19.2 发电机是怎样工作的 教学设计 沪科版物理年级

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《19.2 发电机是怎样工作的》教学设计
课题 1.探究：产生感应电流的条件 单元 19 学科 物理 年级 九
教材分析 本课时选自沪科版九年级物理第十九章《电能从哪里来》的第二节“发电机是怎样工作的”。本节内容是在学生已经学习了电磁感应现象的基础上，进一步探究发电机的工作原理及其在实际生活中的应用。教材通过图示与实验相结合的方式，展示了交流发电机的基本结构和发电过程，并引入手摇发电机DIS实验，帮助学生理解电压输出与转速之间的关系。同时，教材还系统介绍了火力、水力、核能等主要发电方式的能量转化路径，体现了物理学知识与工程实践的深度融合。此外，通过三峡大坝、泰山核电站等真实案例，增强了学生的国家科技认同感和科学素养。本节课不仅是对电磁感应知识的深化应用，更是连接理论与现实的重要桥梁，为后续学习能源利用与可持续发展奠定基础。
2022新课标要求 结合初中物理新课标，发电机的工作原理可简单解读为电磁感应实现机械能到电能的转化。1.核心原理：依据电磁感应现象工作，也就是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。 2.基本构造：主要由定子和转子组成。 3.工作过程：像水轮机、汽轮机等外部动力带动转子旋转，使得定子的线圈不断切割转子产生的磁场磁感线；线圈中由此产生感应电流，再通过电刷等部件将电流输送到外部电路。整个过程实现了机械能向电能的转化。
学习目标与核心素养 1.物理观念：（1）能了解发电机的工作原理，了解发电机发电过程中的能量转化，知道电磁感应与多种发电形式的联系，能初步了解我国三峡大坝工程的发电概况。（2）能辨析发电机与电动机工作原理的不同及其意义。2.科学思维：（1）能通过分析交流发电机四幅状态图（图19-11），推理出感应电流方向周期性变化的原因，并建立“线圈位置—运动方向—电流方向”的逻辑关联模型。（2）能比较发电机与电动机的工作原理异同，运用逆向思维理解能量转化方向的不同决定了设备功能的本质区别。21世纪教育独家资源3.探究实践：能使用手摇发电机与电压传感器搭建实验装置，采集并解读电压随时间变化的波形图，验证转速影响输出电压的规律。4.科学态度与责任：能结合三峡工程、泰山核电站等国家重大科技成就，体会我国在能源领域的自主创新实力，增强民族自豪感。
学情分析 九年级学生已具备一定的物理基础知识，特别是在学习了电流的磁效应、磁场对通电导体的作用以及法拉第电磁感应现象后，对“磁生电”有了初步认知。但大多数学生仍停留在记忆性理解层面，对于发电机如何将机械能持续转化为电能的过程缺乏直观体验和系统认识。部分学生容易混淆电动机与发电机的工作原理，误认为只要有磁场和导体就能自动发电，忽视了“相对运动”和“闭合回路”这两个关键条件。此外，学生对大型发电设施如水电站、核电站的实际运行机制知之甚少，难以建立宏观能量转化链条。然而，该年龄段学生具有较强的探究欲望和逻辑思维能力，能够通过实验观察、图像分析和小组讨论等方式主动建构知识体系。因此，教学中应充分利用实验演示、动态图解和真实情境引导，激发兴趣，突破难点，促进深度理解。21世纪教育独家资源
重点 发电机是根据电磁感应原理制造的，其核心在于导体线圈在磁场中做切割磁感线的相对运动从而产生感应电流；
难点 1.理解交流发电机中感应电流方向随线圈转动而周期性改变的原因；2.能辨析发电机与电动机工作原理的不同及其意义。
材料准备 手摇发电机、电压传感器、计算机屏幕
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入当闪电划破夜空、城市灯火璀璨，你是否好奇：推动世界运转的电能，竟能从一台机器的旋转中“诞生”？那么，发电机的工作原理是怎样的？发电机发电过程中，能量是如何转化的？ 观看图片，思考问题 为后续探究埋下伏笔
讲授新课 一、发电机的工作原理1. 发电机的工作原理：发电机是根据电磁感应原理制造的，是机械能转化为电能的机器。21世纪教育独家资源2.按输出电流类型的分类（1）直流发电机：输出电流方向不变，结构复杂需换向器，多用于电池充电、小型设备；（2）交流发电机：输出电流方向周期性交替，结构简单、效率高，是电网供电、工业/家用的绝对主力。发电机产生的电流大小和方向都是周期性变化的，这种电流叫做交变电流，简称交流。在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率。我国电网以交流供电，频率为50Hz，每秒电流方向改变100次。3.发电机主要构造发电机主要由定子(不动部分)和转子(转动部分)组成。定子 转子4.交流发电机发电原理示意图（a）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。（b）当线圈平面与磁感线平行时，ab边向下切割磁感线，cd边向上切割磁感线，产生感应电流，外部电流方向为A到B。（c）线圈平面再次转到与磁感线垂直时，ab边与cd边运动方向又与磁感线平行，线圈中不会产生感应电流。21世纪教育独家资源（d）线圈平面再次与磁感线平行，此时ab边向上，cd边向下切割磁感线，产生感应电流。电流方向与前面图乙中的相反。视频：交流发电机发电原理(1)起始平衡位置是当转子转到与磁感线垂直时，线圈没有切割磁感线，线圈中没有电流。(2)转过90 是当转子转过平衡位置时，线圈切割磁感线，线圈中有电流。由图可知：ab和cd不断做切割磁感线运动，由于磁感线方向是不变的，而ab和cd的运动方向总是相反，并且不断改变，于是线圈和外部电路就有了方向不断改变的感应电流。5. 实际发电机的构造21世纪教育独家资源实际上，交流发电机的结构要复杂得多，在大型发电机中，转子实际上是产生磁场的电磁铁，而产生感应电流的线圈却是不动的(定子），这种结构便于产生高电压和强电流。6.发电机与电动机的比较种类构造工作原理能量转化电动机都是由转子和定子两部分组成。利用通电线圈在磁场里转动的原理.消耗电能而输出机械能.发电机利用电磁感应原理.消耗机械能而输出电能.探究手摇发电机输出电压的特点如图所示，将电压传感器并联在手摇发电机输出端。缓慢转动发电机手柄，观察计算机屏幕上电压随时间变化的图像。思考1：由屏幕上电压随时间变化的图像，结合交流发电机发电原理示意图，你能得到什么结论？在电脑屏幕上看到波浪线，说明手摇发电机的输出电压的大小和方向是变化的。思考2：改变转动手柄的快慢，观察图像变化，你又能得到什么结论？21世纪教育独家资源答案：手摇得慢时波浪线“又矮又宽”， 手摇得快时波浪线“又高又密”，图像的波浪线方向来回变，波浪“上下起伏”。结论：手摇发电机的输出电压的大小和方向是变化的，转速越大，输出电压越高。二、发电机与能量转化发电机是一种把其他形式的能转化成电能的装置。目前常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电等。1.火力发电（1）核心原理：火力发电是通过煤、石油等燃料的燃烧来加热锅炉中的水，产生高温、高压水蒸气，推动汽轮机叶轮高速旋转，从而带动发电机转子转动发电。巨大的汽轮机叶轮（2）火力发电的能量转化过程（3）特点①技术成熟、建厂灵活，不受地理限制，②污染大，例如：排放CO 、粉尘等；且依赖不可再生化石燃料，发电效率约30%-40%。2.水力发电（1）核心原理：水力发电一般是在江河上筑坝建水库，让水库中的水从可控制的闸门中奔泻而出，冲击水轮机，使水轮机带动发电机转子转动，从而实现发电视频：水力发电（2）水力发电的能量传递和转化过程（3）特点：①清洁无污染、可再生、运行成本低，②受地理条件限制，需有河流、落差，且建设周期长、可能影响生态环境。视频：堪称世界第一大水电工程三峡大坝3.核电站21世纪教育独家资源（1）核心原理：核能发电是利用铀原子核裂变时释放出的核能来加热水，用水产生的高温、高压蒸汽作为动力，推动蒸汽涡轮机转动，从而带动发电机转子发电。秦山核电站（2）核能发电的能量传递和转化过程（3）特点①高效：1千克铀裂变能量约等于2500吨煤燃烧能量；清洁，燃料消耗少。②技术门槛高、核废料需特殊处理、存在核泄漏风险。4. 其它发电方式潮汐发电 地热发电太阳能发电 风力发电 学生聆听讲解跟随教师讲解记录线圈四个关键位置的状态变化。21世纪教育独家资源在老师的引导下归纳总结在老师的引导下学生完成表格学生观察思考讨论听讲并记录三种发电方式的能量转化路径以及特点。观看图片资料以及视频资料，感受国家重大工程的宏伟规模。 了解直流发电机和交流发电机通过图文结合与视频演示，将抽象的电磁感应过程具象化；引导学生从静态图示走向动态思维，逐步建立“位置—运动—电流”三者之间的因果关系；渗透工程思维，体现科技发展中的改进逻辑。让学生更好的理解交流发电机发电原理对发电机与电动机有清晰的理解锻炼学生的观察能力以及逻辑思维能力打通课堂与社会的壁垒，让学生意识到物理知识服务于国家建设； 融入爱国主义教育，提升社会责任感。
课堂练习 1. 如图是小明自制的发电机模型，用纸做一个小风车固定在转动轴上，将小发电机与小量程电流表相连。有风吹动小风车时，小量程电流表的指针________（选填“会”“不会”）偏转，它利用了____________原理；如果将图中的小量程电流表换成_________ ，就变成了电动机模型。【答案】会 电磁感应 电源【解析】有风吹动小风车时，闭合电路的一部分导体切割磁感线，产生感应电流，小量程电流表的指针会发生偏转。它利用了电磁感应原理，将机械能转化为电能。如果将图中的小量程电流表换成电源，有电源，通电导线在磁场中受到了力的作用，将电能转化为机械能。21世纪教育独家资源2.如图所示，放在磁场中的矩形线圈ABCD自图示位置（即线圈平面垂直于磁感应线的位置）开始绕轴沿逆时针匀速转动，下列说法中正确的是（　　）A．线圈在磁场中转动过程中不受磁场力的作用B．线圈在转动的前半周中，线圈中的电流方向不变C．线圈在转动的过程中，每时每刻都有感应电流产生D．线圈在转动的过程中，AB、BC、CD及AD边都不停地切割磁感线【答案】B【解析】A．在磁场中的矩形线圈ABCD自图示位置（即线圈平面垂直于磁感应线的位置）开始绕轴沿逆时针匀速转动，线圈在磁场中转动过程中线圈切割磁感线，产生感应电流，电流在磁场中受磁场力的作用，故A错误；B．线圈在转动的前半周中，磁场方向不变，切割磁感线的运动方向不变，线圈中产生的电流方向不变，故B正确；C．线圈在转动的过程中，当线圈处在其平面垂直于磁感应线的位置时，运动方向与磁场方向平行，线圈没有切割磁感应线，此时没有感应电流产生，故C错误；D．线圈在转动的过程中，BC、AD边没有切割磁感线，故D错误。故选B。3. 杭州亚运会期间，如图所示的“智能太阳能座椅”不仅提供了舒适的座位，还使用了太阳能面板，可实现无线充电，可支持座椅下的蓝牙音箱播放歌曲，可支持座椅上的LED灯在有需要时亮起。其中将其它形式能转化为电能的装置是（　　）21世纪教育独家资源 A．手机 B．LED灯 C．蓝牙音箱 D．太阳能面板【答案】D【解析】A．手机工作时，将电能转化为光能和声能，故A不符合题意；B．LED灯工作时，将电能转化为光能，故B不符合题意；C．蓝牙音箱工作时，将电能转化为声能，故C不符合题意；D．太阳能面板是将太阳能转化为电能，故D符合题意。故选D 学生练习 巩固本节的知识
课堂小结 1. 发电机的工作原理：发电机是根据电磁感应原理制造的2.发电机主要构造：发电机主要由定子(不动部分)和转子(转动部分)组成。3.发电机是一种把其他形式的能转化成电能的装置。目前常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电等 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 一、发电机的工作原理1. 发电机的工作原理：发电机是根据电磁感应原理制造的2.按输出电流类型的分类：直流发电机和交流发电机3.发电机主要构造4.交流发电机发电原理示意图二、发电机与能量转化1.发电机是一种把其他形式的能转化成电能的装置。2.常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电等。 对照板书回顾 夯实本节基础
课外拓展/课外阅读内容 科普书籍：《电的旅程》（聚焦发电机发明史，法拉第的实验故事）、《能源动力科普手册》（发电机在能源系统中的角色）。
特色资源分析和技术手段说明 实物资源：小型手摇发电机；发电机工作视频，用电流传感器连接手摇发电机，通过数据采集器在电脑上显示电流波形（交流为正弦波、直流为平稳波形），量化实验结果。
教学反思 通过“实操+仿真”结合，学生能快速关联“磁场、运动、电流”的逻辑关系；结合实际应用案例，降低抽象概念理解难度。部分学生对“切割磁感线”的空间运动理解模糊，虚拟仿真的互动性不足；对发电机与电动机的区别仍有混淆，缺乏对比性实操。改进方向：增加“发电vs电动”对比实验（同一装置，通电能转、转动能发电）；设计小组合作任务（用废旧材料制作简易发电机），强化动手能力；补充超导发电机、永磁发电机等前沿技术，激发探究兴趣。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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