第四节 电动机发电机-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（沪科版上海选择性必修第二册 ）

发电机和电动机 自学主题：发电机和电动机 自学目标： 1、 知道直流电动机结构和原理； 2、 发电机的主要性能和能量转化 3、会计算和测定直流电动机效率； 4、了解发电机和电动机的主要性能和能量转化 兴趣起航 乐学善思 - 知识探索 - 知识点一：发电机的主要性能和能量转化 发电机 (generator) 是将机械能转化为电能的装置，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转化为电能。发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中都有广泛的用途。 发电机可以分为直流发电机和交流发电机两种。发电机的种类很多，但其工作原理都源自法拉第电磁感应定律。交流发电机具有体积小、重量轻、维修方便、使用寿命长等优点，目前发电厂的大型发电机几乎都是交流发电机。 交流发电机的构造比较复杂，但是基本部分都是产生感应电动势的线圈和产生磁场的磁极。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，静止的部分都叫定子。 发电机里产生感应电动势的线圈通常叫电枢。电枢转动、磁极不动的发电机叫做旋转电枢式发电机，电枢是转子。这种发电机的原理如图 7—37 所示。旋转电枢式发电机的转子产生的电流必须经过裸露的滑环电刷引到外电路，如果电压很高，容易发生火花放电，滑环和电刷可能被烧坏。同时，转动的电枢结构不能太大，线圈匝数不能很多，产生的感应电动势也就不会很高。这种发电机输出的电压一般不超过 500 V，小型发电机通常是旋转电枢式发电机。 如果磁极转动、电枢不动，线圈内磁通量发生改变，电枢同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机，电枢是定子。这种发电机的原理如图 7—38 所示。旋转磁极式发电机由于不通过滑环向外提供电力，所以能输出几千伏到几万伏的高电压，输出功率可达几百兆瓦，因此大型发电机几乎都是旋转磁极式的。 发电机在实际运行过程中还存在各种能量损耗，主要包括铁芯涡流能量损耗、导线焦 耳热能量损耗、轴承摩擦能量损耗、通风能量损耗等，大部分损耗都以发热的形式表现出来。不过实际上这些能量损耗都很小，一般不超过百分之几，单就发电机本身而言，它的效率可以达到 95% 以上。 知识点二：直流电动机 一、直流电动机 1、基本结构 （1）转子：绕在铁芯上的线圈（软铁芯可绕轴转动） （2）定子：两个瓦型永磁体 （3）电刷：电刷是与运动件作滑动接触而形成电连接的一种导电不见。电刷是用于换向器或滑环上，作为导入导出电流的滑动接触体。它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和抑制换向性火花的本能 （4）换向器（改变电流方向，使转子能朝一个方向转动）； 2、工作原理：通电导线在磁场中受到安培力的作用 （1）平衡位置：通电线圈的平面与磁感线垂直时，线圈受到磁场力为一对平衡力，此时线圈的位置为平衡位置 （2）如上图（d）所示，怎样才能使线圈在磁场中持续转动？ （3）换向器作用：当通电线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动下去 3、电动机是将电能转化为机械能的装置 - 错题精讲 - 【例1】关于电动机的工作原理，下列说法正确的是 （ ） A．电动机是根据电磁感应原理工作的 B．电动机是根据通电线圈在磁场中受力而转动的工作原理工作的 C．电动机是根据电流的磁效应工作的 D．电动机是根据电流的热效应工作的 【例2】有关直流电动机的换向器的作用，以下说法正确的是 （ ） A．当线圈平面与磁感线平行时，自动改变电流方向 B．当线圈平面与磁感线垂直时，自动改变电流方向 C．当线圈平面与磁感线平行时，自动改变磁感线的方向 D．当线圈平面与磁感线平行时，自动改变线圈转动方向 【例3】如图所示，一矩形通电线框abcd可绕其中心轴OO′自由转动，它处在与OO′垂直的匀强磁场中，在图示位置由静止释放时 （ ） A．线框静止，四边受到指向线框外部的磁场力 B．线框静止，四边受到指向线框内部的磁场力 C．线框转动，ab转向纸外，cd转向纸内 D．线框转动，ab转向纸内，cd转向纸外 知识点三：测量直流电动机效率的实验 一、电动机的效率 二、测量直流电动机效率的实验 1、实验目的：测定直流电动机的效率 2、实验器材：直流电动机，钩码，毫米刻度尺，秒表，电压表，电流表，若干导线 3、实验步骤： （1）正确连接电路，将直流电动机与电源、滑动变阻器和电键连接 （2）选择适当量程，将电压表并联在直流电动机两端，电流表串联在电路中 （3）用细绳挂上钩码，绕过定滑轮连接在电动机转动轴上，调整细绳的位置，确保细绳处于竖直状态。 （4）接通电源，调节滑动变阻器，使钩码恰好能够缓慢上升 （5）测量物理量：测量钩码匀速上升高度h和所用时间t，读取此时电压表示数U，以及电流表示数I （6）计算直