17.3 发电机发电的原理
学习目标
1.能准确描述电磁感应现象，知道导体在磁场中产生感应电流的条件。 2．通过实验探究，了解感应电流的方向跟磁感线的方向、导体切割磁感线运动的方向有关。 3．知道发电机的工作原理，能列举实例说明发电机将机械能转化为电能，了解发电机在现代生活中的重要性和广泛应用。
知识点一 电磁感应现象
1．英国科学家法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象。产生的电流叫感应电流。
2．感应电流的方向与磁场方向及导体运动方向有关。感应电流的大小与磁场的强度及导体运动的速度有关。
知识点二 发电机的工作原理
3．电磁感应现象的发现，使人们找到了将机械能转化为电能的途径，进而发明了发电机。发电机的基本部件是磁体与线圈。它的磁体是转动的电磁铁，线圈嵌在由硅钢片制成的槽中。当转子转动时，定子中的线圈便会切割磁感线而产生感应电流。
4．周期性改变方向和大小的电流叫做交流电，它跟通过干电池、蓄电池所得到的方向不变的直流电是不同的。发电机是由水轮机、汽轮机或内燃机等带动转子转动的，所产生的感应电流通常都是交变电流(交流电)，且电压较高。
5．动圈式话筒是把声信号转换为电信号的装置，它是利用电磁感应原理制成的。
重点一 探究电磁感应现象
电磁感应现象。
(1)原理：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
(2)条件：①闭合电路；②部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
(3)影响感应电流方向的因素：①导体运动方向；②磁场方向。
(4)影响感应电流大小的因素：①导体切割磁感线的速度；②磁场的强弱；③线圈匝数。
(5)能量转化：机械能转化为电能。
(6)应用：发电机、动圈式话筒。
【跟踪训练】 1.如图是小明做“探究产生感应电流条件”的实验。
(1)实验时，小明通过观察____________________来判断电路中是否产生感应电流。
(2)小明进行了如图乙所示的5次操作，其中能产生感应电流的是________(选填序号，多选)。
(3)由实验可知，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；在此实验过程中的能量转化情况是将________能转化为________能。
(4)电磁感应现象是英国科学家________于1831年发现的，利用这个现象可制成______(选填“发电机”或“电动机”)。
【答案】(1)灵敏电流计指针是否偏转
(2)①③④ (3)切割磁感线 机械 电 (3)法拉第 发电机
重点二 发电机
1．发电机工作原理。
(1)电磁感应现象：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。
(2)能量转化：机械能→电能(与电动机相反)。
2．发电机基本结构。
组件 作用 特点
定子 产生磁场 永磁体或电磁铁
转子 切割磁感线的线圈 铜线绕制，随轴旋转
换向器 将交流电转为直流电(直流发电机) 由两个半环组成
电刷 将电流导出到外电路 石墨制成，与换向器滑动接触
3.交变电流的产生。
(1)过程分析(线圈旋转一周)。
①0°～180°：电流方向A→B(最大值在90°)；
②180°～360°：电流方向B→A(最大值在270°)。
(2)频率：f＝(n为转速，单位r/min)，我国生活用电频率为50 Hz。
【跟踪训练】 2.如图是交流发电机的工作原理图。下列说法错误的是( D )
A．发电机的基本原理是电磁感应
B．发电机产生的感应电流大小和方向会周期性变化
C．发电机在工作过程中将机械能转化为电能
D．发电机的原理和扬声器的原理相同
基础巩固
1.如图所示，以下四种措施不能使电流计指针偏转的是( C )
A．将条形磁铁向下插入线圈
B．将条形磁铁从线圈中抽出
C．让条形磁铁静止在线圈中
D．条形磁铁静止而将线圈向上移动
2．如图所示是直流发电机的工作原理图，关于直流发电机，下列说法正确的是( A )
A．直流发电机线圈内产生的是交流电，供给外部电路的是直流电
B．直流发电机线圈内产生的是直流电，供给外部电路的也是直流电
C．直流发电机是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理工作的
D．图中的E、F称为换向器，它的作用是改变线圈中的电流方向
3.小斌制作了一台如图所示的小型发电机，用以辅助照明，发电机工作时，发现灯泡发光较暗，下列措施不能增加灯泡亮度的是( C )
A．提高线圈的转动速度
B．换用磁性较强的磁体
C．把铜线圈换成铁线圈
D．换用匝数较多的线圈
4．1825年物理学家科拉顿研究电磁现象，其实验装置如图所示，为避免磁铁对磁针的作用，他把实验装置放在两个房间内，科拉顿要观察的是在把乙房间的磁铁放入线圈的过程中，甲房间的小磁针是否转动。下列说法错误的是( A )
A．甲、乙两个房间的电路中没有电源，所以小磁针不会转动
B．甲房间的小磁针转动说明电流的周围存在磁场
C．乙房间出现的电磁现象在物理学上称为电磁感应现象
D．发电机是根据乙房间中的实验原理制成的
5.如图所示的充电鞋垫，利用脚后跟起落驱动磁性转子旋转，线圈中就会产生电流，从而给鞋面上的充电电池充电。这种充电鞋垫的工作原理是( A )
A．电磁感应现象
B．电流的磁效应
C．磁极间的相互作用
D．通电线圈在磁场里受力转动
能力达标
6．如图所示是一模拟风力发电的模型。电动机通电时，带动风扇a高速转动产生风力模拟自然风，风扇b在风力作用下带动发电机发电，同时与发电机相连的小灯泡发光。下列说法正确的是( B )
A．电动机转动时将机械能转化为电能
B．发电机是利用电磁感应现象工作的
C．电池电压降低时，风扇a的转速不会改变
D．风力大小不会影响小灯泡的发光亮度
7．如图所示，一个轻质铝环悬挂在支架上，当把条形磁铁靠近铝环时，铝环被推开，这是因为铝环相当于一个闭合回路，当条形磁铁靠近铝环时，铝环中会产生电流，这是________________现象；通有电流的铝环相当于一个单匝通电螺线管，请在图中画出铝环中电流的方向。
【答案】电磁感应 如图所示。
8．发光二极管只允许电流从二极管的正极流入，负极流出。如图所示，将两只二极管与线圈连成并联电路，并将两只发光二极管的正、负极接成相反情形，使磁铁在线圈中左右移动，此时会看见两只发光二极管轮流发光。
(1)该装置是根据________原理制成的，应用这一原理工作的机器有________(答出一种即可)。
(2)小波认为该实验装置用一只发光二极管也可以，为什么要用两只呢？我们可以这样说服小波：实验中用两只发光二极管的好处是可以方便研究____________________的关系。
(3)科学研究中经常把一些不易直接测量的物理量，用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，下面做法与之相似的是________(填字母)。
A．研究电磁铁磁性强弱时运用了大量的大头针
B．研究电磁铁磁性强弱时运用了滑动变阻器
【答案】(1)电磁感应 发电机(答案合理即可) (2)感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向 (3)A
素养提升
9．阅读短文，回答问题。
智能手机
随着智能手机的日益普及，人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。在众多App帮助下，人们通过智能手机可以实现轻松出行、远距离通信、线上支付、网上办公等活动。手机电池作为手机的一个重要部分，目前正朝着大容量、快蓄电、长待机的方向发展。某款手机锂电池上标有“电压：3.7 V 容量：4 000 mA·h”字样。该手机搭配了超级快充功能，采取的方式是保持充电器的电压不变，将电流从原来的1 A变为5 A，极大地提高了充电功率。电池充满电后，持续使用一段时间，屏幕显示剩余电量不足20%时，系统就会发出“是否开启省电模式”的提示，此时最好给手机充电续航。若无法充电，则开启“省电模式”后，手机显示还可以持续使用2 h，电量将耗尽。
手机无线充电是目前比较新的一门技术，无线充电就是不借助数据线等导线对手机进行充电，从而增加手机的续航时间。现阶段使用较多的一种无线充电技术的原理如图甲、乙所示，交流电流过送电线圈(无线充电板)产生磁场，智能手机(受电线圈)放在无线充电板上就能充电，并将电能储存到手机的锂电池内。
(1)文中描述的手机快充功能将充电功率变为原来的________倍。为了防止手机温度过高，手机的散热部件应选用导热快、比热容________(选填“大”或“小”)的材料。
(2)手机在无线充电时，手机中的受电线圈会产生________，无线充电工作原理与________(选填“发电机”或“电动机”)工作原理相似。
(3)文中锂电池最好在电能还剩________J时给它及时充电，此手机在“省电模式”下使用时的平均功率为________W。
【答案】(1)5 大 (2)感应电流 发电机 (3)10 656 1.48 17.3 发电机发电的原理
学习目标
1.能准确描述电磁感应现象，知道导体在磁场中产生感应电流的条件。 2．通过实验探究，了解感应电流的方向跟磁感线的方向、导体切割磁感线运动的方向有关。 3．知道发电机的工作原理，能列举实例说明发电机将机械能转化为电能，了解发电机在现代生活中的重要性和广泛应用。
知识点一 电磁感应现象
1．英国科学家 发现了利用磁场产生 的条件和规律： 电路的 导体在磁场中做 的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫 现象。产生的电流叫 。
2．感应电流的方向与 及 有关。感应电流的大小与磁场的 及导体运动的 有关。
知识点二 发电机的工作原理
3． 现象的发现，使人们找到了将 能转化为 能的途径，进而发明了发电机。发电机的基本部件是 与 。它的磁体是转动的电磁铁，线圈嵌在由硅钢片制成的槽中。当转子转动时，定子中的线圈便会切割磁感线而产生 。
4．周期性改变方向和大小的电流叫做 ，它跟通过干电池、蓄电池所得到的方向不变的 是不同的。发电机是由水轮机、汽轮机或内燃机等带动转子转动的，所产生的感应电流通常都是交变电流(交流电)，且电压较高。
5．动圈式话筒是把 信号转换为 信号的装置，它是利用 原理制成的。
重点一 探究电磁感应现象
电磁感应现象。
(1)原理：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
(2)条件：①闭合电路；②部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
(3)影响感应电流方向的因素：①导体运动方向；②磁场方向。
(4)影响感应电流大小的因素：①导体切割磁感线的速度；②磁场的强弱；③线圈匝数。
(5)能量转化：机械能转化为电能。
(6)应用：发电机、动圈式话筒。
【跟踪训练】 1.如图是小明做“探究产生感应电流条件”的实验。
(1)实验时，小明通过观察____________________来判断电路中是否产生感应电流。
(2)小明进行了如图乙所示的5次操作，其中能产生感应电流的是________(选填序号，多选)。
(3)由实验可知，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；在此实验过程中的能量转化情况是将________能转化为________能。
(4)电磁感应现象是英国科学家________于1831年发现的，利用这个现象可制成______(选填“发电机”或“电动机”)。
1．发电机工作原理。
(1)电磁感应现象：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。
(2)能量转化：机械能→电能(与电动机相反)。
2．发电机基本结构。
组件 作用 特点
定子 产生磁场 永磁体或电磁铁
转子 切割磁感线的线圈 铜线绕制，随轴旋转
换向器 将交流电转为直流电(直流发电机) 由两个半环组成
电刷 将电流导出到外电路 石墨制成，与换向器滑动接触
3.交变电流的产生。
(1)过程分析(线圈旋转一周)。
①0°～180°：电流方向A→B(最大值在90°)；
②180°～360°：电流方向B→A(最大值在270°)。
(2)频率：f＝(n为转速，单位r/min)，我国生活用电频率为50 Hz。
【跟踪训练】 2.如图是交流发电机的工作原理图。下列说法错误的是( )
A．发电机的基本原理是电磁感应
B．发电机产生的感应电流大小和方向会周期性变化
C．发电机在工作过程中将机械能转化为电能
D．发电机的原理和扬声器的原理相同
基础巩固
1.如图所示，以下四种措施不能使电流计指针偏转的是( )
A．将条形磁铁向下插入线圈
B．将条形磁铁从线圈中抽出
C．让条形磁铁静止在线圈中
D．条形磁铁静止而将线圈向上移动
2．如图所示是直流发电机的工作原理图，关于直流发电机，下列说法正确的是( )
A．直流发电机线圈内产生的是交流电，供给外部电路的是直流电
B．直流发电机线圈内产生的是直流电，供给外部电路的也是直流电
C．直流发电机是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理工作的
D．图中的E、F称为换向器，它的作用是改变线圈中的电流方向
3.小斌制作了一台如图所示的小型发电机，用以辅助照明，发电机工作时，发现灯泡发光较暗，下列措施不能增加灯泡亮度的是( )
A．提高线圈的转动速度
B．换用磁性较强的磁体
C．把铜线圈换成铁线圈
D．换用匝数较多的线圈
4．1825年物理学家科拉顿研究电磁现象，其实验装置如图所示，为避免磁铁对磁针的作用，他把实验装置放在两个房间内，科拉顿要观察的是在把乙房间的磁铁放入线圈的过程中，甲房间的小磁针是否转动。下列说法错误的是( )
A．甲、乙两个房间的电路中没有电源，所以小磁针不会转动
B．甲房间的小磁针转动说明电流的周围存在磁场
C．乙房间出现的电磁现象在物理学上称为电磁感应现象
D．发电机是根据乙房间中的实验原理制成的
5.如图所示的充电鞋垫，利用脚后跟起落驱动磁性转子旋转，线圈中就会产生电流，从而给鞋面上的充电电池充电。这种充电鞋垫的工作原理是( )
A．电磁感应现象
B．电流的磁效应
C．磁极间的相互作用
D．通电线圈在磁场里受力转动
能力达标
6．如图所示是一模拟风力发电的模型。电动机通电时，带动风扇a高速转动产生风力模拟自然风，风扇b在风力作用下带动发电机发电，同时与发电机相连的小灯泡发光。下列说法正确的是( )
A．电动机转动时将机械能转化为电能
B．发电机是利用电磁感应现象工作的
C．电池电压降低时，风扇a的转速不会改变
D．风力大小不会影响小灯泡的发光亮度
7．如图所示，一个轻质铝环悬挂在支架上，当把条形磁铁靠近铝环时，铝环被推开，这是因为铝环相当于一个闭合回路，当条形磁铁靠近铝环时，铝环中会产生电流，这是________________现象；通有电流的铝环相当于一个单匝通电螺线管，请在图中画出铝环中电流的方向。
8．发光二极管只允许电流从二极管的正极流入，负极流出。如图所示，将两只二极管与线圈连成并联电路，并将两只发光二极管的正、负极接成相反情形，使磁铁在线圈中左右移动，此时会看见两只发光二极管轮流发光。
(1)该装置是根据________原理制成的，应用这一原理工作的机器有________(答出一种即可)。
(2)小波认为该实验装置用一只发光二极管也可以，为什么要用两只呢？我们可以这样说服小波：实验中用两只发光二极管的好处是可以方便研究____________________的关系。
(3)科学研究中经常把一些不易直接测量的物理量，用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，下面做法与之相似的是________(填字母)。
A．研究电磁铁磁性强弱时运用了大量的大头针
B．研究电磁铁磁性强弱时运用了滑动变阻器
9．阅读短文，回答问题。
智能手机
随着智能手机的日益普及，人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。在众多App帮助下，人们通过智能手机可以实现轻松出行、远距离通信、线上支付、网上办公等活动。手机电池作为手机的一个重要部分，目前正朝着大容量、快蓄电、长待机的方向发展。某款手机锂电池上标有“电压：3.7 V 容量：4 000 mA·h”字样。该手机搭配了超级快充功能，采取的方式是保持充电器的电压不变，将电流从原来的1 A变为5 A，极大地提高了充电功率。电池充满电后，持续使用一段时间，屏幕显示剩余电量不足20%时，系统就会发出“是否开启省电模式”的提示，此时最好给手机充电续航。若无法充电，则开启“省电模式”后，手机显示还可以持续使用2 h，电量将耗尽。
手机无线充电是目前比较新的一门技术，无线充电就是不借助数据线等导线对手机进行充电，从而增加手机的续航时间。现阶段使用较多的一种无线充电技术的原理如图甲、乙所示，交流电流过送电线圈(无线充电板)产生磁场，智能手机(受电线圈)放在无线充电板上就能充电，并将电能储存到手机的锂电池内。
(1)文中描述的手机快充功能将充电功率变为原来的________倍。为了防止手机温度过高，手机的散热部件应选用导热快、比热容________(选填“大”或“小”)的材料。
(2)手机在无线充电时，手机中的受电线圈会产生________，无线充电工作原理与________(选填“发电机”或“电动机”)工作原理相似。
(3)文中锂电池最好在电能还剩________J时给它及时充电，此手机在“省电模式”下使用时的平均功率为________W。
