搞定發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)

石弘

電與磁對(duì)人類(lèi)的主要貢獻(xiàn)就是發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，所以發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的原理就成了第二十章“電與磁”的核心內(nèi)容，但由于電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上有很多相似的地方，很多同學(xué)在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)常常感到不解，對(duì)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的問(wèn)題也常常弄混淆，希望這篇文章能幫同學(xué)們解決這個(gè)問(wèn)題。

一、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的和概念

顧名思義，發(fā)電機(jī)是用來(lái)發(fā)電的，從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)看，它是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；而電動(dòng)機(jī)正好相反，它是通過(guò)電能讓物體運(yùn)動(dòng)的，是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，所以從能量轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，我們很容易區(qū)別它們。

例1（2016·福州）如圖1是“混合動(dòng)力汽車(chē)”原理結(jié)構(gòu)的示意圖，該車(chē)行駛過(guò)程中將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部件是（）。

A.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)

B.電池

C.發(fā)電機(jī)

D.電動(dòng)機(jī)

解析：中電池是電源，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都是得到機(jī)械能的裝置，但汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再利用內(nèi)能得到機(jī)械能的，是熱機(jī)；只有電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部件，選D。

二、發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的區(qū)別

1.發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的區(qū)別主要是原理不同：發(fā)電機(jī)利用的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而電動(dòng)機(jī)利用的是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的原理，電磁感應(yīng)是先有運(yùn)動(dòng)（切割磁感線(xiàn)），得到電流；通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力是先有電流，然后得到運(yùn)動(dòng)，它們?cè)趯?shí)驗(yàn)裝置圖上的區(qū)別就在于沒(méi)有電源的是電磁感應(yīng)（發(fā)電機(jī)的原理），有電源的是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力（電動(dòng)機(jī)的原理）。

例2（2016·菏澤）如圖2所示的電與磁的實(shí)驗(yàn)裝置中，屬于發(fā)電機(jī)原理的是（=）。

解析：本題A選項(xiàng)是奧斯特實(shí)驗(yàn)，這個(gè)比較好區(qū)分，主要是后三個(gè)選項(xiàng)，用上面講到的方法就能很好區(qū)分了，B、D的裝置圖中都有電源，所以絕對(duì)不會(huì)是發(fā)電機(jī)的原理，實(shí)際上它們都是電動(dòng)機(jī)原理的實(shí)驗(yàn)裝置，只有C選項(xiàng)的原理符合發(fā)電機(jī)的原理，選C。

2.對(duì)探究發(fā)電機(jī)的原理和探究電動(dòng)機(jī)的原理這兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，有些同學(xué)也容易弄混淆，特別是有關(guān)方向的探究。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都涉及導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向、電流的方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系，不同之處在于電磁感應(yīng)（發(fā)電機(jī)原理）探究的是產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力（電動(dòng)機(jī)原理）探究的是導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)的方向與電流的方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系，在初中階段，我們只需要弄清在探究發(fā)電機(jī)原理實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向或磁場(chǎng)方向有一個(gè)發(fā)生變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向就會(huì)變，兩個(gè)都發(fā)生變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向不變；探究電動(dòng)機(jī)原理實(shí)驗(yàn)也一樣，電流的方向或磁場(chǎng)方向有一個(gè)發(fā)生變化，導(dǎo)體受力的方向就會(huì)變，兩個(gè)都發(fā)生變化，導(dǎo)體受力的方向不變，不要求同學(xué)們用左、右手定則去判斷它們的關(guān)系。

例3某學(xué)習(xí)小組為研究電動(dòng)機(jī)的工作原理，制定了以下兩套方案。

方案1：如圖3甲所示，把線(xiàn)框放在磁場(chǎng)里，接通電源，觀察線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

方案2：如圖3乙所示，把一段粗漆包線(xiàn)繞成矩形線(xiàn)圈，用小刀刮兩端引線(xiàn)的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮掉上半周，接通電源后，觀察線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

（1）方案1中給線(xiàn)圈通電后?？捎^察到通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中___，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)楫?dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)，線(xiàn)圈的運(yùn)動(dòng)方向與其受力方向___（填“相同”或“相反”）阻礙了線(xiàn)圈的運(yùn)動(dòng)。

（2）方案2___（填“能”或“不能”）觀察到線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)楫?dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到一端有漆皮的位置時(shí)，由于漆皮是___，使線(xiàn)圈中的電流中斷，因此這半周是靠___完成的。

（3）實(shí)際生活中的電動(dòng)機(jī)是利用的原理工作，工作中靠換向器周期性地改變線(xiàn)圈中___來(lái)實(shí)現(xiàn)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，

解析：甲圖中給線(xiàn)圈通電時(shí)，由于磁場(chǎng)和電流的方向都沒(méi)有改變，所以線(xiàn)圈受力的方向也不會(huì)改變，這個(gè)磁場(chǎng)力在線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的前半周是動(dòng)力，到了后半周就成了轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力，所以，要想讓線(xiàn)圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，只有兩個(gè)辦法：一是讓線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到后半周時(shí)斷電，讓那個(gè)成為阻力的磁場(chǎng)力消失，線(xiàn)圈靠慣性完成后半周；另一種辦法就是利用換向器在線(xiàn)圈剛轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)就改變電流的方向，從而改變磁場(chǎng)力的方向，使阻力變成動(dòng)力，圖乙就是利用了方法一。

答案：（1）來(lái)回?cái)[動(dòng) 相反（2）能絕緣體 慣性（3）通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力電流方向

三、發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)系

由于發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)都是通過(guò)電與磁來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化的，所以它們還是存在著一定的聯(lián)系，從能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程可以看出，它們的能量轉(zhuǎn)化正好相反，而發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造幾乎是一樣的，都由線(xiàn)圈、磁鐵、換向器、電刷組成（這也是同學(xué)們總是把它們弄混的原因），相同的構(gòu)造為什么會(huì)產(chǎn)生完全不同的效果呢？這就要看線(xiàn)圈中是先有電流還是先有切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)了：如果先通電，通電導(dǎo)體會(huì)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。這就是電動(dòng)機(jī)；如果借助外力先讓線(xiàn)圈切割磁感線(xiàn)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這就是發(fā)電機(jī)，所以發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程是一個(gè)可逆的過(guò)程：去掉電動(dòng)機(jī)兩端的電源，用外力使線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)可以發(fā)電；反過(guò)來(lái)，給發(fā)電機(jī)通電，它也可以成為電動(dòng)機(jī)。

例4如圖4，微型吊扇通電后扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，使微型吊扇轉(zhuǎn)動(dòng)的工作原理是__，拔下插頭，在插頭處接發(fā)光二極管，用手旋轉(zhuǎn)葉片，發(fā)光二極管發(fā)光，這是

現(xiàn)象，人們利用這一原理制成了__。

解析：吊扇本來(lái)是一個(gè)電動(dòng)機(jī)，但拔下插頭后，不通電，用手旋轉(zhuǎn)葉片，就是在使葉片帶動(dòng)線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，所以變成了發(fā)電機(jī)，

答案：通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)

電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)

同學(xué)們?nèi)绻趯W(xué)習(xí)中弄清了這三個(gè)要點(diǎn)，對(duì)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)一定不會(huì)再弄混淆了，我們?cè)僮鰩椎谰毩?xí)試試吧！

學(xué)即用，練一練

1，如圖5所示是動(dòng)圈式話(huà)筒構(gòu)造示意圖，當(dāng)你對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)或唱歌時(shí)，聲音使膜片振動(dòng)，與膜片相連的線(xiàn)圈也跟著一起振動(dòng)，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，與其工作原理相同的是（）。

A.電動(dòng)機(jī)

B.揚(yáng)聲器

C.發(fā)電機(jī)

D.電鈴

2.如圖6為實(shí)驗(yàn)室常用電流表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，多中金屬線(xiàn)圈懸置在磁體的兩極間，線(xiàn)圈與一根指針相連，當(dāng)線(xiàn)圈中有電流通過(guò)時(shí)，它受力轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，便可顯示出電流的大小，下列與此工作原理相同的電器設(shè)備是（）。

A.電烙鐵

B.電鈴

C.發(fā)電機(jī)

D.電動(dòng)機(jī)

參考答案

1.C

2.D