19.2发电机是怎样工作的（课件31页）2025-2026学年九年级物理全册沪科版（2024）

(共31张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：19.2 发电机是怎样工作的
副标题：解密电能产生的核心设备
姓名：[你的名字]
日期：[具体日期]
幻灯片 2：课程导入
生活回顾：上节课我们学习了电磁感应现象，知道闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流。而发电机作为我们生活中获取电能的重要设备，正是基于这一原理工作的。
问题引导：发电机是如何通过电磁感应持续产生电能的？它的内部结构有哪些关键部件？产生的电流有什么特点？不同类型的发电机又有什么区别呢？
引出主题：本节课我们就来深入探究发电机的工作原理、构造组成和电流特点，揭开发电机将机械能转化为电能的神秘面纱。
幻灯片 3：发电机的工作原理
原理核心：发电机的核心工作原理是电磁感应现象。当线圈在磁场中做切割磁感线运动时，线圈中会产生感应电流，从而将外界输入的机械能转化为电能。
动态分析：展示线圈在磁场中转动的示意图，当线圈绕着垂直于磁场方向的轴转动时，线圈的两边会交替切割磁感线，导致线圈中产生方向和大小周期性变化的感应电流。
能量转化：发电机工作时，外力（如蒸汽机、水轮机、风车等提供的动力）带动线圈转动，将机械能输入发电机，通过电磁感应转化为电能输出，即机械能→电能。
幻灯片 4：发电机的基本构造
定子：发电机中固定不动的部分叫做定子，通常由永磁体或电磁铁组成，其作用是提供稳定的磁场。在小型发电机中，定子多为永磁体；在大型发电机中，定子通常是通有电流的电磁铁，可产生更强的磁场。
转子：发电机中能够转动的部分叫做转子，主要由线圈组成，线圈绕在铁芯上，铁芯可增强磁场效果。转子通过转轴与外部动力装置连接，在外力作用下在定子的磁场中转动。
换向装置：
滑环：在交流发电机中，转子线圈的两端分别连接两个彼此绝缘的滑环，滑环随转子一起转动，用于将线圈中产生的交变电流通过电刷传输到外部电路。
电刷：电刷是固定不动的导电部件，与滑环紧密接触，起到连接转动的滑环和外部固定电路的作用，确保电流能够持续输出。
构造示意图：展示发电机的构造示意图，标注定子、转子、滑环、电刷等部件，直观呈现各部分的位置和连接关系。
幻灯片 5：交流发电机的工作过程（一）—— 线圈转动与电流产生
初始位置：当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的两边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，此时线圈中没有感应电流产生，这个位置叫做中性面。
转动 90°：线圈绕轴顺时针转动 90° 后，线圈平面与磁场方向平行，线圈的两边垂直切割磁感线，此时线圈中产生的感应电流达到最大值，电流方向可通过右手定则判断。
转动 180°：线圈继续转动至 180° 时，线圈平面再次与磁场方向垂直（中性面），此时线圈两边又不切割磁感线，感应电流为零，但线圈的转动方向与初始位置相反。
幻灯片 6：交流发电机的工作过程（二）—— 电流方向变化
转动 270°：线圈转动至 270° 时，线圈平面再次与磁场方向平行，线圈两边切割磁感线的方向与转动 90° 时相反，因此感应电流方向也相反，且电流大小达到反向最大值。
转动 360°：线圈完成一周（360°）转动后回到初始位置（中性面），感应电流再次为零，完成一个工作循环。此时线圈中感应电流的方向和大小随时间变化的规律与转动前的第一个循环完全相同。
动态演示：播放交流发电机工作过程的动画，展示线圈在不同位置时的切割磁感线情况、感应电流的大小和方向变化，帮助学生理解周期性变化的过程。
幻灯片 7：交流电的特点
定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电（AC）。在一个周期内，交流电的方向改变两次。
周期和频率：
周期（T）：交流电完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，单位是秒（s）。
频率（f）：交流电在 1 秒内完成周期性变化的次数叫做频率，单位是赫兹（Hz）。
关系：周期和频率互为倒数，即\(f=\frac{1}{T}\)或\(T=\frac{1}{f}\)。
我国交流电标准：我国生产和生活中使用的交流电，周期是 0.02 秒，频率是 50 赫兹，即每秒内电流方向改变 100 次，电压的有效值为 220V。
图像表示：展示交流电的电流（或电压）随时间变化的图像（正弦曲线），标注周期和峰值，直观呈现交流电的变化规律。
幻灯片 8：直流发电机与交流发电机的区别
构造差异：
交流发电机：使用滑环和电刷作为换向装置，滑环彼此绝缘，随转子转动，输出的电流方向周期性变化。
直流发电机：使用换向器（由两个半铜环组成）代替滑环，换向器随转子转动，当线圈转过中性面时，换向器自动改变线圈与外部电路的连接，使输出电流方向保持不变。
电流特点：
交流发电机输出的是交流电，电流方向和大小周期性变化。
直流发电机输出的是直流电，电流方向不变，但大小可能有微小波动（脉动直流电）。
应用场景：交流发电机广泛应用于发电厂、大型发电设备，便于高压输电；直流发电机常用于需要直流电的场合，如汽车发电机（为蓄电池充电）、小型便携发电设备等。
对比表格：通过表格清晰列出两种发电机在构造、电流特点、应用等方面的区别。
幻灯片 9：大型发电机的特点
结构设计：大型发电机通常采用 “旋转磁极式” 设计，即定子是线圈（电枢），转子是电磁铁。这种设计可以产生更大的电流，因为定子线圈不动，便于引出大电流，而转子体积小、重量轻，易于高速转动。
磁场增强：大型发电机的转子电磁铁通有直流电，可产生强大的磁场，定子线圈在强磁场中转动（或磁场转动切割定子线圈），能产生高压、大功率的电能。
能量来源：大型发电机的动力来源多样，如火力发电（燃烧煤炭、天然气驱动汽轮机）、水力发电（利用水流驱动水轮机）、风力发电（利用风力驱动风车）、核能发电（利用核反应产生的热量驱动汽轮机）等。
图片展示：展示火力发电厂、水力发电站、风力发电场中的大型发电机图片，说明其工作环境和规模。
幻灯片 10：发电机与电动机的对比
原理对比：
发电机：基于电磁感应原理，由机械能转化为电能。
电动机：基于磁场对通电导线的作用原理，由电能转化为机械能。
构造对比：两者都包含定子和转子，但发电机的转子由外力带动转动，电动机的转子由通电后受磁场力带动转动；发电机用滑环（或换向器）输出电流，电动机用电刷输入电流。
能量转化对比：发电机是 “机械能→电能”，电动机是 “电能→机械能”，二者是能量转化的逆过程。
应用对比：发电机用于发电，提供电能；电动机用于驱动各种设备，消耗电能输出机械能。
对比表格：以表格形式系统对比两者的原理、构造、能量转化和应用，帮助学生区分和理解。
幻灯片 11：发电机在生活中的应用
发电厂发电：大型发电机是发电厂的核心设备，通过火力、水力、风力、核能等方式驱动，为城市和工业提供源源不断的电能。
应急发电：小型柴油发电机或汽油发电机在停电时作为应急电源，为家庭、医院、商场等场所提供临时电力，保障基本用电需求。
交通工具供电：汽车、火车等交通工具上的发电机为车辆的照明、空调、音响等设备供电，并为蓄电池充电。
可再生能源发电：随着环保意识的增强，利用太阳能、风能、水能等可再生能源的发电机得到广泛应用，如太阳能光伏板（严格来说是光生伏特效应，但广义上也属于能量转化设备）、风力发电机等，实现绿色发电。
图片展示：展示不同场景下发电机的应用图片，说明其在生活和能源供应中的重要作用。
幻灯片 12：课堂练习
题目展示：
发电机的工作原理是_____，工作时将_____能转化为_____能。
交流发电机主要由_____和_____组成，其输出的电流_____和_____都随时间做周期性变化。
我国生产和生活中使用的交流电，频率是_____Hz，周期是_____s，每秒内电流方向改变_____次。
下列关于发电机和电动机的说法中，正确的是（ ）
A. 发电机和电动机的工作原理相同
B. 发电机将电能转化为机械能，电动机将机械能转化为电能
C. 交流发电机的换向装置是滑环，直流电动机的换向装置是换向器
D. 发电机和电动机都不需要磁场
简述交流发电机的工作过程：当线圈在磁场中转动时，为什么会产生交变电流？
幻灯片 13：课堂小结
知识回顾：回顾发电机的工作原理（电磁感应）、基本构造（定子、转子、滑环、电刷）、交流发电机的工作过程、交流电的特点（周期、频率），以及发电机与电动机的区别和应用。
核心要点：发电机基于电磁感应将机械能转化为电能，交流发电机产生周期性变化的交流电，其构造和工作过程决定了电能的持续输出，是现代电力系统的核心设备。
思维导图展示：以思维导图形式呈现本节课的知识框架，包括发电机原理、构造、工作过程、交流电特点、与电动机对比、应用等内容。
幻灯片 14：课后作业
作业布置：
完成课本上关于发电机的练习题，重点理解工作原理和交流电特点。
查阅资料，了解不同类型发电机（如风力发电机、水力发电机）的工作特点和适用场景，写一份简短的调查报告。
对比交流发电机和直流发电机的构造差异，分析为什么直流发电机能输出直流电，而交流发电机输出交流电。
幻灯片 15：结束页
总结语：本节课我们深入学习了发电机的工作原理和构造，了解了交流电的产生过程和特点，以及发电机在生活和能源供应中的重要作用。发电机的发明实现了电能的大规模生产，为人类社会的现代化发展提供了强大动力。
鼓励语：希望同学们通过本节课的学习，不仅掌握发电机的知识，更能关注能源问题，了解可再生能源发电的重要意义，树立节能环保的意识，为未来的能源发展贡献思考！
2024沪科版物理九年级全册
19.2发电机是怎样工作的
第十九章 电能从哪里来
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
学习目标
了解不同类型的发电机及其能量转化的过程。（重点）
02
知道发电机的工作原理。（重点）
01
发电机是根据电磁感应原理制造的。所产生的电流分为直流电和交流电，如图是某种交流发电机的结构简图。
一、发电机的工作原理
发电机的工作原理
转子（线圈）
定子（磁极）
电刷
铜环
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。
一、发电机的工作原理
发电机的发电原理
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。电流在由线圈、铜环1、电刷3、灵敏电流计、电刷4以及铜环2构成的电路中流动。
一、发电机的工作原理
发电机的发电原理
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，线圈中不会产生感应电流。
一、发电机的工作原理
发电机的发电原理
线圈平面再次与磁感线平行，此时AB边运动方向向下，CD边运动方向向上，切割磁感线，产生感应电流，但电流方向与前面的相反。因此发电机产生的是交流电。不断循环前面的过程就会持续有电流产生。
一、发电机的工作原理
发电机的发电原理
实际上，交流发电机的结构要比结构简图中的复杂得多，但基本还是由定子、转子和其他部件组成。在大型发电机中，采用磁极旋转的方式来发电，以便产生高电压和强电流。
大型发电机安装转子（磁极）
一、发电机的工作原理
发电机的结构
转动手柄，小灯泡发光说明电路中有了电流。转得越快，小灯泡越亮，说明感应电流越大。也说明了输出电压越大。
一、发电机的工作原理
拓展——探究手摇发电机输出电压的特点
如图所示，转动发电机的手柄，观察小灯泡的亮度；改变转动的速度，观察小灯泡亮度的变化。
二极管交替发光，说明产生的电流方向不停在改变。也就是说输出电压的方向（电源正、负极）也是在不停改变的。
一、发电机的工作原理
拓展——探究手摇发电机输出电压的特点
如图，将电路中的小灯泡换成两个长、短脚对接的发光二极管，转动发电机的手柄，观察发光二极管亮度变化的特点。
二、发电机与能量转化
常见的发电方式
发电机是一种把其他形式的能转化为电能的装置。常见的发电机有火力发电机、水力发电机和核能发电机等。
1.能量转化：
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
火力发电
2.火力发电的优缺点
（1）优点：原材料易获得，设备简单不受客观因素的影响。
（2）缺点：燃烧大量的煤、石油等燃料，这都是不可再生的；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。
二、发电机与能量转化
火力发电
1.能量转化：
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
水力发电
2.水力发电的优缺点
（1）优点：是对自然资源的综合利用，对环境没有污染。
（2）缺点：其发展受地理位置和自然条件变化的影响。
二、发电机与能量转化
水力发电
1.能量转化：核能 水和水蒸气的内能 发电机转子的机械能 电能
2.核能发电的优缺点
优点：用料省，运输方便，污染小。
缺点：原材料比较少，结构比较复杂。
二、发电机与能量转化
核能发电
核能发电是在核反应堆中利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的。
二、发电机与能量转化
核能发电
知识点1
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1．[2025·合肥月考改编]有一款能发电的魔方充电器，转动魔方时，根据________________(填“电流的磁效应”“电磁感应现象”或“通电导体在磁场中受到力的作用”)来发电，这个过程________能转化为电能。利用这个原理，人们制成了________(填“电动”或“发电”)机。
电磁感应现象
发电机的工作原理
机械
发电
2．如图所示的为发电机的原理图。请写出导体处于图中位置时导体是否切割磁感线(填“切割”或“不切割”)，电路中是否有电流(填“有”或“无”)。
不切割
无
切割
有
不切割
无
切割
有
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3. (原创题)三峡大坝集防洪、发电、航运、水资源利用等为一体，是当今世界上大型水利枢纽建筑之一。三峡水电站发电时，大坝前后巨大落差形成的高速水流冲击水轮机，使水轮机带动发电机转子转动，产生电能。请写出此过程中的能量转移或转化过程：
水的________能→________的________能
→发电机转子的________能→电能
机械
知识点2
发电机与能量转化
水轮机
机械
机械
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4．[2025·江苏模拟]下图为小明整理“核能发电”知识体系时绘制的“思维导图”，其中a、b处应分别填(　　)
A．机械、发电机
B．内、电动机
C．内、发电机
D．电、电动机
A
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5. (跨学科·音乐　2025·大连一模)如图所示，电吉他的拾音器里有六个磁柱，当弦线振动时，拾音器中的线圈产生电流。
下列设备与拾音器的工作原理相同的是(　　)
A．电动机 B．扬声器 C．发电机 D．电磁继电器
你选择的理由是_________________________________________
_____________________________________________________________________________。
C
发电机通过线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而产生感应电流，利用了电磁感应原理，与拾音器工作原理相同
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6．[2025年1月阜阳期末]如图所示的是动圈式话筒的构造示意图，膜片和线圈相连，线圈处在永久磁体周围的磁场中。线圈两端的导线接入扬声器，当你对着话筒说话或唱歌时，声音使膜片和线圈一起振动，我们就能通过扬声器听到你的声音，下列说法正确的是(　　)
A．线圈的材料可以选用铁
B．动圈式话筒是把电信号转化成声信号
C．线圈中产生的电流的方向是变化的
D．动圈式话筒和电动机的工作原理相同
C
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7. (新考法)物理小组的同学将两台相同的手摇发电机A、B用导线连接起来，如图所示，当用力摇动手摇发电机A的手柄时，发现B的手柄也随着转动起来。在此过程中，将机械能转化为电能的装置是________(填“A”或“B”)。
A
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8. [新情境题　2025厦门一模改编]风力发电将助力我国实现碳中和目标。风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，其简化结构如图所示。
(1)为缓解城市照明对常规电的依赖，
风光互补灯应运而生。下列装置能反映
其风力发电原理的是________(填序号)。
A
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(2)填写风力发电的主要能量转化流程图：
(3)当风正面垂直吹向静止叶片时，叶片转动，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速转动，带动内部线圈在磁场中做_______________运动，从而发电。
切割磁感线
机械能
电能
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9. (新器材)图甲为课堂演示用的手摇发电机，现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乙所示的波形电压。
(1)结合交流发电机原理，你能得到的结论是_________________________________________________。
手摇发电机产生的电流大小、方向都发生周期性变化
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(2)发电机产生电压跟哪些因素有关呢？某实验小组开展了探究，以下是他们的实验记录表。根据表格可知，他们准备研究发电机输出电压的大小与___________和______________的关系。
线圈转速
实验序号 线圈转速 线圈转向 电压最大值
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线圈转向
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(3)某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动，小轮与线圈固定在同一转轴上，线圈通过导线、滑环和电刷连接一个灯泡。转动大轮，带动小轮及线圈绕转轴转动就可以使灯泡发光。假设发电时灯泡两端电压不高于额定电压。下列分析正确的是________。
A．手摇交流发电机的工作原理是电流的磁效应
B．用不同的速度摇动大轮，灯泡的亮度会发生变化
C．转动大轮使灯泡发光的过程中机械能直接转化为光能
D．若将装置中的磁体移出，摇动大轮，灯泡不会发光
BD
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发电机
是怎样
工作的
发电机
发电方式：火力发电、
水力发电、核能发电
能量转化
工作原理
电磁感应
机械能转化为电能
谢谢观看！