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(共47张PPT)
第十七章　电动机与发电机
第3节　发电机发电的原理
（案例一）
1.闭合电路的一部分导体在磁场里做__________的运动时,导体中就会产生电流。电流的方向与________和_____________有关。这种现象叫做______________,所产生的电流叫做感应电流。在上述过程中, ______能转化为______能。
2.发电机的工作原理是_________现象;发电机工作时的能量转化情况是______能转化为电能。
预习清单
切割磁感线
磁场方向
磁导体运动方向
电磁感应现象
机械
电
电磁感应
机械
3.周期性改变____________的电流叫做交流电,直流电的方向______ 。
4.交流发电机由______(转动部分)和______(固定部分)两部分组成。
5.动圈式话筒利用_________原理,将声信号转变成______信号。
预习清单
方向和大小
不变
转子
定子
电磁感应
电
课程导入
这些发电站都是通过什么设备来发电的 发电机为什么能把不同形式的能量转化为电能呢
任务一：认识发电机
任务一：认识发电机
演示实验。
第一步:缓慢匀速摇动手柄,观察发光二极管的状态。
注意观察发光二极管的发光状态,以及亮度情况。
第二步:逐渐加快摇动手柄的速度,再次观察发光二极管的状态。
注意对比两次实验中发光二极管的亮度变化,思考可能的原因。
任务一：认识发电机
2. 实验现象:缓慢摇动时,发光二极管交替发光,亮度较暗且可能伴随着轻微闪烁。加快摇动时,二极管亮度显著增强,闪烁现象减弱,呈现持续发光状态。
任务一：认识发电机
3.分析实验现象
问题:二极管交替发光,说明了什么
提示:电流的方向发生变化。
问题:当摇动手柄的速度变化时,二极管的亮度如何变化 这说明电路中的什么物理量发生了改变
提示:速度越快,灯越亮,可能是电流变大了。
任务一：认识发电机
3.分析实验现象
问题:电流从何而来 发电机内部没有电池,为什么能产生电流
提示:摇动手柄消耗了机械能,却产生了电能,说明发电机可能将机械能转化为电能。
任务一：认识发电机
【想一想】问题链驱动思维
1.梯度问题设计
问题1:发光二极管发光的条件是什么
提示:需要电流通过。
问题2:当前电路中没有电池,电流的来源可能是什么
提示:手摇发电机。
任务一：认识发电机
2.科学猜想引导
问题:根据之前学过的电动机的工作原理,通电线圈在磁场中会受力转动;反之,若让线圈在磁场中转动,是否可能产生电流
提示:渗透逆向思维,建立电与磁的联系。
任务一：认识发电机
3.生活现象迁移
问题:火力发电站、水力发电站的发电机都没有直接连接电源,却能持续供电,它们的工作原理是否与这个手摇发电机类似呢
任务一：认识发电机
1.法拉第的探索历程详解
1820年奥斯特发现电流的磁效应后,科学家们开始思考,既然“电可以生磁”,那么“磁能否生电”。
1822年,英国物理学家法拉第在笔记本上写下“由磁产生电”的研究目标,开启了长达10年的探索,他于1831年发现了“电磁感应现象”。
法拉第在研究中多次失败,甚至被质疑,但他坚持记录每一次实验数据。这种坚持不懈、勇于探索的精神,正是科学研究的本质。
任务一：认识发电机
2. 发电机能将机械能转化为电能。发电机的内部结构如何设计,才能产生电流呢 不同类型的发电机在工作原理上有何共性与差异
任务一：认识发电机
3.发电机的核心结构可简化为“磁体+线圈”。
4.请大家思考一下,要产生感应电流,需要控制哪些变量 如何设计实验来验证你的猜想
任务二：电磁感应现象
【提出问题】
问题1:导体在磁场中怎样运动才能产生电流
问题2:产生电流的条件是什么
【猜想与假设】
进行猜想:可能导体在磁场中运动就会产生电流,或者需要导体做某种特定的运动。
任务二：电磁感应现象
【设计实验】
问题1:如何检测电路中是否有电流
提示:使用灵敏电流计。
问题2:实验中需要哪些器材
任务二：电磁感应现象
为了探究产生电流的条件,需要控制哪些因素,改变哪些因素
提示:采用如图所示的实验装置,让单根导线或线圈在磁场中做不同的运动,观察灵敏电流计的指针是否偏转。
任务二：电磁感应现象
将单根导线或线圈用细线悬挂起来,并与灵敏电流计组成闭合回路,将单根导线或线圈放在蹄形磁体的磁场中,探究单根导线或线圈在磁场中怎样运动才能在电路中产生电流,并探究所产生的电流的方向与什么因素有关。
任务二：电磁感应现象
任务二：电磁感应现象
(1)当单根导线或线圈的一边在磁场中静止不动时,仔细观察,灵敏电流计的指针会偏转吗
(2)单根导线或线圈的一边在磁场中做怎样的运动时,灵敏电流计的指针才会偏转呢 如果单根导线或线圈的一边平行于磁感线运动,灵敏电流计的指针会偏转吗
任务二：电磁感应现象
(3)改变磁体两极的位置(改变磁场的方向),或者使单根导线或线圈的一边反向运动,灵敏电流计的指针偏转方向是否改变
任务二：电磁感应现象
任务二：电磁感应现象
实验现象:
任务二：电磁感应现象
提示:将导体想象成一把刀,如果它的运动方向与磁感线相交,则为切割磁感线,否则为不切割磁感线。
实验结论:闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流。电流的方向与磁场方向和导体运动方向有关。这就是电磁感应现象。电磁感应现象中所产生的电流,叫做感应电流。
任务二：电磁感应现象
【交流与小结】
(1)产生感应电流的条件有哪些
提示:闭合电路、一部分导体、切割磁感线运动,三者缺一不可。
(2)如果电路不闭合,导体做切割磁感线运动时会产生电流吗 为什么
提示:不会。因为电路不闭合,无法形成电流的通路。
任务二：电磁感应现象
【交流与小结】(3)如图所示,感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向有关,当其中一个方向改变时,感应电流的方向改变;当两个方向同时改变时,感应电流的方向不变。
任务二：电磁感应现象
(4)如果电路中产生的电流太小,你有什么办法改进实验
提示:如图所示,采用增大切割速度、增强磁场、将导线换成线圈等方法都可以增大电路中产生的电流。
任务二：电磁感应现象
(5)能否用线圈和条形磁体做电磁感应现象的实验
提示:如图所示,将条形磁体插入和拔出线圈时,灵敏电流计的指针就会偏转。
任务三：发电机的工作原理
【提出问题】发电机是如何利用电磁感应现象来发电的 它的结构和工作过程是怎样的
提示：发电机的主要结构[定子(磁体)和转子(线圈)]。
任务三：发电机的工作原理
任务三：发电机的工作原理
交流发电机的发电过程:转子在外力(如水流、蒸汽流等)的带动下转动,定子中的线圈随之切割磁感线,产生感应电流。
任务三：发电机的工作原理
任务三：发电机的工作原理
实际发电机比发电机模型要复杂得多,但基本部件仍是磁体与线圈。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。
发电机是由水轮机、汽轮机、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。
任务三：发电机的工作原理
【归纳总结】
发电机的工作原理:电磁感应现象。
能量转化过程:水轮机、汽轮机等带动转子转动,消耗机械能;线圈切割磁感线产生感应电流,将机械能转化为电能。线圈转动一周,电流方向改变2次。
任务三：发电机的工作原理
交流发电机产生的电流是交流电,简称交流。在交流电中,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50赫兹,每秒电流方向改变100次。
任务三：发电机的工作原理
如图所示,将两个铜环改为两个半环(换向器),就能将交流发电机变为直流发电机。直流发电机工作时,线圈在磁场中旋转,切割磁感线产生交流电。这个交流电通过换向器和电刷的作用,被转换成了直流电。
任务三：发电机的工作原理
【拓展应用】
(1)感应电流方向的判定———“右手定则”:如图所示,伸开右手,让磁感线穿入手心(手心对准N极,手背对准S极),大拇指指向导线的运动方向,则四指所指的方向为导线中感应电流的方向。
任务三：发电机的工作原理
(2)小蜜蜂扩音器:由动圈式话筒和动圈式扬声器组成。
任务三：发电机的工作原理
动圈式话筒是一个应用电磁感应的实例。动圈式话筒的振膜与线圈固定在一起,线圈套在永磁体上。当教师对着话筒讲话时,声波使振膜振动,振膜带动线圈1也一起振动,于是线圈中产生了随声音变化的电流。此电流通过放大电路加强后通过扬声器的线圈2时,变化的电流产生变化的磁场,这个变化的磁场与扬声器的永久磁体相互作用,导致线圈沿着磁体振动。连接线圈的锥形纸盆(或叫膜片)随之振动,这种振动传递到空气中,还原成教师发出的声音。
核心总结
1.发电机的构造:磁体(定子)和线圈(转子)。
2.发电机的工作原理:电磁感应现象。
3.产生磁感电流的条件:
(1)电路必须闭合。
(2)电路中一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动。
4.影响感应电流方向的因素:导体的运动方向;磁场的方向。
5.影响感应电流大小的因素:导线切割磁感线的速度、永磁体的磁性强弱、切割磁感线导线的条数和切割磁感线导线的有效长度。
1.如图所示,在蹄形磁体的磁场中悬挂一根铜棒,铜棒的两端通过导线跟开关、灵敏电流计连接。开关闭合后 ( )
A.只要铜棒在磁场中运动,灵敏电流计的
指针就会偏转
B.只让铜棒由向左运动改为向右运动,灵
敏电流计指针的偏转方向改变
C.只改变磁场的方向,灵敏电流计指针的偏转方向一定不变
D.同时改变磁场方向和铜棒运动方向,灵敏电流计指针的偏
转方向一定改变
课堂评价
B
课堂评价
2.如图所示,用漆包线绕成矩形线圈,将线圈两端的导线拉直并用刀将漆全部刮掉,作为转动轴,将线圈放在金属支架上,在它下面放一块小磁体,用纸做一个小风车固定在转动轴上,将装置与小量程电流表相连,使小风车转动,可观察到电流表指针偏转,此过程中_______能转化为_____能,这一现象最早是由__________(选填“法拉第”“奥斯特”或“安培”)发现的。若将电流表换成干电池接入电路,线圈_______ (选填“能”或“不能”)持续转动。
机械
电
法拉第
不能
3.用如图所示的装置来探究“产生感应电流的条件”。
(1)实验中,通过观察_______________________来判断电路中是否有感应电流。
(2)闭合开关,导体ab 不动,电路中_______(选填“有”或“没有”)感应电流。
课堂评价
灵敏电流计指针是否偏转
没有
3.用如图所示的装置来探究“产生感应电流的条件”。
(3)换用磁性较强的蹄形磁体,闭合开关,仍保持导体ab不动,电路 _______(选填“有”或“没有”)感应电流。
(4)闭合开关,使导体ab在磁场中上下运动,电路中________(选填“有”或“没有”)感应电流。
课堂评价
没有
没有
3.用如图所示的装置来探究“产生感应电流的条件”。
(5)闭合开关,使导体ab 在磁场中向左运动,灵敏电流计指针偏转,电路中_____(选填“有”或“没有”)感应电流;导体ab向右运动,灵敏电流计指针反向偏转。这一现象说明,感应电流的方向与_________的方向有关。
课堂评价
有
导体运动
3.用如图所示的装置来探究“产生感应电流的条件”。
(6)如果将磁体的N、S极对调,重做步骤(5),发现灵敏电流计指针偏转的方向与步骤(5)中相反,说明感应电流的方向与________的方向有关。
(7)断开开关,重做步骤(5),发现电流表指针________(选填“会”或“不会”)偏转。综上所述,产生感应电流的条件是: ________中的一部分导体在磁场中做____________的运动。
课堂评价
磁场
不会
闭合电路
切割磁感线

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