19.2 发电机是怎样工作的 课件（39页PPT）-2025-2026学年沪科版（2024）物理九年级全一册

19.2 发电机是怎样工作的
第十九章 电能从哪里来
沪科版2024版物理九年级全册
《19.2 发电机是怎样工作的》教案
一、教学目标
知识与技能目标
学生能够详细阐述发电机的基本构造，清晰识别定子、转子等关键部件。
准确理解发电机的工作原理，熟练运用电磁感应知识解释发电过程。
正确区分直流发电机和交流发电机，掌握其各自的工作特点和电流输出特征。
过程与方法目标
通过观察发电机模型和实验演示，有效提升观察能力与分析能力，学会从现象中挖掘本质。
积极参与发电机工作原理的探究讨论，培养逻辑思维能力和团队协作能力，能够有理有据地表达观点。
尝试利用所学知识解释生活中发电机的应用实例，增强知识迁移和实际运用能力。
情感态度与价值观目标
深度激发对物理知识的探索热情，体会物理在能源转化领域的关键作用。
感受科学技术发展对社会进步的巨大推动，培养勇于创新、追求真理的科学精神。
增强对能源问题的关注，树立合理利用能源、节能环保的意识。
二、教学重难点
教学重点
透彻掌握发电机的工作原理，理解电磁感应现象在发电过程中的具体应用。
清晰认识发电机的基本构造，明确各部件在发电过程中的功能与作用。
教学难点
深入理解发电机中能量的转化过程，即从机械能到电能的具体转化机制。
准确把握交流发电机产生交变电流的原理及电流方向变化的规律。
三、教学方法
讲授法、实验演示法、讨论法、多媒体辅助教学法
四、教学过程
（一）复习导入（5 分钟）
回顾上节课电磁感应现象的知识，提问：“什么是电磁感应现象？产生感应电流的条件是什么？” 请学生回答。
展示手摇发电机模型，提问：“上节课我们看到手摇发电机能使小灯泡发光，那么它是如何利用电磁感应现象发电的呢？” 引发学生思考，从而导入本节课 “发电机是怎样工作的” 内容。
（二）新课教学（30 分钟）
发电机的构造介绍（10 分钟）
利用多媒体展示发电机的内部结构示意图，结合实际的发电机模型，向学生介绍发电机的基本构造。
讲解定子部分：定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。定子铁芯一般由 0.5mm 或 0.35mm 的硅钢片叠成，目的是减少铁芯中的涡流损耗，沿轴向叠成多段形式，各段叠片之间留有通风槽，用于改善散热条件。大型发电机的定子绕组一般采用三相双层叠绕，构成定子三相交流电路，详细解释三相交流电路的连接方式和特点。机座主要起到支撑和固定定子铁芯和端盖的作用，要有足够的强度和刚度，且与定子铁芯之间留有适当通风道。
介绍转子部分：转子由转子铁芯（或磁极、磁扼）、绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。转子铁芯应具有良好的导磁性能，能承受很大的离心力作用。对于隐极式转子，其铁芯与转轴锻造成一整体，转子表面约三分之一不开槽的大齿即为主磁极。转子绕组由矩形的绝缘扁铜绕成，两线圈边分别放置在大齿两侧槽内，所有线圈串联组成转子绕组，也叫励磁绕组，构成转子直流回路。励磁绕组引出两个线端接在滑环上，通过碳刷与外部直流电源连接，为转子提供励磁电流，进而产生磁场。同时介绍护环、中心环等部件对转子绕组的保护作用，以及风扇在转子转动时的散热作用。
引导学生观察模型，让学生指出定子和转子的具体位置和部件，加深对发电机构造的直观认识。
发电机的工作原理探究（15 分钟）
结合电磁感应现象，讲解发电机的工作原理。以常见的交流发电机为例，当外界动力（如水轮机、汽轮机、柴油机等）带动转子高速旋转时，转子中的励磁绕组通入直流电流，形成一个电磁铁，产生磁场。这个旋转的磁场与静止的定子绕组相互作用，定子绕组就会切割磁感线。根据电磁感应定律，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。此时，定子绕组相当于闭合电路的一部分导体，从而在定子绕组中产生感应电动势，进而产生感应电流。
利用动画演示发电机工作过程中，转子转动时磁场的变化以及定子绕组切割磁感线的动态过程，让学生更清晰地理解发电原理。
提问学生：“在发电机发电过程中，能量是如何转化的？” 引导学生分析得出，发电机是将机械能（动力机械提供）转化为电能。
进一步讲解交流发电机产生交变电流的原理。由于转子是匀速转动的，定子绕组切割磁感线的方向会周期性改变，根据感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向和磁场方向有关，所以感应电流的方向也会周期性改变，从而产生交变电流。通过波形图展示交变电流的电流大小和方向随时间的变化规律，帮助学生理解。
直流发电机与交流发电机的对比（5 分钟）
展示直流发电机和交流发电机的结构对比图，介绍直流发电机与交流发电机在结构上的主要区别：交流发电机线圈两端各接一个铜制圆环（滑环）即电刷；直流发电机线圈两端有两个彼此绝缘的铜制半环构成的换向器。
讲解直流发电机的工作原理：在直流发电机内部，导体会在磁场中旋转产生感应电流，通过换向器的作用，能使导体上的电流总是从正极流出、负极流入，从而输出直流电。对比交流发电机产生交变电流的过程，让学生明白换向器在直流发电机中的关键作用。
列举生活中常见的直流发电机和交流发电机的应用实例，如汽车发电机（交流发电机经整流后输出直流电供汽车使用）、家庭备用小型发电机（多为交流发电机）等，加深学生对两种发电机特点和应用的理解。
（三）课堂小结（5 分钟）
请学生回顾本节课所学内容，回答以下问题：
发电机的基本构造包括哪些部分？各部分的作用是什么？
发电机的工作原理是什么？发电过程中能量是如何转化的？
直流发电机和交流发电机的区别是什么？
教师对学生的回答进行补充和完善，强调重点内容：
发电机主要由定子和转子构成，定子包括定子铁芯、线包绕组、机座等，转子包括转子铁芯、绕组等部件，各部件协同工作实现发电。
发电机基于电磁感应原理工作，通过动力带动转子旋转，使定子绕组切割磁感线产生感应电流，将机械能转化为电能。交流发电机产生交变电流，直流发电机通过换向器输出直流电。
总结本节课的学习方法，如通过观察模型、动画演示、对比分析等方法理解抽象的物理原理，鼓励学生在后续学习中运用这些方法探索更多物理知识。
（四）课堂练习（10 分钟）
展示练习题：
发电机是根据______原理制成的，工作时将______能转化为______能。
交流发电机的主要组成部分是______和______，其线圈中产生的是______（选填 “交流电” 或 “直流电”）。
直流发电机中换向器的作用是（ ）
A. 改变磁场的方向
B. 改变线圈的转动方向
C. 改变线圈中的电流方向
D. 使线圈中的电流方向和外部电路中的电流方向同时改变
如图所示是一台手摇发电机，当用手快速转动发电机的摇把时，发现与发电机相连的小灯泡发光。在发电机发电的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 电能转化为机械能
B. 只有运动的导体切割磁感线才能产生感应电流
C. 发电机是利用电流磁效应工作的
D. 发电机产生感应电流的大小和方向是变化的
学生独立完成练习，教师巡视，及时发现学生存在的问题。
请学生回答练习题答案，教师进行详细讲解，分析每个选项的对错原因，强化学生对发电机相关知识的理解。
（五）布置作业（5 分钟）
完成课本课后相关练习题。
查阅资料，了解生活中除了常见的火力发电、水力发电、风力发电用到的发电机外，还有哪些特殊类型的发电机，并记录其工作特点，下节课进行分享交流。
五、教学反思
在本节课的教学中，通过展示模型、动画演示等方式，帮助学生直观地理解了发电机的构造和工作原理，取得了较好的教学效果。但在讲解交流发电机产生交变电流的原理时，部分学生对电流方向周期性变化的理解仍有困难，后续可通过更多形象的比喻或实验演示来加深学生的理解。同时，在课堂练习环节，发现学生对于发电机能量转化和实际应用的综合题目容易出错，需要在后续教学中加强相关题型的训练，提高学生的知识运用能力。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
物理观念
1．知道交流发电机的简单结构、工作原理。
2．知道电磁感应与多种发电形式的联系。
科学思维
通过发电机工作原理示意图，掌握发电机的工作的原理。
科学态度与责任
观察发电机工作原理示意图，知道电磁感应与多种发电形式的联系
初步了解我国三峡工程的发电概况。
难点
重点
该过程能量如何转化?发电的条件是什么?
进入新课
英国物理学家法拉第从1822年起，经过十年的努力，终于在1831年发现了磁也能生电。
利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应
电磁感应产生的电流叫做感应电流
观察下面的发电机，请回答:
1.发电机的主要构造是什么？
2.发电机的电能是怎样来的？
发电机主要由磁体和线圈构成，该发电机电能由机械能转化而来。
【结构】
磁体、电刷、线圈、转轴、铜环、转动装置等。
（定子）
（转子）
发电机和电动机的区别
【特点】
周期性地改变方向的电流，叫做交流电。
线圈转动一周的时间(s）
每秒线圈转过的周数(Hz)
周期（T）：
频率（f ）：
1
T
f=
【交流电】
【特点】
【思考】
①我国国家电网提供的交流电有什么特点？
我国交流电的周期是 s，频率是 Hz，即1秒钟内有 个周期，线圈转过 周，交流电的方向每周期改变 次，电流方向1s内改变 次。
0.02
50
50
2
100
50
②为什么国家电网提供这么高频率的电流？
交流电的产生
1.交流电：周期性改变方向的电流
2.交流电的周期和频率：
（1）交流电完成一次周期性变化需要的时间，叫交流电的周期
（2）1秒内交流电完成周期性变化的次数叫交流电的频率
（3）周期和频率互为倒数
（4）我国交流电频率____赫兹，周期____秒
0.02
每秒钟改变方向____次
100
50
实际发电机
实用交流发电机
实际的交流发电机，结构比较复杂，但主要由转子（转动部分）和定子（固定部分）两部分组成.转子由水轮机、汽轮机或内燃机来带动.
大型发电机发出很高的电压和很强的电流，要采用线圈不动、磁极旋转的方式发电.这种发电机叫做旋转磁极式发电机.
知识点1 发电机的工作原理
1. 如图是发电机工作的原理图，线圈逆时针连续转动。当线
圈转到如图所示四个位置时，关于线圈中a 段导线产生感应
电流情况，说法正确的是( )
?
D
A. 甲和丙能产生感应电流，感应电流方向相同
B. 甲和丙能产生感应电流，感应电流方向相反
C. 乙和丁能产生感应电流，感应电流方向相同
D. 乙和丁能产生感应电流，感应电流方向相反
【点拨】图甲和图丙中，线圈和磁感
线垂直，不切割磁感线，不能产生感
应电流，故AB错误；图乙中a 段导线
向下切割磁感线，而图丁中a 段导线
向上切割磁感线，两图中a 段导线切
割磁感线的方向相反，所以产生感应
电流的方向相反，故C错误，D正确。
?
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2.在学校实验室开放时，小丽对手摇发电机非
常感兴趣，她想：发电机产生感应电流大小跟
哪些因素有关呢? 根据经验又想到可以根据小
（1）小丽计划探究的问题中的自变量是__________。
线圈转速
灯泡的亮度来判断电路中感应电流大小，于是她利用如图所示
的手摇发电机开展了实验探究，得到如表所示的实验现象。请
你根据小丽在实验数据表格中记录的实验现象回答下列问题：
（2）判断电流大小，除了借助小灯泡观察之外，
实验室常用______表来测量。
电流
（3）根据实验探究记录的现象得到的初步结论是_________
_______________________________。
实验次数
1
2
3
线圈转速
慢
较快
快
线圈转向
顺时针
顺时针
顺时针
小灯泡亮度
暗
较亮
亮
手摇发电机转速越快，产生的感应电流越大
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知识点2 发电机与能量转化
3. 关于下面几种发电方式的能量的转移和转化过程，说法错误的是
( )
A
A. 火力发电：燃料的化学能→ 发电机转子的机械能→ 电能
B. 水力发电：水的机械能→ 水轮机的机械能→ 发电机转子的机械
能→ 电能
C. 核能发电：核能→ 水和蒸汽的内能→ 发电机转子的机械能→ 电能
D. 风力发电：风的机械能→ 风车的机械能→ 发电机转子的机械能
→ 电能
?
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4.［2024·德阳］2024年3月，标志着“德阳造”最新一代大型
海上半直驱永磁同步发电机成功研制，发电机是利用______
_____现象制成的，发电机工作时把______能转化为电能。
电磁感应
机械
【点拨】发电机是利用电磁感应现象制成的，发电机工作时
把机械能转化为电能。
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5. 如图是某电路工作时的能量转化示意图，A、B 是电路中
的元件。下列分析正确的是( )
?
C
A. A是电动机；方框内填电能；B 是开关
B. A是电池；方框内填内能；B 是小灯泡
C. A是电池；方框内填电能；B 是电动机
D. A是电池；方框内填电能；B 是发电机
?
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6. ［2024·德州改编］某种无链
条电动自行车结合了人体动力和
电池动力，骑行者踩脚踏板产生
的动能可转化为电能，补充在锂
电池内，之后通过锂电池驱动后
轮前行，下列关于人体动力和电
池动力的原理正确的是( )
B
A. ①② B. ①④ C. ②③ D. ③④
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7. 绕水平轴可以匀速转动的矩形线圈放置于匀强磁场中，现
在让矩形线圈从图示位置开始沿某一方向匀速转动90? ，在
电路中产生如图所示方向的电流，下列说法正确的是( )
?
（第7题）
A. 线圈转动90? 后的位置叫平衡位置
B. 线圈转动时产生电流是磁场对电流的作用
C. 线圈转动过程中每边都会产生感应电流
D. 线圈转动过程中电磁铁右端是S 极
?
√
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（第8题）
8.如图所示，把一条约10?m 长的电线连
在一个灵敏电流计的两个接线柱上，形
成闭合电路。两个摇动电线的同学沿
______（填“东西”或“南北”）方向站立时，
灵敏电流计的指针偏转角度更大，你判
断的理由是_________________________
_______________。
?
东西
沿东西站立，摇动电线时切割的磁感线最多
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