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17.2 电动机转动的原理
第十七章 电动机与发电机
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
课时讲解
1
课时流程
2
探究磁场中通电导体受到的作用力
换向器的作用
电动机的工作原理
知识点
探究磁场中通电导体受到的作用力
知1－讲
1
1. 通过拆开电动机的活动，猜想电动机的转动可能与磁场中的通电导体受到作用力有关。现在就来探究磁场中的通电导体是否受到力的作用。
实验名称：探究磁场中通电导体受到的作用力。
实验器材：电源、开关、导线、金属轨道、金属棒、蹄形磁铁、滑动变阻器。
知1－讲
实验设计和实验步骤
(1)从图1中选择实验装置，并组装和连接实验装置。
知1－讲
深度思考
请分析图(a)和(b)实验装置，说说选用哪一种装置较好？请说明选用图(a)和图(c)实验时需要注意什么？
答：选用图(b)实验好。若选用图(a) 和图(c) 装置，需要短暂闭合开关，观察现象，然后马上断开开关，因为通电后电路相当于短路。
知1－讲
(2)闭合开关，观察金属棒AB是否运动以及运动方向。
(3)移去蹄形磁铁，闭合开关，观察金属棒AB是否运动。
(4)将蹄形磁铁放回原处(保持蹄形磁铁的N极和S极位置不变)，改变电流方向，观察金属棒AB是否运动及运动方向。
(5)保持电流方向不变，改变磁场方向，观察金属棒AB的运动情况。
(6)同时改变电流方向和磁场方向，观察金属棒AB的运动情况。
知1－讲
实验记录表
电流 无 B→A B→A A→B B→A A→B
磁场 由下向上 由下向上 无 由下向上 由上向下 由上向下
金属棒的 运动情况 不动 向左移动 不动 向右移动 向右移动 向左移动
知1－讲
实验结论：通电导体在磁场中受磁场力方向与电流方向和磁场方向有关。若只改变电流方向或磁场方向，通电导体受力方向改变；若电流方向和磁场方向同时改变，则通电导体受力方向不变。
知1－讲
知识拓展
左手定则
判断通电直导线在磁场中受力方向的方法—左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，
并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从
掌心插入，并使四指指向电流的方向，这
时拇指所指的方向就是通电直导线在磁场
中所受磁场力的方向。
知1－讲
2. 通电线圈在磁场中的运动
图2(a)中接通电路后，白色的边受到的力向上，黑色的边受到的力向下，线圈在两个力的作用下顺时针转动。
知1－讲
当线圈转到图(b)位置时，黑色的边和白色的边受
到的力恰好在一条直线上，且大小相等，方向
相反，此时线圈受到的力为平衡力。但线圈由
于惯性越过该位置继续转动，当线圈转过该位置后，黑色的边仍然受力向下，白色的边仍然受力向上，此时线圈转动越来越慢，速度为零；接着会在磁场力作用下逆时针转动……线圈来回摆动几次就停在该位置上了。
知1－讲
3. 平衡位置 当线圈平面转到与磁感线方向垂直的位置时，线圈两边受到的力在同一直线上，且大小相等，方向相反，即线圈两边受到平衡力的作用而不能使线圈转动，这个位置叫做平衡位置。
知1－练
例 1
在探究通电导线在磁场中的受力方向与什么因素有关时，一名同学做了如图4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表示蹄形磁体的南、北极。
知1－练
(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。
解析：a、b 两组实验中，磁场方向不变，导线中电流方向改变时，导线受力方向发生改变，这说明通电导线在磁场中的受力方向与导线中的电流方向有关。
导线中电流
知1－练
(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。
解析：a、c 两组实验中，导线中电流方向不变，磁场方向改变时，导线受力方向发生改变，这说明通电导线在磁场中的受力方向与磁场方向有关。
磁场
知1－练
1. 如图所示是探究通电导体在磁场中受力情况的装置。闭合开关，观察到导体ab在导轨上向右运动。若只对调电源正负极接线，闭合开关，导体ab会_________(填“静止不动”“向右运动”或“向左运动”)，
说明通电导体在磁场中受力的方
向与_________有关。
向左运动
电流方向
知2－讲
知识点
换向器的作用
2
1. 换向器的结构 换向器主要由电刷和彼此绝缘的金属半圆环组成。换向器的两个金属半圆环分别跟线圈的两端相连接，并通过电刷与电源两极相连接。
知2－讲
2. 换向器的作用 当线圈刚越过平衡位置时，换向器就会改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈继续转动下去。
知2－讲
拓展一步
实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
知2－讲
直流电动机中转子的线圈通过换向器、电刷和直流电源相连接，这里换向器与电刷的作用是( )
A．不断改变电流的方向，使线圈能够完成正、反转动
B．适时地自动改变电流的方向使线圈始终向一个方向 转动
C．不断地改变磁场的方向以改变线圈转动的方向
D．不断地改变磁场的方向，使线圈始终朝一个方向转动
例 2
知2－讲
解析：换向器与电刷的作用是适时地自动改变电流的方向使线圈始终向一个方向转动，故选B。
答案：B
知2－讲
2. 在直流电动机中，当线圈转到什么位置时，换向器能自动改变线圈中的电流方向( )
A．线圈转到任意位置
B．线圈平面与磁感线平行
C．线圈刚越过平衡位置
D．线圈平面与磁感线成45°角
C
知3－讲
知识点
电动机的工作原理
3
1. 电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。用直流电源供电的电动机叫做直流电动机。
也可以说磁场对通电导
体有力的作用。
知3－讲
2. 电动机的工作过程
知3－讲
知3－讲
知识拓展
实际使用的直流电动机由定子和转子两部分组成，转子的线圈有许多组，并且是嵌在圆柱形铁芯上的，换向器也是由许多对铜片组成的，定子由机壳和
电磁铁或永磁体组成，转子安装在定子里，
两个电刷是用石墨与铜粉混合压制而成的。
知3－讲
3. 直流电动机的工作原理
通电线圈在磁场中受到力的作用使线圈转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，以保持线圈的持续转动。
4. 电动机工作过程中的能量转化 电能转化为机械能。
知3－讲
5. 电动机的优点
构造简单，制造方便，体积小，效率高，便于控制，对环境污染小，而且种类繁多，能满足不同的需要。
知识拓展
电动机的分类:
电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。
(1)直流电动机由直流电源供电。大型的直流电动机常用于电力机车、公交电车、货运电瓶车、轧钢机、起重机等。小型的直流电动机常用于电动玩具、录音机、录像机等。
(2)交流电动机由交流电源供电。电扇、洗衣机、电冰箱等家用电器中的电动机以及农村中带动水泵和农产品加工机械的电动机都是交流电动机。
知3－讲
知3－讲
6. 磁场对通电导体作用的其他应用
磁场对通电导体作用的应用十分广泛，如磁电式电流仪表、动圈式扬声器(喇叭)、电动玩具和机器人等。
知3－讲
(1)磁电式电流仪表：磁电式电流仪表(如图7)是常用的测量闭合回路电流大小的仪器。当线圈中通入很小的电流时，线圈会受到磁场的作用力，从而发生偏转，线圈转动时，带动指针偏转；线圈偏转时，螺旋弹簧会
施加一个反方向的作用力，最后会使线圈
停在一个位置上。指针偏转的方向和幅度
随电流的方向和大小的改变而改变。
知3－讲
(2)动圈式扬声器：扬声器(如图8)是把电信号转换成声信号的一种装置，当扬声器的线圈中通过变化的电流时，线圈受到磁场力的作用，从而带动与
线圈相连的纸盆来回振动，于是扬
声器就发出了声音。
知3－练
[多选] 如图9所示为直流电动机的基本构造示意图，
例 3
知3－练
以下相关的分析中正确的是( )
A. 电动机是利用通电导体在磁场中受力的原理工作的
B. 电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
C. 使线圈连续不停地转动下去是靠电磁继电器来实现的
D. 仅改变磁场的方向可以改变线圈转动的方向
知3－练
解析：电动机是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理工作的，且所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，故仅改变磁场的方向可以改变线圈转动的方向，故A、D正确；电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，有一部分电能转化成了内能，故B错误；使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的，故C错误。故选A、D。
答案：A、D
知3－练
3. 如图为直流电动机的基本构造示意图，闭合开关线圈顺时针转动，现要使线圈逆时针转动，下列方法中可行的是 (　　)
A. 将电源正负极对调
B. 增加电源电压
C. 换用磁性更强的磁铁
D. 对换磁极同时改变电流方向
A
电动机转动的原理
电
动
机
原理
磁场对电流
有力的作用
构造
定子
转子
电能→机械能
调节
应用
转动方向
转速
各种扬声器、
电机、磁电
式仪表等

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