2020-2021学年浙教版科学八年级下册寒假预习 第三讲:电动机与发电机(含答案)
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1、 风力发电机 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械,又称风车。广义地说,它是一种以太阳为热源,以大 气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用 的话,还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源,但是却可以长期利用。 风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发 电。依据目前的风车技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度) ,便可以开始发电。风力发电正在 世界上形成一股热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国也在西部地区大力提倡。小型风
2、力发电系统效率很高,但 它不是只由一个发电机头组成的, 而是一个有一定科技含量的小系统: 风力发电机充电器数字逆变器。 风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要,各部分功能为:叶片用来接受风力并通 过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现 尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。 1. 磁场对通电导体的作用磁场对通电导体的作用 (1)通电导体在磁场里,会受到力的作用。 (2)通电导体在磁场里,受力方向与电流方向和磁场方向有关。 2. 电动机电动机 (1)基本结构:)基本结构:转子(线圈) 、定子(磁
3、体) 、电刷、换向器 电刷的作用:与半环接触,使电源和线圈组成闭合电路。 换向器的作用:使线圈一转过平衡位置就改变线圈中的电流方向。 (2)原理:)原理:通电线圈在磁场中受力而转动的原理制成的。 通电线圈在磁场中的受力大小跟电流(电流越大,受力越大)有关。 通电线圈在磁场中的受力大小跟磁场的强弱(磁性越强,受力越大)有关。 通电线圈在磁场中的受力大小跟线圈的匝数(匝数越大,受力越大)有关。 电动机与发电机 知识梳理 衔接导入 直流电动机的工作原理:直流电动机的工作原理: 甲:电流方向和力的方向如图所示,线圈顺时针转动。 乙:线圈转到平衡位置时,两电刷恰好接触两半环间的绝缘部分;线圈由于惯性继续
4、转动,转过平衡位置 后,电流改变方向。 丙:ab 和 cd 的电流方向与图甲相反,受力方向也相反,线圈仍顺时针转动。 丁:线圈又转到平衡位置,换向器又自动改变电流方向。 (3)应用:)应用:直接电动机:电动玩具、录音机、小型电器等 交流电动机:电风扇、洗衣机、家用电器等。 (4)特点:)特点:结构简单、控制方便、体积小、效率高。 3. 电磁感应现象电磁感应现象 (1)电磁感应现象是英国的物理学家法拉第第一个发现的。 (2)电磁感应: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。 感应电流:由于电磁感应产生的电流叫感应电流。 (3)电流中感应电流的方向与导体切割磁感线的运动
5、方向和磁场方向有关。 (4)电磁感应现象的能量转化:把机械能转化为电能。 特别提醒:特别提醒: 电动机工作时的能量转化:把电能转化为机械能。 *左手定则:把左手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,手心面向 N 极,四指指向导体中电流所 指方向,则大拇指的方向就是导体受力的方向。 平衡位置概念:线圈 ab 边和 cd 边受到的力的大小相等,方向相反,并与线圈在同一个平面上, 使线圈受力平衡,我们把这个位置称为线圈的平衡位置。 4. 发电机发电机 (1)构造:构造:由磁体、线圈、滑环、电刷组成,与电动机相似,但没有电动机的换向器。 (2)工作原理:工作原理:发电机是根据电磁感应原理工作的,是机械能转
6、化为电能的机器。 (3)工作过程:工作过程:在外力作用下,转子转动一周,切割磁感线的方向发生两次改变,电流的方向也随之发生 两次改变,从而产生方向性呈周期性变化的交流电。 (4)大型交流发电机主要由转子和定子两部分组成。一般采用线圈不动磁极旋转的发电机叫做旋转磁极式 发电机。 (5)直流电动机和交流发电机的区别直流电动机和交流发电机的区别 直流电动机 交流发电机 原理 利用通电线圈在磁场里受力转动的原理 利用电磁感应原理 构造 与电刷接触的是换向器 与电刷接触的是两个铜环 能量转化 电能机械能 机械能电能 特别提醒:特别提醒: 产生电磁感应现象时,若导体运动方向反向,则感应电流方向也反向;若磁
7、场方向反向,则感应电 流方向也反向;但若同时改变导体的运动方向和磁场方向,则感应电流方向不变。 *右手定则:伸开右手,使大拇指跟四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线垂直穿过手 心,大拇指指向导体运动的方向,那么,其余伸开的四指所指的方向就是感应电流的方向。 在电路中的作用 用电器 电源 (6)交流电和直流电:交流电和直流电: 交流电:电流方向周期性变化的电流。我国家庭电路使用的是交流电。电压是 220 伏、周期是 0.02 秒、频率是 50 赫、电流方向 1s 改变 100 次。 周期(T) :完成一次周期性变化需要的时间 s。 频率(f) :1 秒内完成周期性变化的次数(赫兹) 。
8、两者关系: f T 1 直流电:电流方向不变的电流。 5. 话筒话筒 (1)结构:)结构:膜片、线圈、永久磁体 (2)作用:)作用:把振动的声音变成变化的电流。 (3)原理:)原理:振动声音的运动在磁场中切割磁感线,这样线圈中就产生了变化的电流。 (4)电磁感应和磁场对电流的作用的区别:电磁感应和磁场对电流的作用的区别: 电磁感应 磁场对电流的作用 现象 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割 磁感应线运动时,导体中就产生电流。 通电导体(线圈)在磁场中 受到力的作用 能量转化 机械能电能 电能机械能 力的性质 外力 磁场力 导体中的电流 感应电流 由电源供给 应用 发电机工作原理 电动机工作原理
9、 特别提醒:特别提醒: *交流发电机和直流发电机在内电路线圈中产生的都是交流电。 交流发电机通过铜环向外电路输出交流 电。直流发电机通过换向器向外输出直流电。 特别提醒:特别提醒: 电话的话筒通过电磁感应把声音的信号变为强弱变化的电流,而听筒是把强弱变化的电流通过磁场对 电流的作用转化成声音的信号的。 【例【例 1】 如图所示, 闭合开关, 观察到铝杆 AB 运动起来, 说明磁场对电流有 作 用,利用该原理可制成 (发电机、电动机) ,将磁体两极对调,观察 AB 的运动方向,这是为了探究力的方向与 关系 【例【例 2】学习“电动机”内容时,老师用图实验装置演示“磁场对通电导线作用力的方 向与什
10、么因素有关”的实验后,同学们自然想到力既有方向又有大小那么磁 场对通电导线作用力的大小与什么因素有关呢?以下是小丽、小李与小明的猜想: 小丽猜想:“可能跟磁铁的磁性强弱有关” 小李猜想:“可能跟导线 AB 在磁场中的位置有关” 小明猜想:“可能跟通过导线 AB 的电流大小有关” 请你根据图所示的实验装置,帮助小明设计实验来验证他的猜想,简述你的实验方案: ; 【例【例 3】如图所示的线圈 abcd 能绕轴转动的原理是 , 若需持续 转动,需给线圈安装 我们如果将线圈看作一个单匝的通电螺线管,就 可以将其等效为一个条形磁铁,将其上方看成是 N 极,下方看成是 S 极,两极 均在磁场的作用下向异名
11、磁极靠近,则 (A/B)是电源的正极 【例【例 4】线圈 abcd 转动过程中经过图甲位置时,导线 ab 所受磁场力 F 的方向如图甲所 示当线圈经过图乙的位置时,流过导线 ab 的电流方向与图甲的 (选填“相同”或“相反”) , 请用箭头标出图乙中导线 ab 所受磁场力的方向 【例【例 5】课堂上,老师做了如图所示的演示实验闭合开关,让导体 ab 向左运 动,观察到灵敏电流计的指针发生 ,这现象说明闭合电路的一部 分导体,做 磁感线运动,导体中能产生电流; 机就是利 用这种原理制成的 【例【例 6】下面能让电流表指针发生偏转的实验操作是( ) A磁体不动,导体 ab 竖直向上运动 B磁体不动
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