4. 发电机和电动机（导学案）物理沪科版选择性必修第二册

第4节 发电机和电动机 1.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。 2.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。 3.科学探究：探究直流电动机为何能连续转动? 4.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。 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)。 【知识回顾】 第3节 变压器 一、变压器的组成 1.构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 2.原线圈：与交流电源连接的线圈叫作原线圈，也叫初级线圈。 副线圈：与负载连接的线圈叫作副线圈，也叫次级线圈。 3.工作原理：互感现象 4.变压器中的能量转化：原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量。 二、理想变压器原、副线圈的电压比与匝数比的关系 1.电压关系 (1)只有一个副线圈时，＝。 当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器。 当n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低，是降压变压器。 (2)有多个副线圈时，＝＝＝… 2.功率关系 从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出。 3.电流关系 (1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或＝。 (2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。 三、电能的输送 1.远距离输电的电路图(如图)。 2.常用关系 ①功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4。 ②电压关系：＝，U2＝ΔU＋U3，＝。 ③电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝。 ④输电电流：I线＝＝＝。 ⑤输电线上损耗的电功率：ΔP＝P2－P3＝IR线＝＝ΔU·I线。 ⑥输电线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3。 ⑦输电效率η＝×100%。 【自主预习】 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。 思考与讨论1 一、发电机的主要性能和能量转化 1.什么是发电机呢？ 答案 发电机是将机械能转化为电能的装置。 2.发电机主要分为哪两种吗？ 答案 发电机主要分为直流发电机和交流发电机两种。 3.同学们请小组讨论，能说出这两种发动机的优缺点吗？ 答案 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。 思考与讨论2 二、电动机的主要性能和能量转化 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？ 答案 这种电动机存在的问题是不能持续转动，稳定在中性面。 课堂小结： 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。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 发电机和电动机 1.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。 2.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。 3.科学探究：探究直流电动机为何能连续转动? 4.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。 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)。 【知识回顾】 第3节 变压器 一、变压器的组成 1.构造：变压器是由闭合 和绕在铁芯上的两个 组成的。 2.原线圈：与交流 连接的线圈叫作原线圈，也叫初级线圈。 副线圈：与 连接的线圈叫作副线圈，也叫次级线圈。 3.工作原理： 现象 4.变压器中的能量转化：原线圈中电场的能量转变成 的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了 的能量。 二、理想变压器原、副线圈的电压比与匝数比的关系 1.电压关系 (1)只有一个副线圈时，＝ 。 当n2>n1时，U2 U1，变压器使电压升高，是升压变压器。 当n2<n1时，U2 U1，变压器使电压降低，是降压变压器。 (2)有多个副线圈时，＝＝＝… 2.功率关系 从能量守恒看，理想变压器的输入功率 输出功率，即P入 P出。 3.电流关系 (1)只有一个副线圈时，U1I1＝ 或＝ 。 (2)当有多个副线圈时，I1U1＝ ＋ ＋…或n1I1＝ ＋ ＋…。 三、电能的输送 1.远距离输电的电路图(如图)。 2.常用关系 ①功率关系：P1＝ ，P2＝ ，P3＝ 。 ②电压关系：＝ ，U2＝ ，＝ 。 ③电流关系：＝ ，I2＝ ＝ ，＝ 。 ④输电电流：I线＝＝＝ 。 ⑤输电线上损耗的电功率：ΔP＝ ＝IR线＝＝ΔU·I线。 ⑥输电线上的电压损失：ΔU＝ ＝ 。 ⑦输电效率η＝ ×100%。 【自主预习】 第4节 发电机和电动机 一、发电机 (1)能量转化：发电机将 转化为 的装置。 (2)工作原理：电磁感应。 (3)分类： 发电机和 发电机。 (4)构成：发电机里产生感应电动势的 通常叫电枢。转动的部分都叫 ，静止的部分都叫 。 二、电动机 (1)能量转化：电动机将 转化为 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 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 方向，使线圈持续转动下去。 思考与讨论1 一、发电机的主要性能和能量转化 1.什么是发电机呢？ 2.发电机主要分为哪两种吗？ 3.同学们请小组讨论，能说出这两种发动机的优缺点吗？ 思考与讨论2 二、电动机的主要性能和能量转化 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？ 课堂小结： 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 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 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 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 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $