(共63张PPT)
17.3 发电机为什么能发电
第十七章 电动机与发电机
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
课时讲解
1
课时流程
2
认识发电机
探究电磁感应现象
发电机的工作原理
复习巩固，引入新课
1820 年4 月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，即“电生磁”现象，于是科学家们根据逆向思维，就猜测“磁”能不能生“电”呢？我们生活中所需要的电能都是从哪里来的呢？经过长期研究，英国物理学家法拉第于1831 年发现了电磁感应现象，实现了人们“磁生电”的愿望。
思想方法
逆向思维：逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。
本节应用：
知识点
认识发电机
知1－讲
1
1. 提出问题
如图所示，是一台手摇发电机，它主要由哪几部分构成？手摇发电机产生的电流方向是否变化？发电机的转速对小灯泡的亮度有影响吗？
学习方法
提出问题的重要性：提出问题，可以让学生在接下来的实验过程中更好地把握住观察的重点，从而培养学生的实验观察能力。
知1－讲
2. 实验与观察
实验操作 现象 结论
将手摇发电机、小灯泡、开关、导线连成电路，闭合开关，摇动发电机 小灯泡发光 灯泡发光是因为电路中有电流。说明摇动发电机产生了电流
用不同速度摇动
转轮 灯泡的亮度在变化，转速大时，灯泡亮些，转速小时，灯泡暗些 手摇发电机产生的电流与发电机的转速有关
知1－讲
3. 观察讨论交流
(1)将发电机模型拆开，观察发电机的内部结构，类比电动机模型，说出各部件的名称。发电机的主要部件有磁体和线圈。
(2)实际的交流发电机结构比较复杂，但主要是由转子(转动部分)和定子(固定部分)两部分组成。
(3)实际用的发电机的转子是由水轮机、汽轮机或内燃机来带
动的。
发电机是将其他形式的能转化为电能的装置。
知1－讲
思想方法
对比法：
对比法认识发电机的结构：电动机模型和发电机模型有相同之处，即它们主要的组成部分都是磁体和线圈。在电动机模型和发电机模型中，都有转动的部分和不动的部分，我们把转动的部分叫做转子，不动的部分叫做定子。
知1－讲
例 1
[中考·东营] 如图是“探究什么情况下磁可以生电”的装置，用棉线将一段导体AB 悬挂起来，放置于蹄形磁体的磁场中，再用导线把导体AB 和灵敏电流计连接起来，组成闭合电路。
知1－讲
(1)该实验中， 灵敏电流计的作用是______________________、________________________。
判断产生感应电流的大小
判断产生感应电流的方向
思路导引：在“探究产生感应电流的条件”的实验中，灵敏电流计的作用是判断产生感应电流的大小、判断产生感应电流的方向。
知1－讲
(2)确认灵敏电流计能正常工作后，某同学发现，无论导体AB 在磁场中怎样运动，灵敏电流计的指针均不发生偏转，其主要原因可能是__________、______________。
电流太小
不是闭合电路
思路导引：确认灵敏电流计能正常工作后，某同学发现，无论导体AB 在磁场中怎样运动，灵敏电流计的指针均不发生偏转，其主要原因可能是电流太小、不是闭合电路。
序号 磁体(磁极)放置方式 导体AB 运动情况 电流计指针偏转情况
1 上N 下S 静止 不偏转
2 竖直向上运动 不偏转
3 竖直向下运动 不偏转
4 上N 下S 向左运动 向右偏转
5 向右运动 向左偏转
6 上S 下N 向左运动 向左偏转
7 向右运动 向右偏转
知1－讲
(3)在老师的指导下，兴趣小组对实验进行完善后，观察到的现象如下表所示，由此可知闭合电路的一部分导体在磁场中做 ____________运动时，电路中会产生感应电流。
切割磁感线
知1－讲
思路导引：观察到的现象如表所示，由此可知闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。
知1－讲
(4)比较第4、5(或6、7)次实验可以得出_____________________
____________________________________________________
___________________。
闭合电路的一部分导体
思路导引：比较第4、5(或6、7)次实验可以得出闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中感应电流的方向与导体的运动方向有关。
在磁场中做切割磁感线运动时，导体中感应电流的方向与
导体的运动方向有关
知1－讲
(5)在此实验过程中，能量转化情况是_________________。利用这一原理，人们在生产生活中制成了_____________。
机械能转化为电能
发电机
思路导引：在此实验过程中，能量转化情况是机械能转化为电能，利用这一原理，人们在生产生活中制成了发电机。
知1－讲
①利用“转换法和控制变量法”探究“电磁感应”的相关问题
(1)转换法：根据“灵敏电流计指针偏转”反映“电路中有感应电流产生”，根据“灵敏电流计指针左右偏转”反映“感应电流方向的变化”。
(2)根据“产生感应电流的条件”推知“灵敏电流计指针不偏转” 的原因有两种可能：一是感应电流太小；二是根本没有产生感应电流。从而推知指针不偏转的原因。
(3)根据“ 控制变量思想”分析“感应电流方向与磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关。”
知1－讲
科学史话
科拉顿“跑”失良机：
瑞士物理学家科拉顿做了如下实验：他将一根直导线平行地放在小磁针的上方，然后与另一个房间的螺旋线圈组成闭合电路。他将一个条形磁铁插入螺旋线圈内，然后跑到另一个房间里，观察小磁针是否偏转。进行多
次实验，他都没有发现小磁针发生
偏转。
知1－练
1.[中考·安徽] 在探究“什么情况下磁可以生电”的实验中，实验装置如图所示。
知1－练
(1)实验现象：
①保持蹄形磁体位置不动，让导体AB在磁场中静止、竖直向上或向下运动，灵敏电流计的指针均不发生偏转；
②让导体AB 向左或向右运动，灵敏电流计的指针发生偏转；
③保持导体AB 不动，让蹄形磁体向左或向右运动，灵敏电流计的指针发生偏转。
实验结论：闭合电路的一部分导体在磁场中做____________运动时，导体中就会产生感应电流。
切割磁感线
知1－练
(2)实验现象：
①保持磁场方向不变，导体AB向右运动时，灵敏电流计指针向左偏转；导体AB向左运动时，灵敏电流计指针向右偏转。
②对调磁体两极的位置。使磁场方向发生改变，导体AB 向右运动时，灵敏电流计指针向右偏转；导体AB 向左运动时，灵敏电流计指针向左偏转。
实验结论：感应电流的方向与___________________________
_________有关。
导体切割磁感线运动方向和
磁场方向
知2－讲
知识点
探究电磁感应现象
2
1. 简化法
思想方法
简化法：
(1) 本节体现：为了研究问题的简便，我们取一根导线代替线圈、蹄形磁铁代替复杂磁体。这样能够容易地进行探究。
(2)温故知新：探究电动机原理时，对电动机模型的简化处理。
知2－讲
2. 探究电磁感应现象
实验器材
实验装置图
知2－讲
(1)探究怎样产生感应电流
实验
序号 图示 实验操作 现象 说明
1
闭合开关，导体棒保持静止 灵敏电流计指针没有发生偏转 导体棒静止，没有切割磁感线
知2－讲
实验
序号 图示 实验操作 现象 说明
2
断开开关，导体棒左右运动 灵敏电流计指针没有发生偏转 导体棒左右运动，切割磁感
线，但开关断开，所以不能产生电流
3
闭合开关，导体棒左右运动 灵敏电流计指针发生偏转 开关闭合，导
体棒左右运动，切割磁感线
知2－讲
实验
序号 图示 实验操作 现象 说明
4
闭合开关，导体棒上下运动 灵敏电流计指针没有发生偏转 开关闭合，导
体棒上下运动，不切割磁感线
5
闭合开关，导体棒斜向右上下运动 灵敏电流计指针发生偏转 开关闭合，导
体棒斜向右上
下运动，切割
磁感线
知2－讲
实验
序号 图示 实验操作 现象 说明
6
闭合开关，导体棒斜向左上下运动 灵敏电流计指针发生偏转 开关闭合，导
体棒斜向左上
下运动，切割
磁感线
知2－讲
①把磁感线当成麦子，导体当成镰刀(如图)。
②我们把实验序号2、3、5、6 中导体的运动称为切割磁感线运动。显然实验序号1、4 中导体没有做切割磁感线运动。
导体运动方向与磁感线方向平行时不切割磁感线。
知2－讲
③比较序号2、3 的实验可知，导体切割磁感线运动过程中，电路必须是闭合的，才能产生感应电流。
④结论：闭合电路的部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应现象，电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。
知2－讲
(2)探究感应电流的方向与哪些因素有关
装置图 磁体摆放方向 ab 运动方向 电流计指针偏转情况
1 N 极在上 水平向左运动 向右偏转
2 水平向右运动 向左偏转
3 N 极在下 水平向左运动 向左偏转
4 水平向右运动 向右偏转
知2－讲
探究分析 (1)比较序号1 和2(或3 和4)的实验可知，当磁场方向不变时，导体做切割磁感线运动的方向相反，感应电流的方向相反，说明感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向有关
(2)比较序号1 和3(或2 和4)的实验可知，当导体切割磁感线运动方向相同时，调换磁体的N、S 极的位置，即改变磁场方向时，感应电流的方向改变，说明感应电流的方向与磁场方向有关
(3)比较序号1 和4(或2 和3)的实验可知，当磁场方向和导体切割磁感线运动方向都发生改变时，感应电流的方向不发生改变
知2－讲
结论 感应电流的方向与磁场方向、导体切割磁感线运动的方向有关。只改变其中一个因素时，感应电流的方向发生改变；当两个因素都改变时，感应电流方向保持不变
知2－讲
3. 电磁感应现象中的能量转化：机械能转化为电能。
在电磁感应现象中，外力拉动导体消耗了机械能，而导体中产生了电流，由此可见，在电磁感应现象中，将机械能转化为电能。
4. 电磁感应现象的应用
电磁感应现象广泛应用于生产、生活以及科学研究中，如发电机、变压器、动圈式话筒等。
动圈式扬声器的工作原理是磁
场对通电导体有力的作用。
知2－讲
思想方法
类比法：
(1)本节体现：磁感线比作“麦子”；运动的导体比作“镰刀”；导体切割磁感线比作“镰刀割麦子”。
注意：磁感线是切不断的。
(2)温故知新：浮力的理解
水比作“手”；浮力比作“托力”。
知2－讲
思维拔高
从形象到抽象：
导体切割磁感线的情况，我们可以用下面两种图来表示：
(1)垂直纸面的导线用圆圈表示，如图。
(2)垂直纸面向里的磁场用“×”表示，垂直纸面向外的磁场用“ ”表示。
知2－讲
思维方法
控制变量法：
(1)本节体现：在探究影响感应电流方向的因素时，保持导体切割磁感线方向和磁场方向中的一个不变，改变另一个。
(2)温故知新：探究通电导体在磁场中受力方向的影响因素时，保持电流方向和磁场方向中的一个不变，改变另一个。
知2－讲
知识拓展
在电磁感应现象中，影响感应电流大小的因素有：
(1)导体做切割磁感线运动的速度越大，感应电流越大；
(2) 磁场越强，感应电流越大；
(3)线圈匝数越多，感应电流越大；
(4)导体切割磁感线运动方向与磁场方向之间的夹角越大，感应电流越大。
知2－讲
规律总结
利用右手定则判断感应电流的方向:伸开右手，使拇指跟其余四个并拢的手指垂直并且跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体运动方向，则其余四指的指向就
是感应电流的方向。
知2－讲
方法技巧
感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向和磁场方向有关。其关系简记为“一变则变，全变不变”。
知2－讲
拓展一步
动圈式话筒是把声音信号转换为电信号的一种装置，其工作原理是：当人对着话筒说话时，产生的声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈在磁场中的运动能产生随着声音变化而变化的电流。
知2－讲
例2
［中考 广西］科技创新小组发明了一款新型的带滚轮书包，其内部无电池，但拖
动书包使轮子滚动时，
嵌在轮子里的LED 灯
会发光，行走更安全。
下列图中能反映此
原理的是( )
D
知2－讲
思路导引：带滚轮的书包，其内部没装电池，但拖动书包使轮子滚动时，嵌在轮子里的LED 灯会发光，则可知此现象的原理为电磁感应现象。A 图中的实验为奥斯特实验，可以验证电流的磁效应，故不符合题意；B 图中实验装置可以验证通电导线在磁场中受力而运动，故不符合题意；C 图中实验装置是探究影响电磁铁磁性大小因素的实验，故不符合题意；D 图中实验装置无电源，闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流，是电磁感应现象，故符合题意。
知2－讲
②根据电磁感应的特点辨识电磁感应现象
具有上述特点的事例都用到了电磁感应原理。反之，当电路中有电源时，则在磁场中的导体棒通有电流时会受到力的作用而运动起来，即电动机的工作原理。
知3－讲
知识点
发电机的工作原理
3
1. 发电机的结构
知3－讲
2. 发电机的工作过程
工作过程 图示 切割磁感
线情况 感应电流
产生情况 电流的输出情况
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 线圈中不产生感应电流 不输出
电流
知3－讲
当线圈平面与
磁感线平行时，
AB 边运动方向向上，CD 边运动方向向下，都切割磁感线，产生感应电流 由于AB 边
和CD 边切
割磁感线方
向相反， 故
产生的感应
电流方向相
反，AB 边产
生的感应电
流由A 到B，
CD 边产生的
感应电流由
C 到D 外电路电流方向： 铜环1 —电刷3— 灵敏电流计— 电刷4 —铜环2
知3－讲
当线圈平面再次转到与磁感线垂直时，AB
边和CD 边运动方向又与磁感线平行， 线圈不切割磁感线 线圈中不产生感应电流 不输出
电流
知3－讲
当线圈平面与
磁感线平行时，
AB 边运动方向向下，CD 边运动方向向上，都切割磁感线，产生感应电流，但电流方向与前面相反 由于AB 边
和CD 边切
割磁感线方
向相反， 故
产生的感应
电流方向相
反，AB 边产
生的感应电
流由B 到A，
CD 边产生的
感应电流由
D 到C 外电路
电流方
向： 铜
环2 —
电刷
4— 灵
敏电流
计— 电
刷3 —
铜环1
知3－讲
注意：当线圈平面与磁感线方向平行瞬间前后，电流方向发生改变，所以在一个完整的周期内，电流方向改变两次。
知3－讲
3. 发电机模型和实际发电机的区别
内容 发电机模型 实际发电机
定子 磁体 线圈(嵌在硅钢片制成的槽中)
转子 线圈 磁体(电磁铁)
工作过程 线圈转动，切割磁感线 电磁铁转动的过程中，定子中的线圈切割磁感线，这种结构便于产生高电压和强电流
知3－讲
知识拓展
根据发电机的工作过程可知，在线圈中产生的是大小和方向随时间做周期性变化的交变电流 。我国使用的交变电流的周期为0.02 s，频率是50 Hz，其意义是发电机线圈转1周所用的时间为0.02 s，即1秒内线圈转50周。因为线圈每转动1周电流方向改变两次 ，所以频率为50 Hz的交变电流在1秒钟内电流方向改变100次。
知3－讲
方法指导
比较法是一种自然科学或社会科学的研究方法。是通过观察、分析，找出研究对象的相同点和不同点，它是认识事物的一种基本方法。例:发电机和电动机的区别很多，比如它们的原理不同，它们的结构不同，用途不同，能量转化不同。
知3－讲
拓展一步
列表对比法：直流电动机和交流发电机的区别
内容 直流电动机 交流发电机
工作原理 利用通电导体在磁场中受力转动的原理制成 电磁感应现象
构造 与电刷接触的是换向器 与电刷接触的是两个铜环
能量转化 电能转化为机械能 机械能转化为电能
在电路中的作用 用电器 电源
区分关键 有无电源
知3－讲
[中考·安徽一模改编] 如图所示为发电机的工作原理图，下列说法中正确的是( )
A. 线圈在磁场中转动时不一定会产生感应电流
B. 线圈在转动过程中，若产生了感应
电流，则电流方向不变
C. 线圈在转动过程中，产生的是直流电
D. 发电机的原理和扬声器的相同
例 3
A
知3－讲
思路导引：当线圈与磁感线垂直时，转动的线圈不切割磁感线，不产生感应电流，A 正确；线圈在转动过程中，线圈切割磁感线的方向不同，感应电流的方向是变化的，所以产生的电流为交变电流，B、C 错误；发电机是利用电磁感应原理工作的，扬声器是利用通电导线在磁场中受力的原理工作的，D 错误。
知3－讲
③判断发电机中感应电流的变化
根据线圈转动过程中切割磁感线的特点，掌握发电机中感应电流的变化情况。一般的思路如下：
知3－讲
如图所示，是发电机的工作原理图，放在水平方向磁场中的矩形线圈沿逆时针方向转动，当
线圈转到图甲位置时，由于
线圈ab 边和cd 边______磁
感线，因而电路中___________。
当转到图乙、丁位置时，
由于ab 边切割磁感线的
方向 ______，因而电路
中的电流方向______，
不切割
例4
无感应电流
相反
相反
知3－讲
可见电路中产生的是________(填“直流电”或“交流电”)，我国电网以________(填“直流电”或“交流电”)供电，频率为 ________Hz。
交流电
交流电
50
知3－讲
思路导引：图甲中，ab 边和cd 边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，所以没有感应电流产生。图乙中ab 边向下切割磁感线，而图丁中ab 边向上切割磁感线，两图中，ab 边切割磁感线的方向相反，所以电流方向也相反，可见发电机线圈中产生的是交流电。我国家庭电路中使用的是交流电，供电频率为50 Hz。
知3－讲
拓展一步
小型发电机一般采用磁极不动、绕圈转动的方式发电；大型发电机一般采用线圈不动、磁极旋转的方式发电。为了得到较强的磁场，要用电磁铁代替永磁体。
1. 我国普通照明电路使用的是________电，它的频率是 ________Hz，每秒钟电流方向改变________次。
知4－练
50
100
交流
发电机为什么能发电
电磁感应现象
磁生电
应用
交流电
发电机
原理
发电机为什么能发电
1. 电磁感应：
(1)定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感
线运动时，导体中就会产生电流的现象。
(2)磁生电的条件：①电路是闭合的；
②一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
(3)感应电流方向的影响因素：导体切割磁感线运动的
方向和磁场方向。
发电机为什么能发电
(4)感应电流大小的影响因素：导体切割磁感线运动的
速度、磁场的强弱、切割磁感线运动的导体的有效
长度和线圈的匝数。
2. 发电机
(1)原理：电磁感应。
(2)结构：定子和转子。
(3)能的转化：机械能转化为电能。
