第7.4节 电动机发电机-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第二册）

第七章 ·电磁感应定律的应用 第4节 发电机和电动机 ◎目标导航 知识要点 难易度 1. 发电机：机械能→电能，电磁感应 2. 电动机：电能→机械能，安培力 3. 直流电动机转向器：中性面时改变电流方向，持续转动 ★★ ★★ ★★ ◎知识精讲 一、发电机 (1)能量转化：发电机将机械能转化为电能的装置。 由水轮机、风能、化石燃料（汽轮、柴油）、核能或其他形式能，先转化为机械能，再转化为电能。 能量损耗：发电机各种能量损耗如下图，但都比较小，一般发电机的效率可以达到 95% 以上。 注：太阳能发电一般不属于上述范畴。 (2)工作原理：法拉第电磁感应定律。 (3)分类：直流发电机和交流发电机。 (4)构成 发电机里产生感应电动势的线圈通常叫电枢。转动的部分都叫转子，静止的部分都叫定子。 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，如图(a)。 磁极转动、电枢不动的发电机叫做旋转磁极式发电机，电枢是定子，如图(b)。 (a) (b) 二、电动机 (1)能量转化：电动机将电能转化为机械能的装置。能量转换和损耗，如下图。 (2)工作原理：通电导线在磁场中受到安培力的作用。 (2)分类：直流发电机和交流发电机。 (3)直流发电机换向器（改变电流方向，使转子能朝一个方向转动）； 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。 ◎例题精讲 例1. 关于交流发电机和直流电动机，下列说法正确的是（　　） （A）电动机是利用电磁感应现象制成的，工作时把机械能转化为电能 （B）电动机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把电能转化为机械能 （C）发电机是利用电磁感应现象制成的，工作时把电能转化为机械能 （D）发电机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把机械能转化为电能 例2. 如图所示，甲→乙→丙→丁→甲过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。已知线圈转动的角速度为，转动过程中电路中的最大电流为。下列选项正确的是（　　） （A）在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流最大 （B）从图乙位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为 （C）在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率也最大 （D）在图丁位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为d→c 例3. 如图甲为市面上常见的一种电动车，图乙为这种电动车的电动机的工作示意图。电动机电路两端电压为10V，额定功率为200W，A、B为线圈上的两点。下列选项中不正确的是（　　） （A）在额定功率下运行时，电动机电路中的电流大小为20A （B）电刷a接入电路正极，电刷b接入电路负极 （C）A点与B点间电流方向在不断变化 （D）直流电源可以驱动该电动机正常工作 ◎巩固练习 1. 直流电动机通电后，使线圈发生转动的力是（　　） （A）重力 （B）电场力 （C）磁场力 （D）摩擦力 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 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 4. 如图所示为交流发电机的示意图，两磁极之间可视为磁感应强度为B的匀强磁场。矩形线圈ABCD面积为S、匝数为N、整个线圈的电阻为r，线圈绕轴以角速度逆时针匀速转动，外电阻为R，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。下列说法正确的是（　　） （A）线圈转到图甲位置时，穿过线圈的磁通量为NBS （B）线圈转到图乙位置时，穿过线圈的磁通量的变化率为 （C）线圈转到图丙位置时，外电路中交流电流表的示数为 （D）线圈转到图丁位置时，电流的方向从D流向C 5. 如图1所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t变化的规律如图2所示。已知线圈匝数为20匝，则下列说法正确的是（　　） （A）线圈转动的角速度为 （B）1.5s时线圈所在平面与中性面垂直 （C）100s内线圈中电流方向改变100次 （D）感应电动势的最大值为 6. （多选）如果直流电动机转子线圈按如图