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第三节 磁场对通电导线的作用
第十八章 磁及其相互作用
沪科版2024
物理观念 了解通电导线在磁场中会受到力的作用，并知道力的方向与哪些因素有关。了解直流电动机的基本构造、工作原理和涉及的能量转化。
科学思维 经历研究通电导线在磁场中受力方向的分析过程，培养归纳推理能力。
科学探究 经历便通电线圈在磁场中连续转动的探究过程，培养解决问题的能力。
科学态度 与责任 通过对电动机的学习，体会物理知识在生产实践中的重要作用，激发学习物理的兴趣。
核心素养
它们转动的原因是什么？
生活处处有电动机
导入新课
机床、水泵，需要电动机带动；电力机车、电梯，需要电动机牵引。家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机，甚至各种电动玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代生活的各个方面。
给电动机通电，它就能够转动。这是为什么呢？你知道电动机是利用什么原理工作的吗？
下面就来研究电动机的工作原理。
导入新课
通电导体周围存在磁场,对磁体有磁力作用
逆向思考:
磁体能否使通电的导线运动呢？
导入新课
条形磁体对小磁针
有力的作用
通电导线周围有磁场
我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用，磁体间通过磁场相互作用。
通电导线周围有磁场。那么通电导线是不是也会受到磁场的作用力呢？
磁场
磁场对通电导线的作用
（1）提出问题
通电导线在磁场中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向与什么因素有关？
1. 探究磁场对通电导线的作用
（2）猜想与假设
通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向可能与磁场的方向、导体中电流的方向有关。
磁场对通电导线的作用
实验过程 实验现象 实验分析
直导线ab
向左运动
直导线ab动，说明直导线ab通电后在磁场中受到力的作用.
（3）设计并进行实验
1、把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动.
磁场对通电导线的作用
实验过程 实验现象 实验分析
直导线ab不运动
与实验①的现象对比，说明磁场对通电导线有力的作用.
直导线ab
向右运动
改变电流方向，直导线ab运动方向改变，说明直导线ab受力方向与电流方向有关.
磁场对通电导线的作用
2、在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察现象.
3、保持N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察现象.
实验过程 实验现象 实验分析
4、保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象.
直导线ab向右运动
改变磁感线方向，直导线ab的运动方向改变，说明直导线ab受力方向与磁感线方向有关.
直导线ab
向左运动
同时改变电流方向和磁感线方向，直导线运动方向不变，说明当电流方向与磁感线方向同时改变时，直导线ab受力方向不变.
磁场对通电导线的作用
5、在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象.
实验① 实验③ 实验④
在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。
由实验③可知：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。
由实验④可知：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。
【分析论证】
磁场对通电导线的作用
【实验结论】
当电流的方向或者磁感线（磁场）的方向有一个变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向和磁感线（磁场）的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。
通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。
磁场对通电导线的作用
1．通电导线在磁场中要受到力的作用。
2．通电直导线在磁场中受到力的方向与电流的方向、磁场的方向有关。
　　实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。那么线圈可以持续地转动吗？
3．同时改变电流和磁场的方向，导线受力方向不改变。
磁场对通电导线的作用
通电线圈在磁场中两边受力，但方向相反，发生顺时针转动。
当线圈的平面与磁场垂直时，通电线圈受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。
线圈靠惯性越过平衡位置后，磁场力作用的结果使线圈逆时针旋转。
通电线圈最后在平衡位置静止。
通电导体在磁场中受力转动，最终停在平衡位置
怎样才能使线圈持续转动呢
通电线圈在磁场中受力
　　如果在线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，由于惯性，线圈继续转动。转动半周后再继续供电，线圈不就可以持续转下去了吗？
通电线圈在磁场中受力
　　如果在线圈转动的后半周，不是停止给线圈供电，而是设法改变后半周的电流方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈不就能转得更平稳了吗？
【实验分析】
线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。
【实验结论】
通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动。
直流电动机工作原理
丙 丁
想一想：
线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动下去。
如何改变线圈中电流的方向呢？
换向器
直流电动机工作原理
实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。
（1）换向器的构造
两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。
直流电动机工作原理
换向器的作用
当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
直流电动机工作原理


通电线圈在磁场中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动。
线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性转过平衡位置。

线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，受力方向改变，仍然顺时针转动。
线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，继续转动。
1
2
3
4
直流电动机工作原理
【解析】（1）电动机的工作原理是磁场对电流（或通电线圈）有力的作用。
线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关；甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，是因为两侧的电流方向不同。
当线圈从图示位置再转动90度后，线圈将恰好达到平衡位置，此时受力平衡，最终会停在该位置。
（2）乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
直流电动机工作原理
1. 电动机的组成
直流电动机的组成
电动机主要由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。
定子（磁铁）
转子
（线圈）
换向器
电刷
直流电动机工作原理
实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
换向器
转子
直流电动机的结构
2. 电动机工作时，把电能转化为机械能
直流电动机工作原理
3. 家用电器用到的电动机
例如，电吹风、电风扇、洗衣机、剃须刀、空调等都用到了电动机。
直流电动机工作原理
①通电导体在磁场中受到力的作用.
②力的方向与电流方向和磁场方向有关.
磁场对通电
导体的作用
电动机
电动机
①原理：通电线圈在磁场中受力而转动.
②基本组成：换向器、转子、定子.
③换向器作用：线圈转过平衡位置时，
自动改变线圈中电流的方向.
④能量转化：把电能转化为机械能.
课堂总结
课堂总结
谢谢大家
Thanks!
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