电动机与发电机Word文档下载推荐.docx

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电动机与发电机工作原理和能量转化

教学难点

区分电动机与发电机工作原理

教学过程

一、复习预习

1.插入铁钉的通电螺线管具有磁性，并且有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。

把一根导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过有磁性。

这种磁铁就叫电磁铁。

2.在匝数相同时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；

电流一定时，外形相同的螺线管，匝数越大，电磁铁的磁性越强。

3.电磁继电器的优点：

可以利用低电压、弱电流电流的通断，来间接地控制高电压、强电流的通断；

可以实行远距离控制；

低压控制电路可以使用温控、光控等传感器，实行自动控制。

二、知识讲解

课程引入：

我们前面学习了电能的利用以及相互转化，那么电能使怎么产生的呢？

机床、水泵，需要电动机带动，生活中的电扇、冰箱、洗衣机等都离不开电动机，电动机已经就用在现代社会生活的各个方面。

给电动机通电，它就能转动，这是为什么？

我们观察下面几幅图片我们发现了什么？

考点/易错点1、磁场对通电导线的作用

设计实验：

在磁场中放一通电直导线，观察直导线是否受力运动。

设计电路。

进行实验：

连接电路，快速的闭合开关再断开，观察现象。

闭合开关，金属棒会运动。

说明通电导线在磁场中受到力的作用。

提出新的问题，通电导体在磁场中运动方向是固定的吗？

可能与什么因素有关？

演示实验，在前面实验的基础上，只改变电流方向，再改变磁场方向。

观察金属棒的运动方向。

结论：

当通电导线中的电流方向改变或磁场方向改变，通电导线的受力方向会发生改变，若同时改变电流方向和磁场方向，则受力方向不变。

考点/易错点2、直流电动机工作原理和能量转化

电动机由两部分组成：

转子和定子。

电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。

在上面探究活动中，我们使线圈转起来了。

如果把“小小电动机”线圈两端引线的漆皮全部刮掉，线圈又会怎样运动呢？

接通电源，线圈在磁场里发生转动，但转动不能持续下去，转90°

角摆几下就停了。

怎么解释这一现象呢？

演示：

使线圈位于磁体两磁极间的磁场中。

1.使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，观察。

　现象：

发现线圈没有运动。

　原因：

这是由于线圈ab、cd两个边受力大小一样，方向相反的原因，这个位置是线圈的平衡位置。

2.使线圈静止在图甲位置上，闭合开关观察。

线圈受力沿顺时针方向转动。

　结论：

可是线圈能靠惯性越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。

为什么会返回呢？

3.看图丙，使线圈静止在这个位置上，这是刚才线圈冲过平衡位置以后所到达的地方，闭合开关，观察。

线圈向逆时针方向转动。

这说明线圈在这个位置所受力是阻碍它沿顺时针方向转动的，这也就使线圈返回平衡位置。

那我们在探究实验中，线圈为什么能连续转动呢？

因为小小电动机两根引线，一根刮去半周，一根刮去一周，而线圈没刮半周，是都接在电路里，刮去半周的只有刮去的部分接入电路里。

刮去半周有什么作用？

刮去的通电，没刮去的绝缘，不通电。

当线圈转过平衡位置，如果供电，线圈就受到阻碍它沿原来方向转动的力。

如果不供电线圈由于惯性会继续转动，小小电动机就是利用这个原理工作的。

在“小小电动机”中我们只利用了一半的电力，也就是线圈每转一周，只有半周获得动力。

如果设法改变后半周电流的方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力地转动下去。

实际的直流电动机是通过换向器来实现这项功能。

电动机工作原理：

换向器的构造，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动。

A和B是电刷，它们跟半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。

线圈转动时，它通过换向器使电流方向发生改变，使线圈的受力方向总是相同，线圈就可以不停地转动下去了。

　　换向器的作用：

当线圈刚刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。

　　实际的直流电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上。

除直流电动机外，生活中还经常用到交流电动机，交流电动机也是利用通电导体在磁场中受力来运转的。

考点/易错点3、电磁感应现象

（1）电磁感应现象：

闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线的运动，在导体中会有电流产生，这种现象称之为电磁感应现象，产生的电流称作感应电流．

（2）产生电磁感应现象的条件:

一是导体是闭合电路的一部分，二是导体在磁场中做切割磁感线的运动

（3）决定感应电流方向的因素：

一是磁感线的方向，二是导体运动的方向．

（4）电磁感应中能量的转化：

机械能转化为电能．

考点/易错点4、交流发电机的工作原理和能量和转化

（1）原理：

发电机是根据电磁感应的原理制成的

（2）构造：

交流发电机主要由磁铁（定子）、线圈（转子）、滑环和电刷构成的．

（3）能量转化：

（4）交流电；

方向和大小做周期性变化的电流叫做交流电．

（5）交流电的周期：

电流发生一个周期性变化所用的时间，单位：

秒（s）．

（6）交流电的频率：

电流每秒发生周期性变化的次数，单位：

赫兹（Hz）．频率和周期的数值互为倒数，我国交流电的周期0.02s，频率是50Hz．

三、例题精析

【例题1】

【题干】关于下列四幅图的说法正确的是（）

A．甲图的实验说明磁场能产生电流

B．乙图的实验所揭示的原理可制成发电机

C．丙图是演示电磁感应现象的实验装置

D．丁图中麦克风应用了磁场对电流的作用

【答案】B

【解析】A、图甲是奥斯特实验，通电后小磁针偏转，说明了通电导线周围存在磁场；

所以A说法错误，不符合题意．

B、图乙是电磁感应实验，根据此原理可以制成发电机；

所以B说法正确，符合题意．

C、图丙是磁场对电流的作用实验，通电后通电导体在磁场中受到力的作用而运动；

所以C说法错误，不符合题意．

D、图丁是动感线圈式话筒，当人对话筒说话时，引起膜片的振动，膜片的振动会引起线圈的运动，切割永磁铁的磁感线而产生相对应的变化的电流，从而在扬声器产生与说话者相同的声音．动圈式话筒是根据电磁感应原理工作的；

所以D说法错误，不符合题意．

【例题2】

【题干】下列说法正确的是（）

A．电动机是利用电磁感应现象制成的B．电磁起重机是利用磁生电现象制成的

C．发电机工作时将机械能转化为电能D．通电螺线管的磁性强弱只与电流有关

【答案】C

【解析】电动机是利用磁场对电流的作用制成的，故选项A是错误的；

电磁起重机是利用电生磁现象制成的，选项B是错误的；

发电机是利用电磁感应现象制成的，其工作时将机械能转化为电能，选项C是正确的；

通电螺线管的磁性强弱与电流大小、线圈匝数多少和有无铁芯有关，选项D是错误的。

故本题正确选项是C。

【例题3】

【题干】如图是探究“电磁感应现象”的实验装置。

闭合开关S后，下列操作能使灵敏电流计指针发生偏转的是

A．磁体、导体ab均保持不动B．磁体不动，导体ab沿竖直方向上下运动

C．导体ab不动，磁体沿竖直方向上下运动D．磁体不动，导体ab沿水平方向左右运动

【答案】D

【解析】产生感应电流的条件是：

①闭合电路的一部分导体，②在磁场中做切割磁感线运动，两个条件必需同时具备。

由本题图可以看出具备条件①闭合电路的一部分导体，由题意知本题正确选项是D。

【例题4】

【题干】关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是

A．只要导体在磁场中运动，就会产生感应电流

B．只要导体在磁场中切割磁感线运动，就会产生感应电流

C．闭合电路的一部分导体在磁场中运动，就会产生感应电流

D．闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动，就会产生感应电流

【解析】闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动，就会产生感应电流，这种现象叫做电磁感应现象。

若导体在磁场中的运动没有切割磁感线就不会产生感应电流，A选项说法不正确；

导体在磁场中切割磁感线运动，若没有形成闭合电路就不会产生感应电流，B选项说法不正确；

闭合电路的一部分导体在磁场中运动，若不切割磁感线，就不会产生感应电流，C选项说法不正确；

闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动，就会产生感应电流，D选项说法正确，选填D。

四、课堂运用

【基础】

1.如下图所示，放在磁铁中的线圈A和B，用导线串联。

当用力使线圈A向右运动时，发现悬挂着的线圈B也随着摆动，此时线圈A、B各自的实验原理与下列设备的工作原理相对应（）

A．电动机、电动机B．电动机、发电机

C．发电机、发电机D．发电机、电动机

【解析】当用力使线圈A向右运动时，线圈A切割磁感线产生感应电流，因为线圈A和B，用导线串联，所以线圈B中也有电流，线圈B在磁场中受力而运动。

故选D

2.电磁感应现象是英国物理学家首先发现的．探究这个现象应选用如图中（填“甲”或“乙”）所示的装置进行实验．在这个现象中感应电流的方向与导体切割磁感应线运动的方向和方向有关；

利用电磁感应现象可以制成机．

【答案】法拉第 

甲 

磁场 

发电

【解析】电磁感应现象是英国物理学家法拉第首先发现的，电磁感应是发电机的原理，感应电流的方向与导体切割磁感应线运动的方向和磁场方向有关；

甲图是验证电磁感应的电路，乙图是验证磁场对电流的作用的电路。

3.如图是电磁继电器的构造和工作电路示意图．要使电磁铁对衔铁的吸引力变大，以下做法可行的是（　　）

A．去掉电磁铁线圈中的铁芯B．减少电磁铁线圈的匝数　

C．适当增大电源A的电压D．适当增大电源B的电压

【解析】试题分析：

A选项，去掉电磁铁线圈中的铁芯，会使磁性变弱，所以A不正确。

B选项，减少电磁铁线圈的匝数，电磁铁的磁性减弱，所以B不正确。

C选项，增大电源A的电压，可以增大通过电磁铁的电流从而增强电磁铁的磁性，所以C正确。

D选项，增大电源B的电压，不会影响通过电磁铁的电流，不会改变电磁铁的磁性，所以D不正确。

正确的选择是C。

考点：

电磁铁

【巩固】

4.如图所示的两个模型，其中_______图是电动机的模型，要想改变线圈转动方向可以改变磁场方向或____________．

【答案】甲；

电流方向

【解析】电动机和发电机模型的区别是电动机的外电路中有电源，发电机的外电路中没有电源，所以甲是电动机模型；

线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，所以要改变转动方向可以改变磁场方向或电流方向。

5.如图装置，它的外部并联了两个发光二极管，二极管是用材料制成的．当转动该装置手柄是地，二极管发光，则该装置是一台（选填“发电机”或“电动机”），它的工作原理是　　．

【答案】半导体；

发电机；

电磁感应原理

【解析】二极管和三极管都是要半导体制成的，塑料管中的磁铁来回运动，使线圈相对于磁铁做切割磁感线运动产生感应电流，所以电磁翘翘板中发光二极管轮流发光是根据电磁感应原理工作的，发电机也是根据这一原理工作的．

【拔高】

6.如图所示，abcd是一个“U”型金属导轨，pq是一根金属棒，可以在金属导轨上滑动。

金属导轨处于一个蹄形磁铁中，一重物通过定滑轮的细绳与金属棒相连，整个装置置于水平桌面上并处于静止状态。

当重物开始下落且pq在磁场内运动的过程中（）

A．回路中有电流，此过程电能转化为机械能

B．回路中无电流，此过程电能转化为机械能

C．回路中有电流，此过程机械能转化为电能

D．回路中无电流，此过程机械能转化为电能

【解析】感应电流产生的条件是：

闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动；

导体棒pq是闭合电路adpq的一部分，当物体上落时，pq作切割磁感线运动，因此回路中会产生电流，过程中机械能转化为电能；

本题答案选C.

7.小明将直流电动机模型接入电路，闭合开关后，发现电动机不工作。

他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动，其原因可能是（）

A．直流电动机的铜半环与电刷接触不良B．电源电压太低

C．线圈刚好处于平衡位置D．线圈中的电流太小

【解析】A、接触不良，形成开路，电路中没有电流，形不成通电导体，故电动机始终不会工作．不符合题意；

B、若是线圈两端的电压太低，即线圈中的电流很小，线圈所受的磁场力小于摩擦力时，即使我们轻推一下，电动机也不会转动，不符合题意；

C、平衡位置时电动机的转子和定子形成了开路，导体中没有电流通过，磁场对其没有作用力，电动机不会转动，但是用手轻轻地碰了一下线圈后，线圈越过平衡位置，继续转动；

符合题意；

D、若是线圈中的电流太小，同样线圈所受的磁场力小于摩擦力时，即使我们轻推一下，电动机也不会转动，不符合题意；

8、为保证润扬大桥以及过桥车辆的安全，工作人员在桥的入口处安装了“超载检测报警系统”．检测时，当车辆重量小于1×

105N时，绿灯亮、红灯灭，表示可以通行；

当车辆重量大于等于1×

105N时，红灯亮、绿灯灭，表示禁止通行．系统中的电路元件如图（甲）所示，其中压敏电阻Rx在检测时承受车辆的全部重量，它的阻值随所受压力F变化的图像如图（乙）所示；

R0为定值电阻；

电磁继电器线圈上标有“10Ω40mA”.当流过线圈的电流大于等于30mA时，通电线圈的作用效果大于弹簧的作用效果，衔铁被吸下，动触点P和静触点M断开并和静触点N接通；

电池组的电压为6V；

绿灯规格为“220V40W”，红灯规格为“220V60W”.

（1）请在图（甲）中用笔画线代替导线完成电路连接．

（2）电磁继电器线圈上标有“10Ω40mA”,它的意思是指线圈的电阻是10Ω，允许通过的_________（选填“最大”“最小”）电流是40mA，超过了会烧坏线圈.

（3）根据分析可以知道：

_________（A/B）灯是红灯.

（4）定值电阻R0的阻值为多大？

（5）一辆大型货车停在检测装置上5分钟，因其严重超载导致电磁继电器线圈中电流太大而被烧坏，超载车辆的总重至少是多大？

这段时间内指示灯消耗的电能是多少？

【答案】：

（1）如图所示；

（2）最大；

（3）B；

（4）定值电阻R0的阻值为90Ω；

（5）超载车辆的总重力至少是2×

105N，这段时间内指示灯消耗的电能是1.8×

104J．

【解析】：

（1）由题意知压敏电阻Rx的阻值可以控制电磁继电器工作位置，所以应把Rx串联在电路中，连接电路如答案所示；

（2）电磁继电器线圈上标有“10Ω40mA”,它的意思是指线圈的电阻是10Ω，允许通过的最大电流是40mA，超过了会烧坏线圈.（3）根据乙图可知Rx的阻值随压力的增大而减小，从而使电磁继电器线圈电流增大，而电流增大一定时会吸引衔铁，接通B，又由当车辆重量大于等于1×

105N时，红灯亮、绿灯灭，表示禁止通行．分析可以知道B灯是红灯；

（4）由题意当车辆重量大于等于1×

105N时，红灯亮、绿灯灭，表示禁止通行，和当流过线圈的电流大于等于30mA时，通电线圈的作用效果大于弹簧的作用效果，衔铁被吸下，及结合乙图可得当F=1×

105N时，Rx=100Ω，此时电路电流I=30Ma=0.03A，U=6V，所以得R总=U/I=6V/0.03A=200Ω，线圈电阻R线=10Ω，所以R0=R总-Rx-R线=200Ω-100Ω-10Ω=90Ω；

（5）电磁继电器线圈被烧坏时电路中的最小电流为40mA，此时电路中的总电阻：

R′=U/I′=6V/40×

10−3A=150Ω，此时压敏电阻的阻值：

Rx′=R′-R0-R线=150Ω-90Ω-10Ω=50Ω，由图乙可知，Rx受到的最小压力F=2×

105N，因水平面上物体的压力和自身的重力相等，所以，超载车辆的最小总重力为2×

105N，此时红灯发光，则5min消耗的电能：

W红=P红t=60W×

5×

60s=1.8×

欧姆定律的应用；

电功的计算

五、课堂小结

1、磁场对通电导体有作用力