第二节 发电机是怎样工作的（培优教学课件）物理新教材沪科版九年级全一册

该初中物理课件围绕发电机工作原理及能量转化展开，从法拉第电磁感应现象导入，衔接电磁感应知识，通过“怎样发电”“能量如何转化”等问题构建学习支架，引导学生逐步探究。 其亮点在于原理具象化（分步解析线圈转动与电流产生关系，模型建构）、实验探究（手摇发电机电压特点实验，科学探究）及实际应用（三峡工程、秦山核电站等案例，科学态度），结合电动机对比表深化物理观念。例题与训练强化应用，助力学生理解，为教师提供丰富教学资源。

义务教育教科书 第十九章 电能从哪里来 第二节 发电机是怎样工作的 上海科学技术出版社 思考： 输电线将发电机输出的电能传输到用户。 发电机是怎样发电的？电能又是如何传输的？ 导入新课 人们利用法拉第发现的电磁感应现象发明了发电机。 那么，发电机的工作原理是怎样的？ 发电机发电过程中，能量是如何转化的？ 学习目标 能了解发电机的工作原理，了解发电机发电过程中的能量转化，知道电磁感应与多种发电形式的联系，能初步了解我国三峡大坝工程的发电概况。 1. 发电机的工作原理 2. 发电机与能量转化 3. 课堂总结 4. 综合提升训练 目录导航 一、发电机的工作原理 第二节 发电机是怎样工作的 一、发电机的工作原理 发电机是根据电磁感应原理制造的。发电机所产生的电流分为直流电与交流电。 （1）发电机主要构造 磁铁、矩形线圈abcd、铜环K和L、电刷A与B等。 （2）主要部分作用 ①磁铁：用来产生磁场； ②线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流； ③铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路； ④电刷：感应电流通过电刷流出。 1. 发电机 磁铁 铜环 电刷 线圈abcd 一、发电机的工作原理 （3）交流发电机原理示意图 设线圈绕自身的轴线逆时针转动。当线圈平面与磁感线垂直时，线圈ab边和cd边运动方向与磁感线平行，不切割磁感线，线圈中不能产生电流。 当线圈平面与磁感 线平行时，ab边向下切割磁感线，cd边向上切割磁感线，产生感应电流。外部电流方向为A到B。 B A 线圈平面再次转到与磁感线垂直时，ab边与cd边运动方向又与磁感线平行，线圈中不会产生感应电流。 线圈平面再次与磁感线平行，此时ab边向上，cd边向下切割磁感线，产生感应电流。电流方向与前面图乙中的相反。 B A 甲 乙 丙 丁 一、发电机的工作原理 ①图甲和图丙中导线ab与cd运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。 ②图乙和丁中导线ab与cd切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。 ③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。 甲 乙 丙 丁 一、发电机的工作原理 2. 实际发电机的构造 实际上，交流发电机的结构要比前面图中的基本结构复杂得多，不过主要还是由转动部分（转子）、不动部分（定子）和其他部件组成，在大型发电机中，转子实际上是产生磁场的电磁铁，而产生感应电流的线圈却是不动的（定子），这种结构便于产生高电压和强电流。 转子 定子 大型发电机安装转子 一、发电机的工作原理 3. 探究手摇发电机输出电压的特点 如图所示，将电压传感器并联在手摇发电机输出端。缓慢转动发电机手柄，观察计算机屏幕上电压随时间变化的图像，再结合交流发电机发电原理示意图，你能得到什么结论？ 改变转动手柄的快慢，观察图像变化，你又能得到什么结论？ 一、发电机的工作原理 （1）将此手摇发电机的输出端与电压传感器并联后接入数据采集器，在计算机显示屏上得到如图所示的波形电压。说明手摇发电机的输出电压的大小和方向是变化的。 （2）改变转动手柄的快慢，发现转动手柄的转速越大，电压波形越大。说明转动手柄的转速越大，输出电压越高。 手摇发电机输出电压的大小和方向是变化的。转速越大，输出电压越高。 结论 【例题1】如图所示为发电机模型线圈转动过程，下列说法正确的是（　　） A．线圈中产生电流的原理是电流磁效应 B．通过灯泡的电流方向不变 C．通过灯泡的电流大小不变 D．其他形式能量转化为电能 A．发电机的原理是电磁感应现象，故A错误； B．发电机发出的是交变电流，所以电流方向改变，故B错误； C．发电机发出的是交变电流，所以电流大小改变，故C错误； D．发电机是将其它形式的能量转化为电能的装置，故D正确。答案D. D 一、发电机的工作原理 【例题2】如图所示的两个模型，其中甲图是______机的模型，它是根据_________________________制成的，它是将_____能转化为_____能的装置。乙图是______机的模型，它是根据____________制成的。 甲图中，当线圈中通电时，线圈在磁场中会受到力的作用而转到，是利用通电导线在磁场中受力作用的原理，即是电动机模型原理图；它是将电能转化为机械能的装置。在乙图中没有电源，即磁场中的线圈转动时，即其切割磁感线运动，此时电路中就会产生电流，这就是著名的电磁感应现象，发电机就是利用该原理制成的。 电动 一、发电机的工作原理 电磁感应现象 通电线圈在磁场中受力转动 电 机械 发电 二、发电机与能量转化 第二节 发电机是怎样工作的 二、发电机与能量转化 发电机是一种把其他形式的能转化成电能的装置。目前常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电等。 1. 火力发电 （1）原理：火力发电是通过煤、石油等燃料的燃烧来加热锅炉中的水，产生高温、高压水蒸气，推动汽轮机叶轮高速旋转，从而带动发电机转子转动发电。 巨大的汽轮机叶轮 二、发电机与能量转化 （2）火力发电的能量转化过程是 （3）缺点 火力发电要燃烧大量的煤、石油等燃料，这些都是一次性能源，是不可再生的；燃料燃烧还会产生大量的二氧化碳、含硫的气体和粉尘等，污染环境，降低了空气质量，对生态环境产生不利的影响。 燃料的 化学能 水和水蒸气的内能 发电机转子的机械能 电能 二、发电机与能量转化 2. 水力发电 （1）原理：水力发电是在江河上筑坝建水库，让水库中的水从可控制的闸门中奔泻而出，冲击水轮机，水轮机带动发电机转子转动发电。 （2）水力发电的能量传递和转化过程是： （3）缺点 水力发电是对自然资源的综合利用，但其发展受到资源的地理位置和自然条件变化的制约，并且对生态也有相当大的影响。 水的 机械能 水轮机的机械能 发电机转子的机械能 电能 二、发电机与能量转化 举世瞩目的三峡工程包括主体建筑物工程及导流工程两部分，安装了32台单机容量为7×105kW的水轮发电机组，外加2台 5×104 kW水轮发电机组，总装机容量为2.25×107kW，堪称世界第一大水电工程。 三峡大坝 二、发电机与能量转化 3. 核能发电 （1）原理：核能发电是利用铀原子核裂变时释放出的核能来加热水，用水产生的高温、高压蒸汽作为动力，推动蒸汽涡轮机转动，从而带动发电机转子发电。 （2）核能发电的能量传递和转化过程是： （3）优点和缺点：核能发电不仅节省了大量的煤、石油等能源，而且用料省，运输方便。但核能发电后遗留下来的核废料仍有很强的放射性，需要装入特别的容器，深埋地下，否则会对环境产生极大的污染。 核能 水和水蒸气的内能 发电机转子的机械能 电能 二、发电机与能量转化 秦山核电站是由我国自己设计、建造、调试和运营的中国第一座核电站。目前，我国已建成多座核电站。 秦山核电站 二、发电机与能量转化 4. 其它发电方式 人们还在研究更多种利用资源发电的方法，如海浪发电、地热发电、风力发电等，除了在地面建立太阳能电站外，还拟建立太空发电站。 （1）潮汐发电 如图所示，在海湾上建起堤坝，涨潮时利用海水推动水轮机转动，水轮机带动发电机产生电能，退潮时，也经历类似的过程。潮汐发电是将水的机械能传递给水轮机，水轮机带动发电机的转子转动发电，将机械能转化为电能。 二、发电机与能量转化 （2）地热发电 如图所示，地热发电与火力发电的原理一样，所不同的是它不需要消耗煤，而是利用地球内部的内能将水加热成为高温、高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动发电机的转子转动产生电能。 二、发电机与能量转化 （3）风力发电 风力使风车转动，可带动发电机发电，将机械能转化为电能。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可安装几十台到几百台风力发电机，组成一个机组一起供电。风能利用起来比较简单，而且不会污染环境，但风力发电受地理位置限制且风能不稳定，也不便于储存。 二、发电机与能量转化 （4）太阳能发电 将大量的太阳能电池串联在一起，就可以建成太阳能发电站，把太阳能转化为电能。除了可以在地面建太阳能发电站外，还可以把它建在太空中。 二、发电机与能量转化 【例题3】下列发电站中，将化学能转化为电能的是 （ ） A．核能发电站 B．水力发电站 C．太阳能发电站 D．火力发电站 核能发电将核能最终转化为电能，水力发电将机械能最终转化为电能，太阳能发电将太阳能转化为电能，火力发电将化学能最终转化为电能。答案D. D 二、发电机与能量转化 【例题4】如图是某地区使用的“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踏”蓄电池。下列解释合理的是（ ） A．小风扇是用来给太阳能电池板散热的 B．利用风力发电，将电能转化为机械能 C．LED照明灯工作时，将电能转化为光能 D．蓄电池夜晚放电时，将电能转化为化学能 AB．头顶的小风扇主要是将机械能转化为电能，利用风力发电，填补了太阳能电池阴天和晚上不能发电的空白，故AB不符合题意； C C．LED照明灯工作时，是将电能转化为光能，故C符合题意； D．蓄电池夜晚放电时，根据能量的转化可知，是将化学能转化为光能，故D不符合题意。 故选C。 二、发电机与能量转化 【例题5】如图所示为核电站发电流程图，在发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是（ ） A．核能→化学能→机械能→电能 B．核能→内能→机械能→电能 C．核能→机械能→内能→电能 D．核能→内能→化学能→电能 由图可知，核反应堆把核能转化成内能，汽轮机把内能转化为机械能，发电机把机械能转化成电能。故B正确，ACD错误。故选B。 B 三、课堂总结 第二节 发电机是怎样工作的 课堂总结（1） 项目 直流电动机 交流发电机 原理图 原理 构造 能量转化 在电路中的作用 区分方法 电动机与发电机比较 通电线圈在磁场中受力转动 电磁感应 与电刷接触的是铜半环 与电刷接触的是铜环 电能转化为机械能 机械能转化为电能 用电器 电源 通电转动 转动生电 课堂总结（2） 发电机与 能量转化 ①火力发电：化学能 内能 机械能 电能。 ②水力发电：机械能 电能。 ③核能发电：核能 内能 机械能 电能。 四、综合提升训练 第二节 发电机是怎样工作的 综合提升训练 1. 如图为电动机和发电机的模型，其中虚线框内的装置叫__________，乙图的工作原理是_____________ ，甲图要加快线圈的转速，写出一种方法：________________。 根据甲图可知，有电源，是电动机模型，故虚线框内的装置是换向器，可以改变线圈中电流的方向；乙图中无电源，线圈转动过程中切割磁感线，产生感应电流，这是发电机的原理图，发电机的工作原理是电磁感应现象。 要使甲图中的线圈转速变快，可增大电路中的电流或增强磁体的磁性。 电磁感应现象 增大电路中的电流 换向器 综合提升训练 2．如图所示是小华用漆包线和磁体制作的一台发电机，制作时用刀片将线圈两端的漆全部刮掉，作为转动轴，用纸做一个小风车固定在转轴上，将转轴放在支架上，如图所示，将发电机与小量程电流表相连，转动小风车，电流表指针左右偏转，电路中电流的方向______（填“改变”或“不变”），此过程中发电机将______能转化为电能。若将小量程电流表换成电池，线圈_____（填“能”或“不能”）持续转动。 不能 改变 机械 综合提升训练 将发电机与小量程电流表相连，转动小风车，线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中会产生感应电流，电流表指针左右偏转，这说明电路中电流的方向是改变的。 此过程中线圈在磁场中转动的机械能转化为电能。 若将图中电流表换成电池，则无风吹时，由于通电线圈处在磁场中故而受力转动，但线圈转动至平衡位置因线圈两端的绝缘漆全部刮掉，无法改变线圈中的电流从而不能持续转动下去。 综合提升训练 【解析】甲图是通电导体在磁场中受力的作用实验，闭合开关，导体有电流通过，将受力运动，根据这个原理制成了电动机；乙图是电磁感应实验，闭合开关，当导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会有感应电流产生，电流表指针偏转，据此制成了发电机。 3．如图所示是电磁学中很重要的两个实验图，其中图_________的实验装置原理可以制造出发电机，它的工作原理是__________。 乙 电磁感应 综合提升训练 4．如图所示L为带动线圈转动的摇把，图中指针表示可来回摆动的电流表，关于此装置下列说法正确的是（　　） A．这是电动机的工作原理图 B．这是发电机的工作原理图 C．该装置将电能转化为机械能 D．通过电流表的电流是直流电 B 【解析】AB．带动线圈转动的摇把，电流表的指针来回摆动，说明电路中产生电流，此图是发电机的原理图，故B正确，A错误； C．该装置，消耗机械能，产生电能，将机械能转化为电能，故C错误； D．带动线圈转动的摇把，电流表的指针来回摆动，说明电流的方向不断改变，通过电流表的电流是交流电，故D错误。所以选B。 综合提升训练 5．如图所示“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰”挎照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是（　　） A．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能 B．太阳能电池板，将太阳能转化为电能 C．照明灯在工作时，将内能转化为电能 D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 B 【解析】A．风扇式发电机通过风吹动扇片转动，把风能转化为电能，A不符题意； B．太阳能电池板，是将太阳能转化为电能，故B符合题意； C．照明灯消耗电能而发光，将电能转化为光能，故C不符合题意； D．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D不符合题意。故选B。 综合提升训练 6．如图所示，是发电机和电动机的工作原理图。下列说法正确的是（　　） A．它们线圈中的电流方向都在做周期性变化 B．电动机的原理是电磁感应 C．发电机在图中位置时产生的电流最小 D．电动机从图中位置转过90°时，受到的磁场力是一对平衡力（不考虑线圈的重力） A 【解析】A．发电机线圈中产生的感应电流的大小和方向都随时间作周期性的变化，这种电流叫交流电；电动机线圈上安装有换向器，它可以改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动；它们线圈中的电流方向都在做周期性变化，故A正确； B．发电机的原理是电磁感应，电动机的原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故B错误； C．发电机在图中位置时，线圈与磁感线平行，转动时切割磁感线，会产生感应电流且最大，图中线圈转过90°瞬间，线圈平面和磁感线垂直，上下两边与磁场方向平行，线圈没有做切割磁感线运动，线圈中无电流，故C错误； D．电动机从图中位置转过90°时，电刷与换向器断开，线圈中无电流，不受磁场力，故D错误。所以选A。 综合提升训练 $