Question

4．實驗室內(nèi)設(shè)置有四輛腳踏車，每逢下課同學(xué)們就會排隊來騎腳踏車，因為騎車不僅可以健身，同時還可以發(fā)電供學(xué)校使用．裝在自行車上的發(fā)電機工作時把機械能轉(zhuǎn)化成電能．同學(xué)們用如圖所示實驗裝置探究發(fā)電機的工作原理，探究中有同學(xué)們提出了問題：“感應(yīng)電流的方向會跟哪些因素有關(guān)呢？”
小紅猜想：“可能跟磁場的方向有關(guān)．”
小華猜想：“可能跟導(dǎo)體切割磁感線運動的方向有關(guān)．”
小麗猜想：“可能跟導(dǎo)體切割磁感線運動的快慢有關(guān)．”
圖是小明的實驗裝置，閉合開關(guān)后，銅棒ab、電流表、開關(guān)組成閉合電路．小明將實驗中觀察到的現(xiàn)象記錄在下表中．

次數(shù)	開關(guān)	磁場方向	導(dǎo)體ab的運動方向	電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向
1	斷開	上N下S	向右運動	不偏轉(zhuǎn)
2	閉合	上N下S	向右運動	向左偏轉(zhuǎn)
3	閉合	上N下S	向左運動	向右偏轉(zhuǎn)
4	閉合	上N下S	向上運動	不偏轉(zhuǎn)
5	閉合	上S下N	向下運動	不偏轉(zhuǎn)
6	閉合	上S下N	向右運動	向右偏轉(zhuǎn)
7	閉合	上S下N	向左運動	向左偏轉(zhuǎn)

（1）小明分析得出：閉合電路中的部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．
（2）比較實驗2和3（或6和7）可知：在磁場方向一定時，感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體切割磁感線運動的方向有關(guān)．
（3）比較實驗2和6（或3和7）可知：在導(dǎo)體切割磁感線運動的方向一定時，感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)．
（4）此實驗的研究方法有控制變量法和轉(zhuǎn)換法．在此實驗的過程中是機械能轉(zhuǎn)化為電能，重要的應(yīng)用是發(fā)電機．
（5）針對這個實驗小明進行了進一步的探究，他提出了“感應(yīng)電流的大小可能與磁場的強弱有關(guān)”的猜想，除此以外你的猜想是：感應(yīng)電流的大小可能與導(dǎo)體切割磁感線運動速度有關(guān)．寫出驗證你的猜想的主要步驟．

Answer 1

分析 發(fā)電機是產(chǎn)生電能的裝置，將線圈在磁場中運動的機械能轉(zhuǎn)化為電能；
（1）產(chǎn)生感應(yīng)電流時閉合電路中的部分導(dǎo)體在磁場里做什么變化，若運動，分析是什么性質(zhì)的運動；
（2）若在磁場方向不變時，只有導(dǎo)體運動方向再改變，感應(yīng)電流也在變化，則說明感應(yīng)電流方向一定與導(dǎo)體運動方向有關(guān)；
（3）同理，若在導(dǎo)體運動方向不變時，磁場方向不同時電流在變化，則說明感應(yīng)電流方向一定與磁場方向有關(guān)；
（4）探究電流的大小與哪些因素有關(guān)的實驗要根據(jù)控制變量法和轉(zhuǎn)換法探究；電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量是由機械能轉(zhuǎn)化成電能；
（5）由于感應(yīng)電流是導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動而產(chǎn)生的，所以可以圍繞著導(dǎo)體的運動展開猜想；實驗的步驟要圍繞著猜想來展開，注意實驗過程中要采用控制變量法，變化的是猜想的因素，其它的量不變．

解答 解：
發(fā)電機是將線圈轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；
（1）產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象中，閉合電路中的部分導(dǎo)體在磁場里的運動方向與磁場方向垂直；即導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流時閉合電路中的部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線運動．
（2）比較實驗2和3（或6和7）可知：在磁場方向一定時，導(dǎo)體切割磁感線運動方向改變，感應(yīng)電流的方向就改變．
（3）比較實驗2和6（或3和7）可知：在導(dǎo)體切割磁感線運動方向（或?qū)�體運動方向）不變時，磁場方向改變，感應(yīng)電流的方向就改變．
（4）此實驗中，研究感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)時，控制在導(dǎo)體切割磁感線運動方向不變；研究感應(yīng)電流的方向與在導(dǎo)體運動方向有關(guān)時，控制磁場方向不變時，即研究方法有控制變量法；
導(dǎo)體中有無電流是通過電流表的指針的有無偏轉(zhuǎn)來判斷的，即研究方法有轉(zhuǎn)換法；
閉合電路中電流表中的電能是由于導(dǎo)體的運動而產(chǎn)生的，可見消耗的是機械能，所以實驗過程中是機械能轉(zhuǎn)化成電能；應(yīng)用這一現(xiàn)象制造的是發(fā)電機．
（5）因為導(dǎo)體是否運動、磁場的有無都影響了感應(yīng)電流的大��；所以猜想除了感應(yīng)電流的大小可能與磁場的強弱有關(guān)，還可以猜想：感應(yīng)電流的大小可能與導(dǎo)體切割磁感線運動速度有關(guān)．
①步驟設(shè)計時采用控制變量法；即：保持磁場強弱不變，讓導(dǎo)體ab以不同的速度做切割磁感線運動．
故主要步驟：保持磁場強弱不變，讓導(dǎo)體ab以不同的速度做切割磁感線運動，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度大小．
②因我們采取轉(zhuǎn)換法，利用電流表指針的偏轉(zhuǎn)幅度表示感應(yīng)電流的大小，所以實驗結(jié)果的分析是：
如果電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度相同，說明感應(yīng)電流的大小與導(dǎo)體切割磁感線運動速度無關(guān)；如果電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度不相同，說明感應(yīng)電流的大小與導(dǎo)體切割磁感線運動速度有關(guān)．
故答案為：機械；
（1）切割磁感線運動；
（2）導(dǎo)體切割磁感線運動的方向；
（3）在導(dǎo)體切割磁感線運動的方向一定時，感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)；
（4）轉(zhuǎn)換；機械；電；發(fā)電機；
（5）感應(yīng)電流的大小可能與導(dǎo)體切割磁感線運動速度有關(guān)；①主要步驟：保持磁場強弱不變，讓導(dǎo)體ab以不同的速度做切割磁感線運動，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度大小；
②如果電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度相同，說明感應(yīng)電流的大小與導(dǎo)體切割磁感線運動速度無關(guān)；如果電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度不相同，說明感應(yīng)電流的大小與導(dǎo)體切割磁感線運動速度有關(guān)．

點評 本題從知識上考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件和影響感應(yīng)電流的方向的因素；從方法上考查了控制變量法的數(shù)據(jù)分析過程．