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第八章 电磁相互作用及应用
第2节 磁场对电流的作用
你玩过电动玩具汽车吗？拆开后你会发现，里面装着一个小电动机。接通电源，电动机立刻转动起来，并带动车轮旋转。电动机是应用最广泛的机械之一，你家中许多电器就是由它来驱动的。
电动机为什么能够转动呢？
情境导入
1. 实验探究——磁场对通电导线有力的作用
(1)实验探究过程及现象如图1 所示。
知识点
磁场对通电导线的作用
1
感悟新知
(2)实验结论
① 对比甲和乙(或甲和丙、或甲和丁)两步操作得：通电导线在磁场中要受到力的作用；
② 对比乙和丙及乙和丁得：磁场对通电导线作用力的方向与电流方向和磁场方向有关。
拓展延伸
通电导线在磁场中受到力的作用原因探讨：
将通电导线置于磁场中，由于通电导线周围存在磁场，磁场与通电导线中电流产生的磁场发生相互作用，故磁场会对通电导线产生力的作用。
2. 使通电导线受到磁场力的方向相反的措施
易错提醒
◆通常会错误地认为通电导线在磁场中一定受到力的作用，实际上只有当通电导线与磁感线斜交或垂直时，它才受到力的作用。
◆若要让通电导线受到磁场力的方向与原来相反，不能表述为“只改变电流的方向”和“只改变磁场的方向”。因为，对于直导体AB 而言，改变电流的方向与让电流方向与原来相反，是有区别的；同理，改变磁场的方向，改变后的磁场方向不一定与原来相反。
(1)只让电流方向与原来相反；
(2)只让磁场(或磁感线)方向与原来相反。
注：当电流方向和磁场方向都与原来相反时，则通电导
线受力方向不变。
3. 磁场对通电导线作用力的大小的影响因素
(1)电流的大小；(2)磁场的强弱。
在探究通电导线在磁场中的受力方向与什么因素有关时，一位同学做了如图2 所示的三个实验。图中AB表示闭合电路的一部分导线, 导线上的箭头表示电流的方向，F 表示导线受力的方向。S、N 表示蹄形磁铁的南北极。
例1
(1)实验a 和b 说明，通电导线在磁场中的受力方向与___________的方向有关。
(2)实验a 和c 说明，通电导线在磁场中的受力方向与___________的方向有关。
导线中电流
磁感线
解题秘方：借助控制变量法的基本操作要求分析。
技法导引
1. 本实验是教材实验，根据实验现象归纳结论，可参照教材中的已有结论填充或归纳。
2. 对于以控制变量法作为最主要方法的探究型实验，对比不同操作步骤归纳结论，关键是找出这两步操作中，只改变了什么因素，并根据被研究的变量或事物是否变化，归纳被研究的变量或事物是否与该因素有关，或有什么样的关系。
解析：a、b 两组实验中，磁感线方向不变，导线中电流方向改变时，导线受力方向发生改变。a、c 两组实验中，导线中电流方向不变，磁感线方向改变时，导线受力方向发生改变。
1. 磁场中的通电线圈
深度理解
1. 线圈在图甲所示位置时转动的原因：导线ab受力方向竖直向上，导线cd 受力方向竖直向下，这两个力大小相等，且作用在同一物体上，但力的作用线不在同一直线上，不属于一对平衡力，因此线圈发生转动。
2. 线圈在图乙位置静止的原因：当线圈转动到图乙所示位置时，线圈的ab 边和cd 边受到的力属于一对平衡力，因此线圈保持静止。
知识点
让线圈在磁场中转起来——电动机
2
如图3 甲所示，把一个线圈放入磁场中，接通电源后，发现该通电线圈转动起来，但转到图乙所示的位置时，线圈转动几下后保持静止。
要使线圈能持续转动，
需要解决的问题是如何
让线圈中的电流变为跟
原来反向。
2. 电动机
(1)制作原理：磁场对通电导线的作用。
(2)问题的解决：通过换向器，让线圈刚转过平衡位置时，两边电流方向变为跟原来相反，则受力方向均与原来相反，这样线圈就继续沿原来方向转动，就可以实现连续转动。
(3)结构：转子、定子和换向器。
(4)能的转化：电能转化为机械能。
(5)改变电动机转动方向的办法：只让线圈中电流方向与原来相反；只让磁场方向与原来相反。
(6)改变电动机转速的方法：改变线圈中电流的大小，或改变磁场的磁性强弱。
[中考·安徽] 图4 所示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd 处于向右的磁场中，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。
例2
在图示位置，电流沿dcba 流过线圈，dc 边受到磁场的作用力向下，则( )
A. 线圈在图示位置时，ab 边受到磁场的作用力向下
B. 线圈由图示位置转过180°时，电流沿dcba 流过线圈
C. 线圈由图示位置转过180°时，dc 边受到磁场的作用力向下
D. 线圈由图示位置转过180°时，ab 边受到磁场的作用力向下
解析：线圈在图示位置时，ab 边与dc 边中的电流方向相反，则受到磁场作用力的方向也相反，dc 边受到磁场的作用力向下，则ab 边受到磁场的作用力向上，A 错误；线圈由图示位置转过180°时，线圈平面仍与磁感线平行，此时，电流方向与原来相反，磁场方向不变，dc、ab 边的受力方向与原来相反，即dc 边受到磁场的作用力向上，ab边受到磁场的作用力向下，故B、C 错误，D 正确。
答案：D
特别提醒
◆对于电动机而言，“改变线圈中电流方向”实质上就是使线圈中电流方向与原来相反，则线圈转动的方向与原来相反。
◆影响电动机线圈转动方向的因素有两个， 判断线圈转动方向是否改变，记住以下规律：只有一个条件与原来相反，则转向相反；若两个条件都相反，则转向不变。
1. 【2023·甘孜州】为实现“碳达峰”“碳中和”目标，我国大力支持新能源汽车产业发展，
新能源汽车主要由电动机提供
动力。下列实验中，与电动机
原理相同的是(　　)
C
课堂训练
2. 【2022·常州】小明把安装完成的直流电动机模型接入如图所示的电路中，闭合开关并调节滑动变阻器，电动机正常转动。若要改变电动机转动方向，
下列做法无效的是(　　)
A．只对调电源的正、负极
B．只对调磁体的N、S极
C．同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极
D．导线①改接G、F点，导线②改接C、E点
只对调电源的正、负极，电流方向改变，电动机转动方向改变，故A不符合题意；只将磁体的N、S极对调，磁场方向改变，电动机转动方向改变，故B不符合题意；同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极，电流方向改变，磁场方向也改变，电动机转动方向不变，故C符合题意；导线①改接G、F点，导线②改接C、E点，电流方向改变，电动机转动方向改变，故D不符合题意。
【点拨】
【答案】C
3. 【2023·成都郫都区二模】如图为直流电动机的基本构造示意图，下列相关分析正确的是(　　)
A．电动机是利用电磁感应的原理工作的
B．发电机的工作原理和电动机的工作原理相同
C．仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向
D．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
C
电动机
磁场对电流的作用
作用力的方向
作用力的大小
应用
原理
结构
换向器
课堂小结

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