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第十九章　电能从哪里来
第二节
发电机是怎样工作的
初中物理沪科版（2024）九年级全一册
1
能了解发电机的工作原理。
2
了解发电机发电过程中的能量转化。
3
知道电磁感应与多种发电形式的联系。
4
能初步了解我国三峡大坝工程的发电概况。
学习目标
1.闭合电路的部分导体在磁场中做　　 　运动时，电路中产生电流的现象是一种电磁感应现象，电磁感应现象中产生的电流称为_________。
2.感应电流的方向与　　　的方向和　 　　的方向皆有关。
3.电磁感应现象中，能量是如何转化的？
切割磁感线
感应电流
磁场
导体运动
答案　机械能转化为电能
温故知新
视频演示——《观察手摇发电机》
情景引入
1.发电机主要构造
磁铁、线圈abcd、铜环K和L、电刷A与B等。
2.主要部分作用
(1)磁铁：用来产生磁场；
(2)线圈abcd转动时，切割磁感线，产生感应电流；
(3)铜环：两个铜环随线圈一起转动，与外部电路组成一闭合回路；
(4)电刷：感应电流通过电刷流出。
交流发电机
磁铁
铜环
电刷
线圈abcd
一、发电机的工作原理
合作探究
视频演示——《发电机原理》
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。
甲
当线圈平面与磁感线平行时，ab边运动方向向下、cd边运动方向向上，都切割磁感线，产生感应电流，外部电流方向为A到B。
乙
交流发电机工作原理示意图
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。
丙
线圈平面再次与磁感线平行，此时ab边运动方向向上，cd边运动方向向下，切割磁感线，产生感应电流。外部电流方向为B到A。
丁
(1)在线圈转动过程中，何时不切割磁感线？此时线圈中能产生感应电流吗？
答案　当线圈平面与磁感线垂直时，线圈不切割磁感线。此时线圈中不能产生感应电流，因为产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，此时无切割磁感线动作，不满足条件。
1.阅读教材第162页，观察交流发电机发电原理示意图，完成下面的问题。
答案　当线圈平面与磁感线不垂直(存在夹角，如平行或成一定角度)时，线圈的边会做切割磁感线运动。此时导体切割磁感线，满足电磁感应条件，会产生感应电流。
(2)线圈何时做切割磁感线运动？
(3)乙丁两图中，线圈AB边的电流方向一样吗？为什么？
答案　不一样。因为在乙丁两图中，线圈AB边切割磁感线的方向发生了改变，在磁场方向不变的情况下，切割磁感线方向改变，感应电流方向也会改变，所以线圈AB边电流方向不同。
(4)在线圈匀速连续转动的过程中，每转过一周，线圈中电流的方向改变几次？
答案　在线圈匀速连续转动一周的过程中，电流方向改变2次。
线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。
2.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，改变转动手柄的快慢，观察图像变化，你能得到什么结论？
答案　缓慢转动发电机手柄时，观察到电压随时间做周期性变化，说明该发电机发出电压大小和方向随时间周期性改变。改变转动手柄快慢时，会发现电压变化频率及峰值改变，由此得出发电机输出电压的频率和大小与转动速度有关，转速越快，输出电压的频率越高，电压越大。
小洁利用手摇发电机(如图所示)，做模拟“发电”的实验。实验过程及现象如下：摇动手柄，使得相连的小灯泡发光；增大摇动手柄的频率，发光小灯泡的亮度增强。则下列四个选项中，判断正确的是(　　)
A.摇动手柄是由电能转化为机械能
B.小灯泡发光说明产生了电流
C.发电机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用
D.增大摇动手柄的频率，发电的总功率变小
B
学以致用
解析　摇动手柄时，机械能转化为电能，小灯泡发光，说明有电流产生。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，这是电磁感应现象，利用该原理可制成发电机。小灯泡的亮度由实际功率决定，功率越大，亮度越高；增大摇动手柄的频率，发光小灯泡的亮度增强，说明发电的总功率变大。
机械能
电能
发电机的能量转化
从能量转化的角度看，发电机是一种将机械能转化为电能的装置。在发电的过程中，由于线圈存在电阻以及转动系统存在摩擦，因此还有部分能量转化为内能。
合作探究
二、发电机与能量转化
1. 发电机的作用：把其他形式的能转化成电能。电池提供的电能是有限的，更充足、更强大的电能要通过发电机获取。发电机也是一种把其他形式的能转化成电能的装置。
2. 发电方式：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
③缺点
火力发电要燃烧大量的煤、石油等燃料，这些都是一次性能源，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，降低了空气质量，对生态环境产生不利的影响。
燃料的
____能
水和水蒸气的__能
发电机转子的____能
____能
化学
内
机械
电
②火力发电的能量转化过程是
(2)水力发电
①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，水轮机带动发电机转子转动发电。
②水力发电的能量传递和转化过程是：
③缺点
水力发电是对自然资源的综合利用，但其发展受到资源的地理位置和自然条件变化的制约，并且对生态也有相当大的影响。
水的
____能
水轮机的____能
发电机转子的____能
____能
机械
机械
机械
电
(3)核能发电
①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。
②核能发电的能量传递和转化过程是：
③优点和缺点：核能发电不仅节省了大量的煤、石油等能源，而且用料省，运输方便。但核能发电后遗留下来的核废料仍有很强的放射性，需要装入特别的容器，深埋地下，否则会对环境产生极大的污染。
____能
水和水蒸气的___能
发电机转子的____能
____能
核
内
机械
电
秦山核电站是由我国第一座自行设计、建造、调试和运营的核电站。目前，我国已建成多座核电站。
秦山核电站
3.太阳能发电
将大量的太阳能电池串联在一起，就可以建成太阳能发电站，除了可以在地面建太阳能发电站外，还可以把它建在太空中。
4.列举你所知道的发电方式，从可持续发展和环境保护的角度，说说它们的优点或不足。
答案　风力发电：优点是清洁能源，可再生；不足是受风力条件限制，能量密度较低。
太阳能发电：可再生，无污染；不足是受光照时间和强度影响，初期投资成本较高。
火力发电：技术成熟，稳定；不足是消耗化石燃料，污染环境，不可持续。
水力发电：清洁可再生，发电稳定；不足是建设大坝可能影响生态环境，受地理条件限制。
核能发电：能量密度大，污染相对较小；不足是核废料处理困难，存在安全隐患。
5.请结合实际，谈谈当地目前主要采用的发电方式，你有哪些合理建议？
答案　加大对清洁能源(如太阳能、风力发电)的开发利用，逐步减少对化石燃料的依赖，降低污染。提升火力发电技术，提高能源利用效率，减少污染物排放(如采用脱硫、脱硝技术)。加强能源结构调整，推动多种发电方式互补，促进可持续发展。
(2024·西安二模)我国已经建成世界规模最大的抽水蓄能发电站。如图所示，抽水蓄能发电站可以利用风能和光能资源充足时发电获得的部分电能，将水抽到高处转化为水的机械能储存起来，需要时，再利用水的机械能发电，从而弥补了风能、光能不稳定，转化的电能难储存等不足，堪称电力系统的巨型“充电宝”。下列说法错误的是(　　)
A.风能和光能都是可再生能源
B.抽水时，消耗的电能全部转化为水的机械能
C.发电机是利用电磁感应原理工作的
D.发电站利用水能发电时，可将机械能转化为电能
B
学以致用
1.图甲是发电机原理的示意图，图乙中的“　”表示导线ab，当它在磁场中分别转动到1~4位置时，运动方向已用箭头标出，对图甲中的导线ab，下列说法正确的是(　　)
A.在位置1时，电路中不会产生感应电流
B.图甲的电路中没有电源
C.在位置3时，电路中不会产生感应电流
D.发电机产生的电流方向不变
A
课堂练习
解析　由图知磁感线方向水平向右，而导线在位置1时的运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，不能产生感应电流；导线在位置2、3、4时都切割磁感线，能产生感应电流，故A正确，C错误；
发电机的原理是电磁感应现象，将机械能转化为电能，则该装置相当于电源，为小灯泡提供电能，故B错误，
由于导线在不同位置时切割磁感线的方向不同，所以产生感应电流的方向也不同(会变化)，故D错误。
2.(2025·合肥长丰县模拟)如图是一种不用外接电源就能工作的水泵，其基本原理是水泵旋转带动发电机发电，发电机发的电能又供给水泵工作。下列选项中与发电机工作原理相同的是(　　)
A
解析　发电机是利用电磁感应原理制成的。A选项中，该图说明线圈在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，发电机就是利用该原理制成的。
B选项中，奥斯特实验说明通电导体的周围存在磁场。
C选项中，该图说明同名磁极相互排斥。
D选项中，该图说明通电导体在磁场中会受到力的作用，电动机就是利用该原理制成的。
3.(2025·银川兴庆区一模)如图为某发电机模型图，点燃酒精灯后，小灯泡发光。下列所述能量转化顺序正确的是(　　)
A.化学能→机械能→电能
B.化学能→内能→机械能→电能
C.内能→机械能→电能
D.内能→化学能→机械能→电能
B
解析　点燃酒精灯后，带动发电机转动发电，所以能量转化顺序是：酒精燃烧过程是将化学能转化为内能，发电机的转动过程是将内能转化为机械能，小灯泡能发光是因为机械能转化为电能。
解析　手摇发电机A工作时，能产生电流，其工作原理是电磁感应现象，产生感应电流的过程中，机械能转化为电能。手摇发电机B的手柄随之转动与电动机的工作原理相同，是通电导体在磁场中受力的作用。
4.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　　(选填“A”或“B”)；B的工作原理是___________
__________________。
A
通电导体在
磁场中受力的作用
5.如图所示是我国某地区风力发电站的外景，风叶产生的动力是通过传动系统传递给发电机的，发电机是利用　　　　　的原理来工作，从而实现将　　　　转化为电能的。
电磁感应
机械能
解析　风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机发电，把风的机械能转化为电能，这是电磁感应现象。
一、发电机的工作原理
发电机由转子和定子两部分组成。
大型发电机一般采用磁极旋转的方式来发电。
二、发电机与能量转化
课堂小结
火力发电
水力发电
核能发电
工作原理：电磁感应现象
谢谢

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