4. 发电机和电动机（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第二册

第4节 发电机和电动机 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第4节 发电机和电动机 教学 目标 物理观念 用能量转化观点理解发电机和电动机的物理原理。 科学思维 理解发电机中定子和转子概念中的运动相对性思维方法。 科学探究 探究直流电动机为何能连续转动? 科学态度 与责任 通过发电机和电动机的应用，体会科学技术推动社会发展的巨大作用,培养探索科学的精神。 教学 重难点 1. 了解发电机和电动机的能量转化和物理原理的区别(重点)。 2. 理解换向器在直流电动机连续转动的作用(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：发电机和电动机的基本原理是什么？ 学生：电磁感应。 教师：发电机和电动机与我们的生活息息相关。家庭电路中的电大多来自发电厂里的发电机。家庭生活中的电风扇、油烟机、洗衣机等都要配装各种类型的电动机。今天，我们将学习发电机和电动机有关知识。 学生思考并回答问题。 新课讲授 一、发电机的主要性能和能量转化 教师：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了“电流的磁效应”，即，电→磁。1831年，法拉第发现了电磁感应现象，即，磁→电。后续科学家在电磁学上的不断的研究，才慢慢有了我们现在丰富多彩的生活。那么，什么是发电机呢？ 学生：发电机是将机械能转化为电能的装置。 教师：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。发电机的种类很多，那同学们知道，发电机主要分为哪两种吗？ 学生：发电机主要分为直流发电机和交流发电机两种。 教师：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。发电机中转动的部分都叫转子，静止的部分都叫定子。 教师：磁极不动，电枢转动，为旋转电枢式发电机。如图所示： 磁极转动，电枢不动，为旋转磁极式发电机。如图所示： 提问：同学们请小组讨论，能说出这两种发动机的优缺点吗？ 学生：旋转电枢式的缺点：电压高会火花放电，电枢无法做大；旋转磁极式的优点：高电压，高功率输出。 教师：下图是发电机的能量转化关系图。 学生思考并回答问题。 新课讲授 二、电动机的主要性能和能量转化 教师：电动机是把电能转化为机械能的装置。电动机的种类很多，从基本结构来说，主要也是由定子和转子构成。定子静止不动，转子可绕轴转动。 如图所示，结合所学知识，同学们能发现图中的电动机有什么问题吗？ 学生：这种电动机存在的问题是不能持续转动，稳定在中性面。 教师：为了解决上述的问题，在线圈端头处加一个换向器，换向器的作用是让线圈可以持续旋转。播放视频。 教师：下图是电动机的能量转换关系图。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 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 答案　B 解析　AB．电动机原理是利用磁场对电流作用，工作时把电能转化为机械能，故A错误，B正确；CD．发电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，故CD错误。 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 答案　D 解析　A．在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电流为零，故A错误；B．从图乙位置开始计时，此时线圈中的磁通量为零，磁通量变化量最大，感应电动势最大，感应电流最大，线圈中电流i随时间t变化的关系式为 故B错误；C．在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故C错误；D．在图丁位置时，线圈中的磁通量为零，磁通量变化量最大，感应电动势最大，由丙到丁可知，线框在做逆时针转动，即cd向右运动，根据右手定则可知，cd边电流方向为d→c，故D正确。 3.（多选）如果直流电动机转子线圈按如图所示方式连接，则闭合电键后(　　) A. 转子线圈能持续转动 B. 应该使用换向器，转子线圈才会持续转动 C. 电动机的线圈在左图位置时不会转动 D. 电动机的线圈在右图位置时最终会停止转动 答案　BD 解析　ABD．直流电动机转子线圈想要持续转动，必须使用换向器，否则最终将停止在右图所示中性面位置。A错误，B正确，D正确；C．线圈在左图位置时，ab边受到向上的安培力，cd边受到向下的安培力，所以会顺时针转动，C错误。 4.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 答案　B 解析　A．电动机的电功率P=UI，代入数据可得 200W=10V×I 解得：I=20A ，A项正确；B．磁场方向在磁体外部由N极指向S极，由电动机运转方向可知，AB段受力方向向上，再由左手定则可知，电流方向由A指向B，故b为正极，a为负极，B项错误；C．电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换，AB间电流方向改变，依次类推可知，A点与B点间电流方向不断改变，C项正确；D．直流电源可以驱动该电动机正常工作，D项正确。 课 堂 小 结 板 书 设 计 第4节 发电机和电动机 一、发电机 (1)能量转化：发电机将机械能转化为电能的装置。 (2)工作原理：电磁感应。 (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。 二、电动机 (1)能量转化：电动机将电能转化为机械能的装置。 (2)工作原理：通电导线在磁场中受到安培力的作用。 (3)分类：直流电动机和交流电动机。 (4)直流电动机换向器（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。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“问题与思考”。 2.配套分层作业。 教学反思 学生在初中的学习中已经知道了生活用电,但对交流发电机与直流发电机的区别也不太清楚。通过设法让学生调整发电机以输出直流电，帮助学生深化交流输出的原理，同时也让学生认识直流发电机与交流发电机的区别。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $