高中物理 3.2电机的发明对能源利用的作用课件 粤教版选修11.ppt

第二节电机的发明对能源利用的作用 课标定位学习目标 1 了解电磁技术的发展过程及对社会发展的影响 2 知道能源的分类及如何利用能源 重点难点 电机对能源利用的作用 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 第二节 课前自主学案 一 古代对电和磁的认识古希腊哲学家泰勒斯的记载用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小的物体 我国文字记载的电磁现象 殷商时代的甲骨文中就有 雷 字 西周时代的青铜器上刻有 电 字 西汉末年 就有过摩擦的玳瑁能吸引微小物体的记载 东汉王充把琥珀摩擦后可以吸引微小物体 与磁石吸引针的现象同时提出 利用磁石指南的特性发明的指南针 是电磁领域的第一个重大发明 指南针的应用 促进了人类航海事业的发展和世界文化的交流 二 近代电磁技术与第二次工业革命近代电磁领域的重要发明与发现 发明电池 发现电流的磁效应 发现电磁感应定律 近代电磁领域的发明 发现 催生了电力工业 引发了第二次工业革命 促进了社会发展 三 现代电磁技术的发展1 电力 电子 电信产业在国民经济中占有重要地位 2 信息交流领域的电磁技术的发明成果19世纪末期 莫尔斯发明电报 19世纪末期 贝尔发明电话19世纪六十年代 麦克斯韦预言 的存在 赫兹用实验证实电磁波的存在 电磁波 19世纪末期 马可尼发明 20世纪早期 出现广播和电视 20世纪末期 出现互联网技术 3 是现代化的基础 极大地促进了社会的发展 无线电通信 电磁技术 直接利用 再生能源 非再生能源 电机 电能 机械能 3 电机把一次能源转换成机械能的过程如下 核心要点突破 一 电磁技术的应用和作用现代电磁技术的应用和作用是本节的重点 结合移动电话 电脑 互联网技术及现代化的电气化 自动化等各方面具体应用 可以看出电磁技术对当代社会的现代化 对人类社会的发展有多么重大的影响 它极大地促进了社会文明的发展 促进了现代化社会的前进 法拉第于1831年发现了电磁感应现象之后 工程技术专家敏锐地意识到电力对人类生活的意义 纷纷投身于对电力开发 传输和利用方面的研究 1832年 法国发明家皮克西 h pixii 制成第一台手摇发电机 1866年 德国工程师西门子 e w siemens 制造了第一台自激式发电机 大大提高了发电的效率 世界上第一台直流电动机则是在1834年由美国工程师达文波特 t davenport 在美国物理学家约瑟夫 亨利的支持下制造的 从此 电力开始成为取代蒸汽动力的新能源 电灯 电报 电话 电车 电焊 电影放映机等的相继问世 使电力的应用范围不断扩大 人们对电力的需求因此也不断增长 1882年 法国物理学家德普雷 m deprez 发现了远距离送电的方法 同年 美国发明家爱迪生建立的第一个火力发电站开始运行 到19世纪末20世纪初 世界进入了电气时代 二 对发电机和电动机的认识1 把机械能转化为电能 发电机的发明在法拉第发明了圆盘发电机后 各种各样的发电机设计方案如雨后春笋般不断涌现 1 第一台永磁发电机1832年 法国的皮克西 h pixii 发明了用永久磁铁制造的发电机 如图3 1 1这台机器用手摇驱动 使磁铁相对于线圈旋转 由于永久磁铁的磁场较弱 手摇的转速度小 因此得到的功率也较小 但这是根据法拉第电磁感应原理制造的第一台有实用意义的发电机 图3 1 1皮克西的永磁发电机 1834年 英国的克拉克 e m c1arke 制造了一台带有整流子的手摇永磁发电机如图3 1 2 它能得到比当时的化学电池更高的电压 可以作为实验室所需要的电源 图3 1 2克拉克的手摇永磁发电机 2 向大电流发展此后 许多发明者制造了一系列改进的发电机 朝着增大电流方向发展 有的用三个蹄形磁铁组合在一起 有的将许多蹄形磁铁呈辐射状排列 用以增大磁场 其中 英国的霍姆斯 f h holmes 对永磁发电机的发展起了很大的作用 为了使灯塔更明亮 他曾制造了一台用36个u形磁铁组成的大型永磁发电机 这台机器占地约0 45m2 重2t 效率很低 当用一台转速为600r min的蒸汽机驱动时 输出功率还不到1 5kw 但是 它确实能使灯塔发出更明亮的光 法拉第也说 发出的光是 如此地强烈 如此地厚实 如此地凝聚 如此地没有暗影的晃动 以至于人们不能不渴望它的成功 3 电磁铁代替永磁铁为了增强磁场 一些发明者另辟蹊径 提出了用电磁铁代替永磁铁的设想 最初 用伏打电池给电磁铁供电 发电量有了很大提高 1866年 德国人西门子 e w siemens 和英国人瓦利 s a varley 分别发明了自激发电机 图3 1 3 这种发电机利用自身发出的电 使磁极线圈产生磁场 大大提高了发电机的效率 自激发电机称得上是现代实用发电机的雏形 图3 1 3瓦利的自激发电机 今天 人们普遍承认 制造第一台能够产生真正连续电流的 具有实用尺寸的直流发电机的荣誉应归于比利时的格拉姆 z t gramme 他于1873年首先在维也纳展出了直流电动机 图3 1 4 接着很快就生产了适应灯塔照明 电镀 工厂照明等各种不同用途的发电机 图3 1 4格拉姆的直流发电机 4 爱迪生的推广随着白炽灯的发明 1880年 美国发明家爱迪生改进了西门子发电机 使它可以广泛地应用在家用照明和动力上 从此 发电机才得到广泛的应用 开始了以电的应用为标志的世界 第二次产业革命 从法拉第发现电磁感应原理至爱迪生把电的应用推广到工业生产的各个方面 经历了整整50年的时间 究其原因 除了早期的发电机采用永久磁铁 磁场弱 电流小的缺陷外 另一方面的原因是社会上还没有电灯 感应电动机 对电力的需要不像爱迪生发明电灯后那么迫切 因此 发电机的发展较为缓慢 2 把电能转化为机械能 电动机的发明根据奥斯特关于载流导线的电冲突是圆形的描述 法拉第设计了图3 1 5的装置 当他接通电源后 左边磁棒绕导线旋转 右边导线绕磁棒旋转 这就是有名的 电磁旋转实验 这是继奥斯特发现之后的又一个重大进展 它使奥斯特的瞬间运动变得连续起来 图3 1 5电磁旋转实验 世界上第一台电动机的雏形在法拉第的创造性实验中被孵化出来了 这预示着将要有新的动力机械造福人类了 三 感应电动机的结构和原理1 感应电动机的结构感应电动机如图3 1 6所示 它同样由定子和转子两大部分组成 定子由铁芯和嵌在铁芯中互成120 角的三组线圈组成 转子是由铁芯和嵌在铁芯上的闭合导体构成 闭合导体的外形像个鼠笼 因此又叫鼠笼式感应电动机 图3 1 6感应电动机 当在定子的三组线圈中通以三相交变电流时 转子就会迅速反向转动 2 剖析感应电动机的原理如图3 1 7所示 在一个蹄形磁铁中间放置一枚小磁针 当磁铁转动时 你一定知道由于磁极间的相互作用 它会带着小磁针一起转动 如果在蹄形磁铁中放置一个闭合的小铝框 如图3 1 8 当磁铁转动时 可以发现小铝框会跟随着磁铁转动 这是什么道理呢 因为磁铁转动时 穿过铝框的磁通量发生了变化 铝框中产生感应电流 感应电流跟磁铁磁场的相互作用 使它跟随着磁铁转动 图3 1 7图3 1 8感应电动机的原理 这个实验告诉我们 如果设法在空间形成一个旋转的磁场 那么放在旋转磁场中的闭合导体 就会在电磁相互作用的驱动下发生转动 研究表明 三相交变电流能在空间产生旋转磁场 仿佛有一块旋转着的磁铁一样 所以 在三个互成120 角的线圈中 通入三相交变电流 同样会使放置其中的闭合铝框转动 图3 1 9 图3 1 9三相交变电流产生旋转磁场 课堂互动讲练 下面是能源的开发和利用图示 请在 中填上相应的能源名称或电机名称 精讲精析 了解能源的分类和发电机 电动机的作用即可解决本题 答案 煤 石油 电能 发电机 电动机 核能 太阳能 方法总结 发电机作用是把其他形式的能转化为电能 电动机是把电能转化为机械能 简述18世纪电磁领域的重大发现 或发明 及