Question

2009年12月26日9時，武漢、長沙、廣州三地同時首發(fā)中國國產(chǎn)速度可達(dá)350km/h“和諧號”高速列車，自此，中國鐵路進(jìn)入高鐵時代．“和諧號”動車組列車是利用電動機(jī)牽引前進(jìn)，據(jù)報道，現(xiàn)在有一種列車節(jié)能新技術(shù)--再生制動技術(shù)，即列車在350km/h以上的速度上實施制動以后，從350km/h降到90km/h完全是靠牽引電動機(jī)變成了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，利用列車的巨大慣性產(chǎn)生電能，達(dá)到減速的效果．只有當(dāng)列車速度降到90km/h以下，才開始實施第二階段的機(jī)械制動．
（1）電動機(jī)、發(fā)電機(jī)是利用什么物理原理制成的？
（2）簡述電動機(jī)能量的轉(zhuǎn)化過程．
（3）請你簡要描述列車在第二階段機(jī)械制動過程中的能量轉(zhuǎn)化過程．
（4）請你解釋“利用列車的巨大慣性產(chǎn)生電能”的意思．

Answer 1

分析：（1）發(fā)電機(jī)是產(chǎn)生電能的機(jī)器，它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原理制成的；而電動機(jī)是利用通電導(dǎo)線在磁場中受力的作用的原理制成的；
（2）據(jù)電動機(jī)工作時消耗了什么形式的能量，同時產(chǎn)生了什么形式的能量，進(jìn)而能判斷該過程中的能量轉(zhuǎn)化；
（3）分析機(jī)械制動過程中，機(jī)車的什么能減小了，什么能增加了，這樣就可以判斷該過程中能量的轉(zhuǎn)化過程；
（4）結(jié)合電動機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造，分析列車由于慣性而繼續(xù)運(yùn)動成為發(fā)電動力的過程即可．

解答：解：（1）發(fā)電機(jī)的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流．
電動機(jī)是利用通電線圈在磁場里受力轉(zhuǎn)動的原理制成的．電動機(jī)由轉(zhuǎn)子（線圈）和定子（磁體）兩部分組成，當(dāng)給電動機(jī)通電時，通電線圈就會在磁體的磁場中受力而發(fā)生轉(zhuǎn)動．
（2）電動機(jī)，即通電能動，是利用通電導(dǎo)線在磁場中受力的作用的原理制成的，故該過程是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程；
（3）列車在第二階段機(jī)械制動過程中，列車的質(zhì)量不變，其速度減小，其動能減小，故其所具有的機(jī)械能減小，據(jù)摩擦生熱知，所以該過程中減小機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能；
（4）電動機(jī)由轉(zhuǎn)子（線圈）和定子（磁體）兩部分組成，當(dāng)通電后，其內(nèi)部的通電線圈在磁場中會受到力的作用而轉(zhuǎn)到，同理若線圈在外力的作用下在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，此時就相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，即能產(chǎn)生電能；故列車在開始剎車時，車由于慣性，繼續(xù)保持運(yùn)動狀態(tài)，故此時運(yùn)動列車帶動電動機(jī)中的線圈轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生電能，這就是“利用列車的巨大慣性產(chǎn)生電能”的原因．
答：（1）發(fā)電機(jī)的原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象；電動機(jī)的原理是通電導(dǎo)線在磁場中受力的作用；
（2）將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；（3）將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（4）“利用列車的巨大慣性產(chǎn)生電能”是指列車在開始剎車時，車由于慣性，繼續(xù)保持運(yùn)動狀態(tài)，故此時運(yùn)動列車帶動電動機(jī)中的線圈轉(zhuǎn)到，從而產(chǎn)生電能．

點評：發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的共同點是：都存在磁場．不同點是：發(fā)電機(jī)沒有電源，屬于磁生電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能．電動機(jī)有電源，通電后，導(dǎo)體受力運(yùn)動，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．