磁感线方向有夹角。
师:回答得很好,因为此时导体运动方向与磁感线方向有夹角,所以它是做切割磁感线运动的。当导体a在磁场中切割磁感线运动时,闭合电路中是否会产生感应电流呢?我们做实验来进行验证。这是一位同学写的实验报告。实验目的是:是否闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时能产生感应电流?实验器材:导线、灵敏电流计、蹄形磁铁。实验步骤:一,将一根长导线与灵敏电流计连接,形成闭合回路;二、使闭合回路的一部分导体置于蹄形磁铁的磁场中;三、使这部分导体沿水平方向做切割磁感线运动;四、改变导体的运动方向,重复实验;五、观察灵敏电流计的指针是否发生偏转,如果灵敏电流计的指针偏转,说明闭合回路中形成了电流,如果灵敏电流计的指针不偏转,说明闭合回路中没有电流。
师:进行实验,使导体a在磁场中水平方向左右运动,注意观察灵敏电流计的指针是否偏转。
生:我们看到灵敏电流计的指针偏转,说明这个闭合回路中形成了电流。
师:改变导体的运动方向,使导体a在磁场中斜向下、斜向上运动。注意观察灵敏电流计的指针是否偏转。
生:我们看到灵敏电流计的指针也偏转了,说明这个闭合回路中形成了电流。
师:以上实验验证了闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中产生电流,这种现象叫做电磁感应,产生的电流又叫感应电流。我们继续改变导体的运动方向,使导体a在如图所示的磁场中沿竖直方向向下、向上运动。此时导体a是否做切割磁感线运动呢?闭合回路中会产生感应电流吗?
生:此时导体a的运动方向与磁感线没有夹角,导体不做切割磁感线运动,闭合回路中不会产生感应电流。
师:这位同学推测是正确的,我们来看看实验。使导体a在磁场中上下运动。理论上闭合回路中没有电流,电流表的指针不会偏转,但我们看到灵敏电流计的指针还是会有一点偏转。这是为什么呢?
