磁生电
整体设计
电磁感应现象进一步揭示了电和磁之间的联系，它是学习发电机的基础，也是本节科学内容教学的重点。发电机是电磁感应现象的一个重要应用，教学中可运用演示和多媒体展示使学生了解发电机构造、原理。
组织好“什么情况下磁可以生电”的探究活动是本节电磁感应现象教学的关键，也是教学的重点。教学中可引导学生经历电磁感应现象的发现过程，体验发现的乐趣，教师要做好对尝试的途径的引导。对电磁感应的定义和产生感应电流的条件，尽可能让学生自己来发现和总结，培养学生的概括归纳能力。总结出电磁感应的规律后，通过讲故事的形式简介科拉顿研究电磁现象失败的经历，引导学生分析其失败的原因，培养学生严谨的科学探究精神。
发电
机部分，让学生了解发电机是怎样发电的以及交流发电机发出的电流的特点是教学的重点。本部分可用手摇发电机与电流表连接起来直接演示而引入，让学生在观察中发现问题，解决问题。对发电机发电的原理，学生理解起来有一定的难度，要多利用多媒体展示、挂图等增强学生感性认识，结合图形引导学生分析，使学生了解发电机的工作原理。而交流电、频率等概念，已经成为人们的常用词汇，学生学习物理后应该知道，可作简单介绍。
本节安排的STS的内容是“磁记录”，磁记录的内容与学生的生活有密切的联系，学生学习这个内容会很感兴趣，但鉴于本节内容较多，可将其作为自学内容安排一次研究性学习活动，在本节可不涉及。
教学重点：
1．通过探索概括出电磁感应；
2．通过实验知道交流发电机的工作原理。
教学难点：
1．由实验现象概括物理规律——电磁感应；
2．应用原理分析问题——发电机工作原理。
教学方法：
1．问题引导，小组讨论，探究性学习；
2．创设情景，以学生为主体，讨论式教学。
课时安排：1课时
三维目标
一、知识与技能
1．知道电磁感应现象；知道产生感
应电流的条件。
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；知道发电机发电过程是能量转化的过程。了解直流电动机的结构和工作原理。
3．知道我国供生产和生活用的交流电的频率是50 Hz的含义；能把交流电和直流电区分开来。
二、过程与方法
1．通过探究磁生电的条件，进一步了解电和磁之间的相互联系，提高学生的观察能力、分析概括能力和联系简单现象探索物理规律的能力；
2．观察和体验发电机是怎样发电的，提高学生应用知识分析和解决问题的能力。[来源:学*科*网Z*X*X*K]
三、情感态度与价值观
1．认识自然现象之间是相互联系的，进一步了解探索自然奥妙的科学方法；
2．认识任何创造发明的基础是科学探索的成果
，初步具有创造发明的意识。
课前准备
多媒体课件、实物投影仪、电池、小磁针、蹄形磁体、直导线、铁架台、细线、演示电流表、手摇发电机一台、小灯泡。
教学设计
[导入新课]
创设情境，引入课题
演示实验：重做奥斯特实验，并提出问题：①此实验叫什么实验？奥斯特实验。
②它揭示了一个什么现象？电流周围存在着磁场，电流的磁场方向跟电流方向有关。
提出问题：奥斯特实验说明电可以生磁，那么反过来磁能不能生电呢？
不少科学家进行了这方面的探索，英国科学家法拉第，坚信电与磁有密切的联系。经过10年坚持不懈的努力，于1831年终于取得了重大的突破，发现磁可以产生电，但需要一定的条件。什么条件下磁才能生电呢？今天我们就研究这个问题。
[推进新课]
一、什么情况下磁能生电
1．选择所需器材
提出问题：①最方便获得的磁场用什么器材？②要方便测出电流用什么器材？③要把电流表接入电路要哪些器材？
讨论得出：本探究实验所需器材有：蹄形磁体、电流表、导线、直导线、铁架台、细线。
2．引导学生设计实验


设问：①产生电流的条件是什么？电路必须闭合。
②导体应怎样放在磁场中呢？是平放？竖放？斜放？
③导体在磁场中是静止还是运动？怎样运动？
小组讨论得出：如图连接电路，按以下步骤进行实验。
步骤：①将直导线ab放入磁场中，且保持其与磁场相对静止；
②更
换强磁体，增强磁场，仍保持直导线ab相对静止；
③使直导线ab在磁场中上下运动；
④使直导线ab在磁场中左右运动；
⑤使直导线ab在磁场中斜着运动。
3．进行实验
按实验步骤进行实验，将观察结果填写在下面表格中。
序号
导体
运动情况
磁场
电流表指针及方向

1
导线(ab)
静止
蹄形磁体内部
不动[来源:学§科§网]

2
导线(ab)[来源:学|科|网Z|X|X|K][来源:学科网ZXXK]
静止[来源:学_科_网Z_X_X_K]

不动

3
导线(ab)
上下运动

不动

4
导线(ab)
左右运动

指针偏转大

5
导线(ab)
斜着运动

指针偏转小

4．分析实验现象、归纳得出结论
引导问题1：①上述实验说明磁能生电吗？能
②在什么条件下才能产生磁生电现象？当闭合电路的一部分导体在磁场中左右或斜着运动时。
引导问题2：为什么导体在磁场中左右、斜着运动时能产生感应电流，而上下运动或者静止时却不能呢？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，讨论一下如何表达？
小组交流：……
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，导体中就会产生电流。这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。
(2)磁场产生感应电流必须同时满足两个条件：①具有闭合电路；②一部分导体在磁场
中做切割磁感应线运动。
简
介科拉顿“跑失良机”的故事(如下图)，让学生分析其失败的原因，并对学生进行思想教育。


跑来跑去的科拉顿
5．知识拓展
(1)研究感应
电流的方向
探究实验：保持上图实验装置不变，反复改变磁场方向或改变导体在磁场中的运动方向，观察电流方向。
现象：磁场方向、导体运动方向变化时，指针偏转的方向也发生变化。
结论：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。
(2)研究电磁感应现象中能的转化
提出问题：在电磁感应现象中，导体做切割磁感线运动，它消耗了什么能？得到了什么能？实
现了什么能与什么能之间的转化？
分析得出：在电磁感应现象中，消耗了机械能，得到了电能，机械能转化为电能。
6．即学即练(课件展示问题)
(1)有关电磁感应，以下说法正确的是(　　)
A．导体在磁场中运动就能产生感应电流
B．闭合电路在磁场中运动就能产生感应电流
C．闭合电路的一部分导体在磁场中运动就能产生感应电流
D．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动才能产生感应电流
答案：D
解析：应掌握产生感应电流的两个条件：①闭合电路；②一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。两者都具备时才能产生感应电流。本题易错点是感应电流的条件考虑不周全。
(2)如图所示，闭合电路的部分导体a________运动时，a中能产生感应电流。


答案：上下
解析：导体做切割磁感线运动时，才可以产生感应电流。本题中闭合电路中，两通电螺线管间的磁场方向为水平方向，所以部分导体在磁场中做上下运动时切割磁感线，在导体中才能产生感应电流。
二、发电机
1．交流发电机的原
理
演示实验：把手摇发电机与电流表连接起来，缓慢摇动发电机，要求学生观察电流表指针运动情况。
(教学说明：为增强直观可见性，可用实物投影仪将实验情况投影到屏幕上。)
现象：指针左右摆动，线圈每转一圈，指针摆动方向变化两次。
分析得出：有电流产生，电流方向在周期性地发生变化，这种交变电流我们简称交流电。
提出问题：为什么发电机产生的电流方向在改变呢？
引导学生观察：将发电机(如右图)拆开，边拆边让学生观看其构造，使学生知道发电机是由定子和转子组成，包括磁极、线圈、铜环、电刷等。


课件播放：发电机的工作过程如下图。


引导分析：当线圈平面和磁感线方向垂直时，不做切割磁感线运动，无感
应电流；当a
b向下、cd向上运动时，做切割磁感线运动，有感应电流，ab边电流方向从a→b；当ab转过平衡位置，ab向上运动、cd向下运动时，做切割磁感线运动，ab边的电流方向从b→a。
总结：发电机是利用电磁感应原理制成的，从工作过程我们能看出，线圈转动一周，电流方向变化两次。
2．交流电的周期和频率
提出问题：交流电和直流电有什么区别呢？
讨论得出：交流电是周期性改变方向的电流，而直流电的电流方
向不改变。
引入：在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率，频率的单位是赫兹(Hz)。线圈转动一周所用的时间叫周期。周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量。
提出问题：你了解生活用电的周期和频率吗？
结论：我国供生产和生活用的交流电周期是0.02秒，频率是50赫兹。
3．实际的发电机
组织学生自行阅读，并完成以下问题：
(1)实际的发电机构造是怎样的？
(2)能量是如何转化的？
结论：实际的发电机仍由定子和转子组成，小型发电机采用线圈转动、磁场不动的方式；大型发电机采用线圈不动、磁场转动的方式。发电机发电过程是把机械能转化为电能；实际发电是由其他形式的能转化为电能的。
即学即练
(1)关于交流发电机的原理，下列说法正确的是(　　)
A．利用通电线圈在磁场里转动
B．利用换向器把直流电变为交流电
C．利用通电导体在磁场里受力而运动
D．利用电磁感应现象

(2)下列说法中正确的是(　　)
A．电动机是利用电磁感应原理制成的
B．发电机是把电能转化为动能的机器
C．直流电动机是通过换向器实现持续转动的
D．交流发电机是通过两个半环和电刷对外输送电流的
答案：(1)D　(2)C
拓展深化：
话筒的原理
作用：把振动的声音变成变化的电流。
原理：声音通过空气使振膜振动，然后在振膜上的线圈绕组和环绕在动圈磁头的磁铁形成磁力场切割，形成微弱的电流，这样线圈中就产生了变化的电流。
[课堂总结]
1．电磁感应；
2．发电机的构造、原理和工作过程；
3．交流电的一些基本常识。
[布置作业]
1．“动手动脑学物理”的2、3、4题；
2．自学STS的“磁记录”，完成材料后的几个问题。
板书设计


活动与探究
课题：探究感应电流的大小与哪些因素有关
目的：进一步加深理解感应电流产生的条件，了解影响感应电流大小的因素，培养学生的探究能力和实验操作能力。
材料：长度不同的直导线、电流表、磁性不同的磁铁、
导线若干。
进行猜想：
①可能与导线切割磁感线的速度大小有关；
②可能与切割导线的有效长度有关；
③可能与磁场的强弱有关。
实验方案：
(1)同一导线在磁场中做切割磁感线运动，使导线切割速度不同，观察电流表摆动的角度。
(2)用不同长度的导线(导线都处在磁场中)，在磁场中做切割磁感线运动，观察电流表摆动的角度。
(3)换用强磁场重做以上实验，观察电流表摆动的角度。
结论：产生感应电流的大小与导线的长度、做切割磁感线的速度、磁场的强弱有关。
设计反思
对于电磁感应现象的教学，学生往往感到比较抽象，本节采用重新演示“奥斯特实验”，并设置问题情境，激发学生的学习兴趣，引导学生由电流能产生磁场过渡到磁场能否产生电流的思考中。在探究磁生电的过程中，设置问题情景，引导学生去思考、设计实验方案，并由实验结果与现象，得出结论，符合以学生为主体、教师为主导的理念。发电机的教学，既是电磁感应现象的一个重要应用，也是巩固磁生电知识的一次练习，因此，充分利用多媒体技术，结合发电机的工作过程图加以分析，引导学生理解交流电的特点与能量之间的转换关系，达到学以致用的目的。
参考资料
未来发电技术种种
随着世界能源消耗的不断增加和能源危机的不断加剧，科学家们正在努力寻找新的能源开发途径，以便作为未来能耗的补充。现在除正在使用的煤炭、石油、核裂变、核聚变发电外，科学家们正在努力开发太阳能发电、风力发电、磁流发电、水力发电等，此外，科学家们又另辟蹊径，研究和开发更广泛的发电技术。
(1)高温岩体发电
3千米、温度300 ℃的地下深处的高温岩石，其特点是没有蒸气或热水；这种高温岩体发电和地热发电一样，其很大的优点是本来没有热水，而是利用
这种高温热量人工制作蒸气，通过涡轮机发电。
高温岩体发电方式的优点是：在地下产生热，注入水产生水蒸气，对环境影响少，可大规模发电。作为火山之国的日本，高温岩体十分普遍，该热能贮藏量十分丰富，作为自然能源，这种发电方式今后将会具有广阔的发展前景。我国西藏也是发展高温岩体发电的理想场所。
(2)污水沉淀发电
日本东京大学已经发明了一种使污水沉积物固体化的方法。据称：这种固体沉积物每千克具有4 000至4 500大卡的发热量，相当于低质煤的发热量。利用它进行发电，既可节约能源，又可保护环境卫生，真是一举两得。
(3)垃圾发电
加拿大对垃圾处理十分重视，把它当作发电的燃料。他们在安大略湖边上建立了用90%的煤和10%的垃圾作燃料的发电站，发电能力为一万五千至二万千瓦。
用垃圾作能源的比例，丹麦已占75%，瑞典占50%，德国占30%，日本占25%，法国占21%，英国占6%。
匈牙利于1982年就建成了一座规模巨大的垃圾发电厂，它有四个用天然气引火的垃圾燃烧室，每个燃烧室可以燃烧15吨垃圾，电站既能发电，又可给热网提供温度高达250 ℃的蒸气，这座垃圾发电站全部实现自动化，工作人员不用直接接触垃圾，电站的设计特别注意环境的保护，燃烧出来的气体，用过滤器来过滤处理，剩下的灰烬是很好的肥料。目前世界各国都在设法消灭垃圾，利用垃圾。我国垃圾位于世界之首，合理处理和应用是当务之急。
(4)高炉顶压发电
我国自行设计建造的第一套炼铁厂高炉顶压发电设备在1988年就投入正式运行。这套设备发电能力为1 700千瓦，年发电量可达1 000万度，如果每户按两盏25瓦灯泡计算，那么这套发电设备足可供一座十几万人口城市的照明之用。
(5)植物发电
日本科学家发现，叶绿素能直接把太阳能转换成电能。他们把从菠菜叶内提取的叶绿素与卵磷脂混合，涂在透明的氧化锡结晶片上，用它作为正极安置在“透明电池”中，当它被太阳光照射时，就会产生电流。
(6)氦核聚变发电
氦—3是氦的一种同位素，用它作核聚变燃料，不但热值非常高，而且它产生的射线剂量很低，所以很安全。
日本将从1995年度开始研究这项重要技术，预计21世纪初向月球发射探测火箭。从月球向地球运输氦—3采集系统将在2020年至2030年完成，据估计月球上蕴藏有氦—3至少100万吨，若能为人类利用，足够人类上亿年的电能消耗。
(7)太阳能气流发电
一座用透明塑料板盖成的巨大温度顶棚中心竖立着198米高的风筒，太阳能通过透明的塑料板将巨大温室内的空气加热，比外面气温高18～20华氏度。外面的冷空气推压着温室内的热空气使它沿着长长的筒管上升，形成一股强大的气流，推动安装在风筒上的叶轮带动发动机发电。这座太阳能温室的直径有244米，能发电50～70千瓦。