電動機(jī)與發(fā)電機(jī)

1、電動機(jī)與發(fā)電機(jī)適用學(xué)科初中物理適用年級初中三年級適用區(qū)域蘇科版課時時長（分鐘）60知識點(diǎn)1、 磁場對通電導(dǎo)體有作用力2、 直流電動機(jī)工作原理和能量轉(zhuǎn)化3、 電磁感應(yīng)現(xiàn)象4、交流發(fā)電機(jī)工作原理和能量轉(zhuǎn)化教學(xué)目標(biāo)一、 知識與技能1 通過實(shí)驗(yàn)，知道磁場對通電導(dǎo)線有力的作用，知道力的方向與電流方向和磁場方向有關(guān)。2 能夠設(shè)計實(shí)驗(yàn)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3了解直流電動機(jī)、發(fā)電機(jī)的構(gòu)造、工作原理及能量的轉(zhuǎn)化二、 過程與方法1通過觀察和實(shí)驗(yàn)、感知電磁感應(yīng)現(xiàn)象，培養(yǎng)觀察能力。2通過實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)歸納出發(fā)電機(jī)以及電動機(jī)的工作原理，培養(yǎng)初步的分析概括能力，收集信息和處理信息的能力。3在對實(shí)例的調(diào)研

2、、分析和解釋中進(jìn)一步理解和應(yīng)用電動機(jī)與發(fā)電機(jī)，嘗試應(yīng)用已知的科學(xué)規(guī)律去解釋某些具體問題。三、 情感、態(tài)度與價值觀1使學(xué)生感受到電與磁在生活中有廣泛的應(yīng)用，提高探究的樂趣。2運(yùn)用學(xué)過的科學(xué)知識解釋生活中的現(xiàn)象，進(jìn)一步感受到生活和科學(xué)的關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)電動機(jī)與發(fā)電機(jī)工作原理和能量轉(zhuǎn)化教學(xué)難點(diǎn)區(qū)分電動機(jī)與發(fā)電機(jī)工作原理教學(xué)過程一、復(fù)習(xí)預(yù)習(xí)1.插入鐵釘?shù)耐娐菥€管具有磁性，并且有電流通過時有磁性，沒有電流時就失去磁性。把一根導(dǎo)線繞成螺線管，再在螺線管內(nèi)插入鐵芯，當(dāng)有電流通過有磁性。這種磁鐵就叫電磁鐵。2.在匝數(shù)相同時，通入的電流越大，電磁鐵的磁性越強(qiáng)；電流一定時，外形相同的螺線管，匝數(shù)越大，電磁鐵的磁性

3、越強(qiáng)。3.電磁繼電器的優(yōu)點(diǎn)：可以利用低電壓、弱電流電流的通斷，來間接地控制高電壓、強(qiáng)電流的通斷；可以實(shí)行遠(yuǎn)距離控制；低壓控制電路可以使用溫控、光控等傳感器，實(shí)行自動控制。二、知識講解課程引入：我們前面學(xué)習(xí)了電能的利用以及相互轉(zhuǎn)化，那么電能使怎么產(chǎn)生的呢？機(jī)床、水泵，需要電動機(jī)帶動，生活中的電扇、冰箱、洗衣機(jī)等都離不開電動機(jī)，電動機(jī)已經(jīng)就用在現(xiàn)代社會生活的各個方面。給電動機(jī)通電，它就能轉(zhuǎn)動，這是為什么？我們觀察下面幾幅圖片我們發(fā)現(xiàn)了什么？考點(diǎn)/易錯點(diǎn)1、磁場對通電導(dǎo)線的作用設(shè)計實(shí)驗(yàn)：在磁場中放一通電直導(dǎo)線，觀察直導(dǎo)線是否受力運(yùn)動。設(shè)計電路。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：連接電路，快速的閉合開關(guān)再斷開，觀察現(xiàn)象。閉合

4、開關(guān)，金屬棒會運(yùn)動。說明通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用。提出新的問題，通電導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動方向是固定的嗎？可能與什么因素有關(guān)？演示實(shí)驗(yàn)，在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，只改變電流方向，再改變磁場方向。觀察金屬棒的運(yùn)動方向。結(jié)論：當(dāng)通電導(dǎo)線中的電流方向改變或磁場方向改變，通電導(dǎo)線的受力方向會發(fā)生改變，若同時改變電流方向和磁場方向，則受力方向不變?？键c(diǎn)/易錯點(diǎn)2、直流電動機(jī)工作原理和能量轉(zhuǎn)化電動機(jī)由兩部分組成：轉(zhuǎn)子和定子。電動機(jī)里，能夠轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，固定不動的部分叫定子。在上面探究活動中，我們使線圈轉(zhuǎn)起來了。如果把“小小電動機(jī)”線圈兩端引線的漆皮全部刮掉，線圈又會怎樣運(yùn)動呢？接通電源，線圈在磁場里發(fā)生轉(zhuǎn)動，

5、但轉(zhuǎn)動不能持續(xù)下去，轉(zhuǎn)90°角擺幾下就停了。怎么解釋這一現(xiàn)象呢？演示：使線圈位于磁體兩磁極間的磁場中。1.使線圈靜止在圖乙位置上，閉合開關(guān)，觀察?，F(xiàn)象：發(fā)現(xiàn)線圈沒有運(yùn)動。原因：這是由于線圈ab、cd兩個邊受力大小一樣，方向相反的原因，這個位置是線圈的平衡位置。2.使線圈靜止在圖甲位置上，閉合開關(guān)觀察?，F(xiàn)象：線圈受力沿順時針方向轉(zhuǎn)動。結(jié)論：可是線圈能靠慣性越過平衡位置，但不能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去，最后要返回平衡位置。為什么會返回呢？3.看圖丙，使線圈靜止在這個位置上，這是剛才線圈沖過平衡位置以后所到達(dá)的地方，閉合開關(guān)，觀察?，F(xiàn)象：線圈向逆時針方向轉(zhuǎn)動。結(jié)論：這說明線圈在這個位置所受力是阻礙它沿順

6、時針方向轉(zhuǎn)動的，這也就使線圈返回平衡位置。那我們在探究實(shí)驗(yàn)中，線圈為什么能連續(xù)轉(zhuǎn)動呢？因?yàn)樾⌒‰妱訖C(jī)兩根引線，一根刮去半周，一根刮去一周，而線圈沒刮半周，是都接在電路里，刮去半周的只有刮去的部分接入電路里。刮去半周有什么作用？刮去的通電，沒刮去的絕緣，不通電。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置，如果供電，線圈就受到阻礙它沿原來方向轉(zhuǎn)動的力。如果不供電線圈由于慣性會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，小小電動機(jī)就是利用這個原理工作的。在“小小電動機(jī)”中我們只利用了一半的電力，也就是線圈每轉(zhuǎn)一周，只有半周獲得動力。如果設(shè)法改變后半周電流的方向，使線圈在后半周也獲得動力，線圈將會更平穩(wěn)、更有力地轉(zhuǎn)動下去。實(shí)際的直流電動機(jī)是通過換向器來實(shí)現(xiàn)這

7、項(xiàng)功能。電動機(jī)工作原理：換向器的構(gòu)造，兩個銅半環(huán)E和F跟線圈兩端相連，它們彼此絕緣，并隨線圈一起轉(zhuǎn)動。A和B是電刷，它們跟半環(huán)接觸，使電源和線圈組成閉合電路。線圈轉(zhuǎn)動時，它通過換向器使電流方向發(fā)生改變，使線圈的受力方向總是相同，線圈就可以不停地轉(zhuǎn)動下去了。換向器的作用：當(dāng)線圈剛剛轉(zhuǎn)過平衡位置時，換向器能自動改變線圈中電流的方向，從而改變線圈受力方向，使線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動。實(shí)際的直流電動機(jī)都有多個線圈，每個線圈都接在一對換向片上。除直流電動機(jī)外，生活中還經(jīng)常用到交流電動機(jī)，交流電動機(jī)也是利用通電導(dǎo)體在磁場中受力來運(yùn)轉(zhuǎn)的。考點(diǎn)/易錯點(diǎn)3、電磁感應(yīng)現(xiàn)象（1）電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁

8、感線的運(yùn)動，在導(dǎo)體中會有電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱之為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱作感應(yīng)電流（2）產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件:一是導(dǎo)體是閉合電路的一部分，二是導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動（3）決定感應(yīng)電流方向的因素：一是磁感線的方向，二是導(dǎo)體運(yùn)動的方向（4）電磁感應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能考點(diǎn)/易錯點(diǎn)4、交流發(fā)電機(jī)的工作原理和能量和轉(zhuǎn)化（1）原理：發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理制成的（2）構(gòu)造：交流發(fā)電機(jī)主要由磁鐵（定子）、線圈（轉(zhuǎn)子）、滑環(huán)和電刷構(gòu)成的（3）能量轉(zhuǎn)化：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能（4）交流電；方向和大小做周期性變化的電流叫做交流電（5）交流電的周期：電流發(fā)生一個周期性變化所用的時間，單位：秒（s

9、）（6）交流電的頻率：電流每秒發(fā)生周期性變化的次數(shù)，單位：赫茲（Hz）頻率和周期的數(shù)值互為倒數(shù)，我國交流電的周期0.02s，頻率是50Hz 三、例題精析【例題1】 【題干】關(guān)于下列四幅圖的說法正確的是（ ）A甲圖的實(shí)驗(yàn)說明磁場能產(chǎn)生電流 B乙圖的實(shí)驗(yàn)所揭示的原理可制成發(fā)電機(jī) C丙圖是演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置 D丁圖中麥克風(fēng)應(yīng)用了磁場對電流的作用 【答案】B【解析】A、圖甲是奧斯特實(shí)驗(yàn)，通電后小磁針偏轉(zhuǎn)，說明了通電導(dǎo)線周圍存在磁場；所以A說法錯誤，不符合題意 B、圖乙是電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)此原理可以制成發(fā)電機(jī)；所以B說法正確，符合題意 C、圖丙是磁場對電流的作用實(shí)驗(yàn)，通電后通電導(dǎo)體在磁場中受到力

10、的作用而運(yùn)動；所以C說法錯誤，不符合題意 D、圖丁是動感線圈式話筒，當(dāng)人對話筒說話時，引起膜片的振動，膜片的振動會引起線圈的運(yùn)動，切割永磁鐵的磁感線而產(chǎn)生相對應(yīng)的變化的電流，從而在揚(yáng)聲器產(chǎn)生與說話者相同的聲音動圈式話筒是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的；所以D說法錯誤，不符合題意【例題2】 【題干】下列說法正確的是( )A電動機(jī)是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的 B電磁起重機(jī)是利用磁生電現(xiàn)象制成的 C發(fā)電機(jī)工作時將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 D通電螺線管的磁性強(qiáng)弱只與電流有關(guān) 【答案】C【解析】電動機(jī)是利用磁場對電流的作用制成的，故選項(xiàng)A是錯誤的；電磁起重機(jī)是利用電生磁現(xiàn)象制成的，選項(xiàng)B是錯誤的；發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制

11、成的，其工作時將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，選項(xiàng)C是正確的；通電螺線管的磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)多少和有無鐵芯有關(guān)，選項(xiàng)D是錯誤的。故本題正確選項(xiàng)是C?！纠}3】 【題干】如圖是探究“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)裝置。閉合開關(guān)S后，下列操作能使靈敏電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是A磁體、導(dǎo)體ab均保持不動 B磁體不動，導(dǎo)體ab沿豎直方向上下運(yùn)動 C導(dǎo)體ab不動，磁體沿豎直方向上下運(yùn)動 D磁體不動，導(dǎo)體ab沿水平方向左右運(yùn)動【答案】D【解析】產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：閉合電路的一部分導(dǎo)體，在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，兩個條件必需同時具備。由本題圖可以看出具備條件閉合電路的一部分導(dǎo)體，由題意知本題正確選項(xiàng)是D?！纠}4】 【題

12、干】關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，下列說法中正確的是 A只要導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流 B只要導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流 C閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流 D閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流 【答案】D【解析】閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象。若導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動沒有切割磁感線就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，A選項(xiàng)說法不正確；導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動，若沒有形成閉合電路就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，B選項(xiàng)說法不正確；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，若不切割磁感線，就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，C選項(xiàng)說

13、法不正確；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，D選項(xiàng)說法正確，選填D。四、課堂運(yùn)用【基礎(chǔ)】1. 如下圖所示，放在磁鐵中的線圈A和B，用導(dǎo)線串聯(lián)。當(dāng)用力使線圈A向右運(yùn)動時，發(fā)現(xiàn)懸掛著的線圈B也隨著擺動，此時線圈A、B各自的實(shí)驗(yàn)原理與下列設(shè)備的工作原理相對應(yīng)（） A電動機(jī)、電動機(jī) B電動機(jī)、發(fā)電機(jī) C發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī) D發(fā)電機(jī)、電動機(jī)【答案】D【解析】當(dāng)用力使線圈A向右運(yùn)動時，線圈A切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，因?yàn)榫€圈A和B，用導(dǎo)線串聯(lián)，所以線圈B中也有電流，線圈B在磁場中受力而運(yùn)動。故選D2. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象是英國物理學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)的探究這個現(xiàn)象應(yīng)選用如圖中（填“甲”或“乙”）所

14、示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)在這個現(xiàn)象中感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線運(yùn)動的方向和方向有關(guān)；利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象可以制成機(jī)【答案】法拉第  甲   磁場   發(fā)電【解析】電磁感應(yīng)現(xiàn)象是英國物理學(xué)家法拉第首先發(fā)現(xiàn)的，電磁感應(yīng)是發(fā)電機(jī)的原理，感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線運(yùn)動的方向和磁場方向有關(guān)；甲圖是驗(yàn)證電磁感應(yīng)的電路，乙圖是驗(yàn)證磁場對電流的作用的電路。3. 如圖是電磁繼電器的構(gòu)造和工作電路示意圖要使電磁鐵對銜鐵的吸引力變大，以下做法可行的是（）A去掉電磁鐵線圈中的鐵芯 B減少電磁鐵線圈的匝數(shù)C適當(dāng)增大電源A的電壓 D適當(dāng)增大電

15、源B的電壓【答案】C【解析】試題分析：A選項(xiàng)，去掉電磁鐵線圈中的鐵芯，會使磁性變?nèi)酰訟不正確。B選項(xiàng)，減少電磁鐵線圈的匝數(shù)，電磁鐵的磁性減弱，所以B不正確。C選項(xiàng)，增大電源A的電壓，可以增大通過電磁鐵的電流從而增強(qiáng)電磁鐵的磁性，所以C正確。D選項(xiàng)，增大電源B的電壓，不會影響通過電磁鐵的電流，不會改變電磁鐵的磁性，所以D不正確。正確的選擇是C?？键c(diǎn)：電磁鐵【鞏固】4.如圖所示的兩個模型，其中_圖是電動機(jī)的模型，要想改變線圈轉(zhuǎn)動方向可以改變磁場方向或_【答案】甲；電流方向【解析】電動機(jī)和發(fā)電機(jī)模型的區(qū)別是電動機(jī)的外電路中有電源，發(fā)電機(jī)的外電路中沒有電源，所以甲是電動機(jī)模型；線圈的轉(zhuǎn)動方向與電流

16、方向和磁場方向有關(guān)，所以要改變轉(zhuǎn)動方向可以改變磁場方向或電流方向。5. 如圖裝置，它的外部并聯(lián)了兩個發(fā)光二極管，二極管是用材料制成的當(dāng)轉(zhuǎn)動該裝置手柄是地，二極管發(fā)光，則該裝置是一臺（選填“發(fā)電機(jī)”或“電動機(jī)”），它的工作原理是 【答案】半導(dǎo)體；發(fā)電機(jī)；電磁感應(yīng)原理【解析】二極管和三極管都是要半導(dǎo)體制成的，塑料管中的磁鐵來回運(yùn)動，使線圈相對于磁鐵做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以電磁翹翹板中發(fā)光二極管輪流發(fā)光是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，發(fā)電機(jī)也是根據(jù)這一原理工作的【拔高】 6. 如圖所示，abcd是一個“U”型金屬導(dǎo)軌，pq是一根金屬棒，可以在金屬導(dǎo)軌上滑動。金屬導(dǎo)軌處于一個蹄形磁鐵中，一重物通過

17、定滑輪的細(xì)繩與金屬棒相連，整個裝置置于水平桌面上并處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)重物開始下落且pq在磁場內(nèi)運(yùn)動的過程中( ) A回路中有電流，此過程電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 B回路中無電流，此過程電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 C回路中有電流，此過程機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 D回路中無電流，此過程機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 【答案】C【解析】感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運(yùn)動；導(dǎo)體棒pq是閉合電路adpq的一部分，當(dāng)物體上落時，pq作切割磁感線運(yùn)動，因此回路中會產(chǎn)生電流，過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；本題答案選C.7. 小明將直流電動機(jī)模型接入電路，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電動機(jī)不工作。他用手輕輕地碰了一下線圈后，直流電動機(jī)模型

18、開始正常轉(zhuǎn)動，其原因可能是（）A直流電動機(jī)的銅半環(huán)與電刷接觸不良 B電源電壓太低 C線圈剛好處于平衡位置 D線圈中的電流太小 【答案】C【解析】A、接觸不良，形成開路，電路中沒有電流，形不成通電導(dǎo)體，故電動機(jī)始終不會工作不符合題意； B、若是線圈兩端的電壓太低，即線圈中的電流很小，線圈所受的磁場力小于摩擦力時，即使我們輕推一下，電動機(jī)也不會轉(zhuǎn)動，不符合題意； C、平衡位置時電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子形成了開路，導(dǎo)體中沒有電流通過，磁場對其沒有作用力，電動機(jī)不會轉(zhuǎn)動，但是用手輕輕地碰了一下線圈后，線圈越過平衡位置，繼續(xù)轉(zhuǎn)動；符合題意； D、若是線圈中的電流太小，同樣線圈所受的磁場力小于摩擦力時，即使我們

19、輕推一下，電動機(jī)也不會轉(zhuǎn)動，不符合題意；8、為保證潤揚(yáng)大橋以及過橋車輛的安全，工作人員在橋的入口處安裝了“超載檢測報警系統(tǒng)”檢測時，當(dāng)車輛重量小于1×105N時，綠燈亮、紅燈滅，表示可以通行；當(dāng)車輛重量大于等于1×105N時，紅燈亮、綠燈滅，表示禁止通行系統(tǒng)中的電路元件如圖（甲）所示，其中壓敏電阻Rx在檢測時承受車輛的全部重量，它的阻值隨所受壓力F變化的圖像如圖（乙）所示；R0為定值電阻；電磁繼電器線圈上標(biāo)有“10 40mA”.當(dāng)流過線圈的電流大于等于30mA時，通電線圈的作用效果大于彈簧的作用效果，銜鐵被吸下，動觸點(diǎn)P和靜觸點(diǎn)M斷開并和靜觸點(diǎn)N接通；電池組的電壓為6V；綠

20、燈規(guī)格為“220V 40W”，紅燈規(guī)格為“220V 60W”.(1) 請在圖（甲）中用筆畫線代替導(dǎo)線完成電路連接（2）電磁繼電器線圈上標(biāo)有“10 40mA”,它的意思是指線圈的電阻是10，允許通過的_（選填“最大”“最小”）電流是40mA，超過了會燒壞線圈.（3）根據(jù)分析可以知道：_（A/B）燈是紅燈.（4）定值電阻R0的阻值為多大？（5）一輛大型貨車停在檢測裝置上5分鐘，因其嚴(yán)重超載導(dǎo)致電磁繼電器線圈中電流太大而被燒壞，超載車輛的總重至少是多大？這段時間內(nèi)指示燈消耗的電能是多少？【答案】：（1）如圖所示；（2）最大；（3）B；（4）定值電阻R0的阻值為90；（5）超載車輛的總重力至少是2×105N，這段時間內(nèi)指示燈消耗的電能是1.8×104J【解析】：（1）由題意知壓敏電阻Rx的阻值可以控制電磁繼電器工作位置，所以應(yīng)把Rx串聯(lián)在電路中，連接電路如答案所示；（