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第二十章 电和磁
第 4 节 电 动 机
素养目标
1.理解磁场对通电导线有力的作用，知道力的方向与电流、磁场方向有关；了解直流电动机的构造、工作原理及能量转化（电能→机械能）。
2.通过实验探究，培养逻辑推理与创新思维；学会构建电动机模型，理解模型与实际的联系。
3.体验“提出问题→设计实验→分析论证”的探究过程；通过实验学会如何对通电导线作用进行研究。
4.养成实事求是、解决问题的态度；形成实验探究中的精益求精和创新精神。
创设情景，引入新课
电力机车、电梯、电风扇、冰箱、洗衣机、机器人，以及各种电动玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生产生活的各个方面。给电动机通电，它就能够转动。这是为什么？
机器人在组装汽车、洗衣机、电冰箱，机器人在检修高铁。
观看小视频《电动机模型》
想一想：
这是制作的一个小电动机模型， 电动机为什么会转动起
来呢？
生活、生产中、科学技术中都离不开电动机，为什么电动机通电后，它就能够转动呢？
磁场对通电导线的作用
我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用。磁体间通过磁场就能相互作用，通电导线周围有磁场，那么通电导线是不是也会在磁场中受到力的作用呢？
我们知道条形磁体对小磁针有力的作用。其它磁铁对小磁针同样有力的作用。
1. 演示实验：通电导体棒在磁场中运动
（1）提出问题
通电导体棒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？
（2）猜想与假设
通电导体棒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。
（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.
直导线
ab向左
运动
直导线ab运动，说明直导线ab通电后在磁场中受到力的作用.
②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察现象.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
在实验①中，闭合开关，导体棒ab向左运动。
【分析论证】
由实验③可知：只改变导体棒中的电流方向时，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。
【实验结论】
通电导体棒在磁场中受到力的作用，力的方向跟 的方向、
（ ）的方向都有关系。
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 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 受力的方向不变。
观看视频演示：《磁场对通电导体的作用》
电流
磁感线
磁场
导体棒
导体棒
2. 磁场对通电线圈的作用
想一想：
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。如果把一个通
电线圈放在磁
场中，它又会
怎样运动呢？
下面我们探究磁场对通电线圈的作用。
（1）设计并进行实验
①如图甲所示，把一个可以绕中心轴转动的矩形线圈放
入磁场中并通电，其
电流方向为a→b →
c → d，观察线圈的
转动情况。
【现象】线圈沿顺时针方向转过一定角度，但 持续转动。
②如图乙所示，改
变电流方向，其电
流方向为d→c →
b → a，观察线圈
的转动情况。
【现象】线圈沿逆时针方向转过一
定角度，但 持续转动。
③如图丙所示，保持电流方向不变a→b → c → d，对调磁极（改变磁感线的方向），观察线圈的转动情况。
【现象】线圈沿逆时针转过一定角度，但 持续转动。
不能
不能
不能
（2）分析论证：
分析实验①与②现象，磁场的方向不变，当电流的方向发生改变时，线圈的转动方向 改变，但 持续转动。
分析实验① 与③现象，电流的方向不变，当改变磁场的方向时，线圈的转动方向 改变，但是
持续转动。
（3）实验结论
通电线圈在磁场中的转动方向跟电流的方向、磁场方向都 关系。
通电线圈在磁场中会受力而转动，但 持续转动。
发生
不能
不能
不能
发生
有
视频观看：《通电线圈在磁场中的扭转》
3. 探究通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因
（1）在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，
cd边受力方向
竖直向下， 方
向相反，发生
顺时针转动。
（2）当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。
（4）通电线圈最后静止在平衡位置（图丁）。
（3）如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd
边受力方向竖直向下，方向相反，磁场力作用的结果使线圈又逆时针旋转。
平衡位置
想一想：
通电线圈在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。如何使线圈持续地转动下去？
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？
实际的电动机可以通过换向器来实现这一目的。换向器的构造如上右图所示。两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两个
半环中间断开，彼此 。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 电路。这样，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流就是从读者这边朝 的方向流去，这时它的受力方向总是 的，线圈就可以不停地转动下去了。
视频欣赏：《让线圈转起来》
绝缘
闭合
纸内
相同
电动机的基本构造
1. 电动机的组成
电动机由两部分组成：能够转动的线圈，也叫 ；固定不动的磁体，也叫 ；电动机工作时， 在 中飞快地转动。
2. 换向器
实际的电动机是通过换向器来实现转子继续转动这一目的的。
①换向器的构造
两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可
转子
定子
定子
转子
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。
②换向器的作用
当线圈转过平衡位置时， 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 的方向流去，这时它的受力方向总是
的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
自动
纸内
相同
3. 直流电动机的工作原理
4. 实际的电动机
（1）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。
（2）电动机工作时，把电能转化为机械能。
扬声器是怎么发声的
学校的操场上挂着扬声器（喇叭），收音机、电视机、音响中都有扬声器。每天我们都能听到扬声器发出的悠扬声音，那么扬声器是怎样发出声音的呢？
扬声器是怎样发出声音的呢？
（1）作用
它是把电信号转变为声音信号的装置。
（2）结构
线圈、永久
磁体、锥形
纸盆。
（3）原理
当线圈中通有电流时，线圈受到永磁体的作用而运动；当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。
利用上述扬声器原理，可以制成头戴式耳机和小巧的入耳式耳机。
课堂总结
电
动
机
磁场对通电
导体的作用
①通电导体在磁场中受到力的作用.
电流的方向.
磁场的方向.
②影响力的方向
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
课堂练习
1. 通电导线在磁场中会受到力的作用，受力的方向跟哪些因素有关？
通电导线在磁场中要受到力的作用，受到的力的方向跟导线中的电流方向和导线所处的磁场方向有关。
2.如图，闭合开关，铜棒向右运动，为使开关闭合后铜棒向左运动，下列操作可行的是（　　）
A．换用更细的铜棒
B．将磁体的N、S
极对调
C．移动滑动变阻器的滑片
D．将电源正、负极和磁体N、S同时对调
B
3.如图所示，在“探究磁场对通电直导线的作用”实验中，小明把一根轻质的铝棒EF置于蹄形磁体的磁场中。
（1）接通电源，通过观察 来判断磁场对通电直导线有力的作用；
（2）若只将磁体的两极对调，接通电源，观察到铝棒EF会向相反方向运动，
说明力的方向与__________有关；
（3）小明想探究“通电直导线在磁场中
受力大小是否与电流大小有关”，请你帮助
他写出具体的操作：
导体EF摆动
磁场方向
调节滑动变阻器的位置，
改变电路中电流大小，观察导体EF摆动幅度大小.
下 课
Thanks!
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