第二节 发电机是怎样工作的（导学案）物理沪科版2024九年级全一册

该初中物理导学案围绕“发电机是怎样工作的”展开，核心知识点包括发电机基于电磁感应原理工作，核心结构（线圈、磁极、铜环、电刷等），能量转化（机械能转化为电能），交直流电区分，以及火力、水力、核能等常见发电方式的能量转化路径与特点。通过自主预习中的结构填空和发电方式表格，引导学生回顾电磁感应现象，搭建从已有知识（如电磁感应）到发电机工作原理的学习支架，衔接前后知识点。 资料特色突出任务驱动的课堂探究，如通过表格拆解发电机工作过程（线圈位置、运动状态与电流关系），培养学生科学探究中的证据收集与解释能力。对比发电机与电动机的差异，强化科学思维中的模型建构与科学推理。分析发电方式优缺点时渗透科学态度与责任，结合实验题（如“探究感应电流产生条件”），帮助学生深化物理观念（能量观念、运动与相互作用观念），提升综合学习效率，适合课堂教学与自主学习使用。

第二节 发电机是怎样工作的 【学习目标】 知道发电机根据电磁感应原理制造，区分直流电与交流电；了解发电机结构，认识其能量转化；知道常见发电方式及能量转化过程，通过分析不同发电方式的原理，培养逻辑思维能力；从发电机结构理解设计的合理性，体会科学思维方法。 【学习重点】 通过奥斯特实验，理解通电导体周围存在磁场。 结合实验探究，掌握通电螺线管外部磁场的分布特点及方向判断方法。 【学习难点】 理解通电螺线管外部磁场与条形磁体磁场的相似性及其原因。 运用右手螺旋定则准确判断通电螺线管的磁极方向。 【自主预习】 1.发电机的基本结构 核心组成： 、 发电机的工作原理：______； 能量转化：______； 2. 发电方式 能量转化路径 核心原理 / 特点 优缺点 火力发电 燃烧煤、石油等燃料加热水，产生高压水蒸气推动汽轮机带动发电机 优点：技术成熟、不受地理限制；缺点：消耗不可再生能源、污染环境 水力发电 利用水库水流冲击水轮机，带动发电机旋转 优点：清洁无污染、可再生；缺点：受地理条件限制、影响生态环境 核能发电 利用铀原子核裂变释放的核能加热水，推动汽轮机发电 优点：节省化石能源、污染小；缺点：核废料处理难度大、存在安全风险 【课堂探究】 任务一：探究交流发电机的工作原理 1. 发电机的基本结构 1. 核心组成： 、 、铜环、电刷（连接外部电路，输出电流）； 1. 小型发电机结构：通常是线圈作为转子（转动切割磁感线），磁极作为定子； 1. 大型发电机结构：磁极作为转子（旋转产生变化磁场），线圈作为定子（固定不动切割磁感线），这种结构更便于产生高电压和强电流。 2. 工作过程拆解（结合示意图） 线圈位置 运动状态 电流情况 关键说明 线圈平面与磁感线垂直（平衡位置） 导体运动方向与磁感线平行 无感应电流 线圈转至此处时，电流方向即将改变 线圈平面与磁感线平行 导体垂直切割磁感线 感应电流最大 线圈 ab 边和 cd 边切割磁感线方向相反，产生感应电流 线圈继续转动（越过平衡位置） 导体切割磁感线方向反向 感应电流方向反向 线圈转一周，电流方向改变两次，形成交流电 3. 核心结论 1. 发电机的工作原理：______； 1. 能量转化：______； 1. 交流电特点：电流方向周期性变化，我国家庭电路交流电的频率为 50Hz（每秒电流方向改变 100 次）。 任务二：认识常见发电方式及能量转化 1. 三种核心发电方式详解 发电方式 能量转化路径 核心原理 / 特点 优缺点 火力发电 燃烧煤、石油等燃料加热水，产生高压水蒸气推动汽轮机带动发电机 优点：技术成熟、不受地理限制；缺点：消耗不可再生能源、污染环境 水力发电 利用水库水流冲击水轮机，带动发电机旋转 优点：清洁无污染、可再生；缺点：受地理条件限制、影响生态环境 核能发电 利用铀原子核裂变释放的核能加热水，推动汽轮机发电 优点：节省化石能源、污染小；缺点：核废料处理难度大、存在安全风险 2. 其他发电方式补充 1. 风力发电：______，清洁可再生，但受风力资源限制； 1. 太阳能发电：______，环保无污染，但受天气和光照时间限制。 任务三：区分发电机与电动机 核心差异对比表 设备 工作原理 能量转化 电路特点 发电机 无电源，需要外力驱动（如水流、汽轮机） 电动机 有电源，通电后转动 【归纳整理】 【课堂练习】 一、单选题 1．下列有关电与磁的描述，正确的是（　　） A．甲图：根据安培定则，大拇指所指的那端为通电螺线管的S极 B．乙图：电磁继电器是利用电流的热效应来控制工作电路的一种开关 C．丙图：通电导体在磁场中受力运动，是电动机的工作原理 D．丁图：手持导线AB左右往复运动过程中，将电能转化为机械能 2．新能源汽车用到的一种能量回收技术，就是汽车在滑行或制动过程中，内部线圈切割磁感线产生感应电流。下列装置与能量回收技术工作原理相同的是（　　） A．风力发电 B．电磁起重机 C．早期指南针-司南 D．自制电动机 3．下列实验中，能说明发电机工作原理的是（　　） A．奥斯特实验 B．通电导线在磁场中受力的作用 C．电磁感应 D．探究影响电磁铁磁性强弱的因素 4．如图所示为动圈式话筒的构造示意图。当人对着话筒说话时，声波引起膜片振动，磁场中的线圈跟随着膜片一起运动，能产生不同电流。下列装置的工作原理与动圈式话筒的工作原理相同的是（　　） A．汽油机 B．电磁起重机 C．发电机 D．扬声器 5．关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．甲图的实验说明磁场能产生电流 B．乙图的实验所揭示的原理可制成发电机 C．丙图是演示电磁感应现象的实验装置 D．丁图中麦克风是应用了丙实验装置的工作原理 6．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 三、实验题 7．小强在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，连接了如图所示的装置。 (1)实验中是通过观察 来判断电路中是否有感应电流的。 (2)小强将实验中观察到的现象记录在表中。分析下表可以得出产生感应电流的条件是： 做 运动时，电路中就会产生感应电流。 次数 开关 磁场方向 导体ab的运动方向 电流表的指针 1 断开 上N下S 向右运动 不偏转 2 断开 上N下S 向左运动 不偏转 3 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转 4 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转 5 闭合 上N下S 向上运动 不偏转 6 闭合 上S下N 向下运动 不偏转 7 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转 8 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转 (3)通过比较实验次数3和4（或7和8）可知： 。 (4)此实验原理可用来制造 （选填“电动机”或“发电机”）。 8．在“探究感应电流产生条件”的实验中，小明将观察到的现象记录在下表中根据上述现象，回答下列问题： 电路 导体AB在磁场中的运动情况 电流表G指针的偏转方向 闭合 静止 不偏转 向右切割磁感线 向右偏 向左切割磁感线 向左偏 不切割磁感线 不偏转 断开 静止 不偏转 沿任意方向运动 不偏转 (1)根据表中实验步骤可知： （选填“闭合”或“不闭合”）电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流，感应电流的方向与导体磁感线的运动方向有关。 (2)请说出本实验中能量的转化过程 。 (3)请举一例说明该现象在实际中的应用 。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 发电机是怎样工作的 【学习目标】 知道发电机根据电磁感应原理制造，区分直流电与交流电；了解发电机结构，认识其能量转化；知道常见发电方式及能量转化过程，通过分析不同发电方式的原理，培养逻辑思维能力；从发电机结构理解设计的合理性，体会科学思维方法。 【学习重点】 通过奥斯特实验，理解通电导体周围存在磁场。 结合实验探究，掌握通电螺线管外部磁场的分布特点及方向判断方法。 【学习难点】 理解通电螺线管外部磁场与条形磁体磁场的相似性及其原因。 运用右手螺旋定则准确判断通电螺线管的磁极方向。 【自主预习】 1.发电机的基本结构 核心组成： （转子，如线圈或磁极）、 （定子，如磁极或线圈） 发电机的工作原理：______（电磁感应）； 能量转化：______（机械能→电能）； 2. 发电方式 能量转化路径 核心原理 / 特点 优缺点 火力发电 化学能→内能→机械能→电能 燃烧煤、石油等燃料加热水，产生高压水蒸气推动汽轮机带动发电机 优点：技术成熟、不受地理限制；缺点：消耗不可再生能源、污染环境 水力发电 水的机械能→水轮机机械能→电能 利用水库水流冲击水轮机，带动发电机旋转 优点：清洁无污染、可再生；缺点：受地理条件限制、影响生态环境 核能发电 核能→内能→机械能→电能 利用铀原子核裂变释放的核能加热水，推动汽轮机发电 优点：节省化石能源、污染小；缺点：核废料处理难度大、存在安全风险 【课堂探究】 任务一：探究交流发电机的工作原理 1. 发电机的基本结构 1. 核心组成： （转子，如线圈或磁极）、 （定子，如磁极或线圈）、铜环、电刷（连接外部电路，输出电流）； 1. 小型发电机结构：通常是线圈作为转子（转动切割磁感线），磁极作为定子； 1. 大型发电机结构：磁极作为转子（旋转产生变化磁场），线圈作为定子（固定不动切割磁感线），这种结构更便于产生高电压和强电流。 2. 工作过程拆解（结合示意图） 线圈位置 运动状态 电流情况 关键说明 线圈平面与磁感线垂直（平衡位置） 导体运动方向与磁感线平行 无感应电流 线圈转至此处时，电流方向即将改变 线圈平面与磁感线平行 导体垂直切割磁感线 感应电流最大 线圈 ab 边和 cd 边切割磁感线方向相反，产生感应电流 线圈继续转动（越过平衡位置） 导体切割磁感线方向反向 感应电流方向反向 线圈转一周，电流方向改变两次，形成交流电 3. 核心结论 1. 发电机的工作原理：______（电磁感应）； 1. 能量转化：______（机械能→电能）； 1. 交流电特点：电流方向周期性变化，我国家庭电路交流电的频率为 50Hz（每秒电流方向改变 100 次）。 任务二：认识常见发电方式及能量转化 1. 三种核心发电方式详解 发电方式 能量转化路径 核心原理 / 特点 优缺点 火力发电 化学能→内能→机械能→电能 燃烧煤、石油等燃料加热水，产生高压水蒸气推动汽轮机带动发电机 优点：技术成熟、不受地理限制；缺点：消耗不可再生能源、污染环境 水力发电 水的机械能→水轮机机械能→电能 利用水库水流冲击水轮机，带动发电机旋转 优点：清洁无污染、可再生；缺点：受地理条件限制、影响生态环境 核能发电 核能→内能→机械能→电能 利用铀原子核裂变释放的核能加热水，推动汽轮机发电 优点：节省化石能源、污染小；缺点：核废料处理难度大、存在安全风险 2. 其他发电方式补充 1. 风力发电：______（风能→机械能→电能），清洁可再生，但受风力资源限制； 1. 太阳能发电：______（太阳能→电能），环保无污染，但受天气和光照时间限制。 任务三：区分发电机与电动机 核心差异对比表 设备 工作原理 能量转化 电路特点 发电机 电磁感应现象 机械能→电能 无电源，需要外力驱动（如水流、汽轮机） 电动机 磁场对通电导体的作用 电能→机械能 有电源，通电后转动 【归纳整理】 【课堂练习】 一、单选题 1．下列有关电与磁的描述，正确的是（　　） A．甲图：根据安培定则，大拇指所指的那端为通电螺线管的S极 B．乙图：电磁继电器是利用电流的热效应来控制工作电路的一种开关 C．丙图：通电导体在磁场中受力运动，是电动机的工作原理 D．丁图：手持导线AB左右往复运动过程中，将电能转化为机械能 【答案】C 【详解】A．甲图：根据安培定则，四指指向电流方向，大拇指所指的那端为通电螺线管的N极，故A错误； B．乙图：电磁继电器是利用电流的磁效应来控制工作电路的一种开关，不是利用电流的热效应工作的，故B错误； C．丙图：通电导体在磁场中受力运动，是电动机的工作原理，其工作过程中将电能转化为机械能，故C正确； D．丁图：手持导线AB左右往复运动过程中，闭合电路中的导线AB切割磁感线产生感应电流，将机械能转化为电能，故D错误。 故选C。 2．新能源汽车用到的一种能量回收技术，就是汽车在滑行或制动过程中，内部线圈切割磁感线产生感应电流。下列装置与能量回收技术工作原理相同的是（　　） A．风力发电 B．电磁起重机 C．早期指南针-司南 D．自制电动机 【答案】A 【详解】汽车在滑行或制动过程中，内部线圈切割磁感线产生感应电流，属于电磁感应现象； A．风力发电机利用电磁感应现象工作的，故与汽车在滑行或制动过程中发电原理相同，故A符合题意； B．电磁起重机是利用电流的磁效应来工作的，故B不符合题意； C．司南指示南北是由于受到地磁场的作用，故C不符合题意； D．电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用来工作的，故D不符合题意。 故选A。 3．下列实验中，能说明发电机工作原理的是（　　） A．奥斯特实验 B．通电导线在磁场中受力的作用 C．电磁感应 D．探究影响电磁铁磁性强弱的因素 【答案】C 【详解】A．奥斯特实验证明了电流周围存在磁场，是电流的磁效应，不是发电机的工作原理，故A 不符合题意； B．该实验是通电导线在磁场中受力的作用，这是电动机的工作原理，不是发电机的工作原理，故B不符合题意； C．该实验是电磁感应现象，发电机利用了该原理，故C符合题意； D．该实验是探究影响电磁铁磁性强弱的因素，利用的是电流的磁效应，不是发电机的工作原理，故D不符合题意。 故选 C。 4．如图所示为动圈式话筒的构造示意图。当人对着话筒说话时，声波引起膜片振动，磁场中的线圈跟随着膜片一起运动，能产生不同电流。下列装置的工作原理与动圈式话筒的工作原理相同的是（　　） A．汽油机 B．电磁起重机 C．发电机 D．扬声器 【答案】C 【详解】动圈式话筒工作过程是：声波振动引起膜片振动从而带动线圈振动，线圈切割永久磁体的磁场产生感应电流，经放大传给扬声器。由此可知其工作原理是电磁感应现象。 A．汽油机是将内能转化为机械能的机器，其工作原理是通过燃料燃烧产生高温高压气体推动活塞做功，与电磁感应现象无关，故A不符合题意； B．电磁起重机是利用电流的磁效应工作的，即通电线圈周围存在磁场，从而吸引铁质物体，与电磁感应现象无关，故B不符合题意。 C．发电机是利用电磁感应原理工作的，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电流，与动圈式话筒的工作原理相同，故C符合题意； D．扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故D不符合题意。 故选 C。 5．关于下列四幅图的说法正确的是（　　） A．甲图的实验说明磁场能产生电流 B．乙图的实验所揭示的原理可制成发电机 C．丙图是演示电磁感应现象的实验装置 D．丁图中麦克风是应用了丙实验装置的工作原理 【答案】B 【详解】A．图甲是奥斯特实验，通电后小磁针偏转，说明了通电导线周围存在磁场，故A错误； B．图乙是电磁感应实验，根据此原理可以制成发电机，故B正确； C．图丙是磁场对电流的作用实验，通电后通电导体在磁场中受到力的作用而运动，故C错误； D．图丁是动圈式话筒（麦克风），当人对话筒说话时，引起膜片的振动，膜片的振动会引起线圈的运动，切割永磁铁的磁感线而产生相对应的变化的电流，从而在扬声器产生与说话者相同的声音，动圈式话筒是根据电磁感应原理工作的，故D错误。 故选B。 6．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 【答案】D 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。故选D。 三、实验题 7．小强在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，连接了如图所示的装置。 (1)实验中是通过观察 来判断电路中是否有感应电流的。 (2)小强将实验中观察到的现象记录在表中。分析下表可以得出产生感应电流的条件是： 做 运动时，电路中就会产生感应电流。 次数 开关 磁场方向 导体ab的运动方向 电流表的指针 1 断开 上N下S 向右运动 不偏转 2 断开 上N下S 向左运动 不偏转 3 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转 4 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转 5 闭合 上N下S 向上运动 不偏转 6 闭合 上S下N 向下运动 不偏转 7 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转 8 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转 (3)通过比较实验次数3和4（或7和8）可知： 。 (4)此实验原理可用来制造 （选填“电动机”或“发电机”）。 【答案】(1)灵敏电流计的指针是否偏转 (2) 闭合电路的一部分导体在磁场中 切割磁感线 (3)感应电流的方向与导体做切割磁感线运动的方向有关 (4)发电机 【详解】（1）在“探究什么情况下磁可以生电”的实验中，由于感应电流比较微弱，难以直接观察，所以通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中是否有感应电流。 （2）[1][2]当开关断开时（如次数1、2），不管导体如何运动，电流表指针都不偏转，说明电路不闭合时，没有感应电流产生。当开关闭合时，若导体做切割磁感线运动（如次数3、4中导体水平运动，切割了磁感线；而次数5中导体向上运动，没有切割磁感线，次数6中导体向下运动，也没有切割磁感线），电流表指针偏转，有感应电流产生；若导体不做切割磁感线运动，电流表指针不偏转，没有感应电流产生。所以得出产生感应电流的条件是：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生感应电流。 （3）比较实验3、4（或7和8）可知：在磁场方向一定时，感应电流的方向与导体做切割磁感线运动的方向有关。 （4）在电磁感应现象中，消耗了机械能，产生了电能，此实验原理可用来制造发电机。 8．在“探究感应电流产生条件”的实验中，小明将观察到的现象记录在下表中根据上述现象，回答下列问题： 电路 导体AB在磁场中的运动情况 电流表G指针的偏转方向 闭合 静止 不偏转 向右切割磁感线 向右偏 向左切割磁感线 向左偏 不切割磁感线 不偏转 断开 静止 不偏转 沿任意方向运动 不偏转 (1)根据表中实验步骤可知： （选填“闭合”或“不闭合”）电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流，感应电流的方向与导体磁感线的运动方向有关。 (2)请说出本实验中能量的转化过程 。 (3)请举一例说明该现象在实际中的应用 。 【答案】(1)闭合 (2)机械能转化为电能 (3)发电机 【详解】（1）由表中数据可知，电路断开时，静止或沿任意方向运动，都不产生感应电流，当电路闭合时，静止或不切割磁感线，不产生感应电流，向右或向左切割磁感线，产生感应电流，且感应电流方向相反，因此闭合电路的一部分导体在磁场中做磁感线运动时，导体中就会产生感应电流，感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向有关。 （2）闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，则本实验中能量的转化过程机械能转化为电能。 （3）闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，是电磁感应现象，电磁感应现象的应用是制成了发电机。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $