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第十九章 电能从哪里来
第2节 发电机是怎样工作的
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。
人们利用法拉第发现的电磁感应现象发明了发电机。
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？
1. 实验探究：手摇发电机的发电情况
（1）观察与实验
发电机怎样发电？以手摇发电机为例学习。
①观察模型式手摇发电机的构造
磁极是什么形状的？线圈是通过哪些装置和灯泡连接起来的？摇把是通过什么带动线圈转起来的？
②摇动手柄时，你观察到什么现象？这说明什么问题？
③将小灯泡换成小量程电流表，缓缓地摇动手柄，你发现了什么现象？说明了什么问题？
知识点一、发电机的工作原理
手轮
磁铁
线圈
小电灯
电刷
换向器
（2）观察结果
①手摇发电机的主要构造
磁铁形状是蹄形磁铁 ；线圈是通过电刷与灯泡（或发光二极管）串联的；摇把是通过皮带带动线圈转动起来的。
②摇动手柄时，观察到小灯泡闪烁发光。如果快速摇动轮盘时，会观察到灯泡更亮。说明摇动转轮的转速越大，灯泡发光越亮。
③将小灯泡换成小量程电流表，缓缓地摇动手柄，会观察到电流表指针左右来回摆动，这说明该发电机产生的电流的方向在改变。
（1）交变电流：线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性变化，这种电流叫作交变电流。
（2）交流电的频率：我们日常生活中使用的交变电流每秒钟完成50个周期性变化。即交流电的频率为
f=50/s=50HZ 周期为T=0.2s
（3）交流发电机：发电机线圈在转动过程中，线圈中电流的大小和方向重复发生相同的变化，这种变化叫作周期性变化，这种发电机叫作交流发电机。
2. 交变电流
（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。
3. 交流发电机
磁铁
铜环
电刷
线圈abcd
（3）交流发电机工作原理示意图
导线ab边向左运动，cd边向右运动，不切割磁感线，没有电流。
导线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
线圈转过半周时，ab边向右运动，cd边向左运动，不切割磁感线，没有电流。
导线ab边向上切割磁感线，cd边向下切割磁感线，产生感应电流。外部电流方向为B到A。
B
A
甲
乙
丙
丁
①图甲和图丙中导线运动方向和磁感线方向平行，不切割磁感线，没有电流产生。
②图乙和丁中导线切割磁感线，有电流产生，但切割磁感线的方向相反，所以电流方向相反。每当经过磁感线与线圈平面垂直的位置时，线圈中的电流方向改变一次，线圈转一周，电流方向改变两次。
③线圈不停转动，产生的电流交替往复，形成持续的电流。
甲 乙 丙 丁
4. 实际发电机的构造与能量转化
（1）构造
主要有磁体、线圈、铜环和电刷四个基本组成部分。概括地讲是由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。实际上大型发电机多采用线圈不动、磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机。
转子
定子
大型发电机安装转子
机械能
电能
（2）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。
项目 直流电动机 交流发电机
原理图
原理
构造
能量转化
在电路中的作用
区分方法
5.电动机与发电机比较
通电线圈在磁场中受力转动
电磁感应
与电刷接触的是铜半环
与电刷接触的是铜环
电能转化为机械能
机械能转化为电能
用电器
电源
通电转动
转动生电
视频：发电机原理
发电机是其它形式的能转化为电能的装置。常见的发电机有火力发电、水力发电、核能发电等。
知识点二、发电机与能量转化
（1）能量转化：
燃料的化学能
水和水蒸气的内能
发电机转子的机械能
电能
1. 火力发电
（2）火力发电的优缺点
优点：原材料易获得，设备简单不受客观因素的影响。
缺点：燃烧大量的煤、石油等燃料，这都是不可再生的；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影响。
火电厂中的汽轮机组
（1）能量转化：
水的机械能
水轮机的机械能
发电机转子的机械能
电能
2.水力发电
（2）水力发电的优缺点
优点：是对自然资源的综合利用。
缺点：其发展受地理位置和自然条件变化的影响，并且对生态也有相当大的影响。
三峡水电站
核能发电是在核反应堆中利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的。
3. 核能发电
（1）能量转化：
核能
水和蒸气的内能
发电机转子的机械能
电能
（2）核能发电的优缺点
优点：用料省，运输方便，污染小。
缺点：原材料比较少，遗留物有很强的放射性。
秦山核电站
新型能源的开发
潮汐发电
地热发电
太阳能发电
风能发电
发电机是
怎样工作的
火力发电
核能发电
发电方式
发电机的原理：电磁感应
发电机：是把其他形式的能转化成电能的装置
水力发电
1.如图所示为发电机模型线圈转动过程，下列说法正确的是（　　）
A．线圈中产生电流的原理是电流磁效应
B．通过灯泡的电流方向不变
C．通过灯泡的电流大小不变
D．其他形式能量转化为电能
D
2.如图所示的两个模型，其中甲图是______机的模型，它是根据_________________________制成的，它是将_____能转化为_____能的装置。乙图是______机的模型，它是根据____________制成的。
电动
电磁感应现象
通电线圈在磁场中受力转动
电
机械
发电
3.下列发电站中，将化学能转化为电能的是（ ）
A．核能发电站 B．水力发电站
C．太阳能发电站 D．火力发电站
D

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