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发电机是怎样工作的
第二节
第十九章电能从哪里来
（沪科版）九年级
全
01
课标解读
02
学习目标
03
激趣导入
04
想一想
05
新知探究
06
知识延伸
07
归纳总结
12
作业布置
11
课堂小结
10
练习与应用
09
讨论交流
08
实验探究
课标解读
结合初中物理新课标，发电机的工作原理可简单解读为基于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
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，能体会电磁学给人类生产生活带来的变化，能感受物理学对社会发展的推动作用。
激趣导入
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？
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”？
新知探究
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。
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。
知识延伸
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。
新知探究
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。
转子
定子
新知探究
4.交流发电机发电原理示意图
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。
（a）
新知探究
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。
B
A
（b）
新知探究
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。
（c）
新知探究
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。
B
A
（d）
新知探究
视频：交流发电机发电原理
归纳总结
(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。
（a）
（b）
（c）
（d）
归纳总结
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。
（a）
（b）
（c）
（d）
新知探究
5. 实际发电机的构造
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。
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.
6.发电机与电动机的比较
新知探究
实验探究
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。
讨论交流
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。
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。
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？
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”。
讨论交流
新知探究
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
新知探究
（2）火力发电的能量转化过程
燃料的
化学能
水和水蒸气
的内能
电能
发电机转子
的机械能
（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%。
新知探究
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。
新知探究
视频：水力发电
新知探究
（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。
水的
机械能
水轮机的机械能
电能
发电机转子的机械能
视频：堪称世界第一大水电工程三峡大坝
新知探究
3.核电站
（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。
新知探究
秦山核电站
（2）核能发电的能量传递和转化过程
新知探究
核能
水和水蒸气的内能
电能
发电机转子的机械能
（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
新知探究
潮汐发电
地热发电
新知探究
太阳能发电
风力发电
练习与应用
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。
电源
会
电磁感应
线圈
磁体
练习与应用
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（　　）
B
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
练习与应用
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（　　）
A．手机
B．LED灯
C．蓝牙音箱
D．太阳能面板
D
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。
作业布置
1.完成课后巩固练习。
2.查阅资料，进一步了解更多的发电措施。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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