Question

4．實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置有四輛腳踏車，每逢下課同學(xué)們就會排隊(duì)來騎腳踏車，因?yàn)轵T車不僅可以健身，同時(shí)還可以發(fā)電供學(xué)校使用．裝在自行車上的發(fā)電機(jī)工作時(shí)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能．同學(xué)們用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置探究發(fā)電機(jī)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(yùn)動(dòng)的方向有關(guān)．”
小麗猜想：“可能跟導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的快慢有關(guān)．”
圖是小明的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)方向	電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向
1	斷開	上N下S	向右運(yùn)動(dòng)	不偏轉(zhuǎn)
2	閉合	上N下S	向右運(yùn)動(dòng)	向左偏轉(zhuǎn)
3	閉合	上N下S	向左運(yùn)動(dòng)	向右偏轉(zhuǎn)
4	閉合	上N下S	向上運(yùn)動(dòng)	不偏轉(zhuǎn)
5	閉合	上S下N	向下運(yùn)動(dòng)	不偏轉(zhuǎn)
6	閉合	上S下N	向右運(yùn)動(dòng)	向右偏轉(zhuǎn)
7	閉合	上S下N	向左運(yùn)動(dòng)	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(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．
（2）比較實(shí)驗(yàn)2和3（或6和7）可知：在磁場方向一定時(shí)，感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的方向有關(guān)．
（3）比較實(shí)驗(yàn)2和6（或3和7）可知：在導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的方向一定時(shí)，感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)．
（4）此實(shí)驗(yàn)的研究方法有控制變量法和轉(zhuǎn)換法．在此實(shí)驗(yàn)的過程中是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，重要的應(yīng)用是發(fā)電機(jī)．
（5）針對這個(gè)實(shí)驗(yàn)小明進(jìn)行了進(jìn)一步的探究，他提出了“感應(yīng)電流的大小可能與磁場的強(qiáng)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(yùn)動(dòng)速度有關(guān)．寫出驗(yàn)證你的猜想的主要步驟．

Answer 1

分析 發(fā)電機(jī)是產(chǎn)生電能的裝置，將線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；
（1）產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)閉合電路中的部分導(dǎo)體在磁場里做什么變化，若運(yùn)動(dòng)，分析是什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)；
（2）若在磁場方向不變時(shí)，只有導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向有關(guān)；
（3）同理，若在導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向不變時(shí)，磁場方向不同時(shí)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，所以可以圍繞著導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)展開猜想；實(shí)驗(yàn)的步驟要圍繞著猜想來展開，注意實(shí)驗(yàn)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(jī)是將線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)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(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直；即導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)閉合電路中的部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線運(yùn)動(dòng)．
（2）比較實(shí)驗(yàn)2和3（或6和7）可知：在磁場方向一定時(shí)，導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向改變，感應(yīng)電流的方向就改變．
（3）比較實(shí)驗(yàn)2和6（或3和7）可知：在導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向（或?qū)�體運(yùn)動(dòng)方向）不變時(shí)，磁場方向改變，感應(yīng)電流的方向就改變．
（4）此實(shí)驗(yàn)中，研究感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)時(shí)，控制在導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向不變；研究感應(yīng)電流的方向與在導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)時(shí)，控制磁場方向不變時(shí)，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(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，可見消耗的是機(jī)械能，所以實(shí)驗(yàn)過程中是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能；應(yīng)用這一現(xiàn)象制造的是發(fā)電機(jī)．
（5）因?yàn)閷?dǎo)體是否運(yùn)動(dòng)、磁場的有無都影響了感應(yīng)電流的大�。凰�以猜想除了感應(yīng)電流的大小可能與磁場的強(qiáng)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(yùn)動(dòng)速度有關(guān)．
①步驟設(shè)計(jì)時(shí)采用控制變量法；即：保持磁場強(qiáng)弱不變，讓導(dǎo)體ab以不同的速度做切割磁感線運(yùn)動(dòng)．
故主要步驟：保持磁場強(qiáng)弱不變，讓導(dǎo)體ab以不同的速度做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度大�。�
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(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度有關(guān)．
故答案為：機(jī)械；
（1）切割磁感線運(yùn)動(dòng)；
（2）導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的方向；
（3）在導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的方向一定時(shí)，感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)；
（4）轉(zhuǎn)換；機(jī)械；電；發(fā)電機(jī)；
（5）感應(yīng)電流的大小可能與導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)；①主要步驟：保持磁場強(qiáng)弱不變，讓導(dǎo)體ab以不同的速度做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度大�。�
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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度有關(guān)．

點(diǎn)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．