资源简介

17．2　电动机转动的原理
学习目标 1. 利用转换法探究磁场对通电导体有力的作用。 2. 经历探究电动机的工作原理和制作电动机模型的过程，培养初步分析问题的能力。 3. 初步了解物理知识如何转化成实际应用技术，提高学习科学知识和应用物理知识的兴趣。
探究磁场中的通电导体受到的 作用力
　　小明利用如图所示装置探究通电导体在磁场中受到力的作用。
问题1：闭合开关，蹄形磁体内的导线ab向右运动，说明了什么？
答：说明通电导线在磁场中受到力的作用。
问题2：为了探究通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向的关系，我们进行下面的操作。
(1)探究通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向的关系时，应该控制导线ab内的电流方向__相同__，通过__对调蹄形磁体的N、S极__改变磁场方向，结果发现导线ab向__左__运动。
(2)探究通电导体在磁场中的受力方向与电流方向的关系时，应该如何操作？
答：保持蹄形磁体磁极位置不变，改变流过导线ab的电流方向，发现导线ab向左运动。
(3)若同时改变流过导线ab的电流方向和磁场方向，导线ab将向__右__运动。
问题3：通过通电导体的运动说明通电导体在磁场中受到力的作用，用到的物理方法是__转换法__。
问题4：探究通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向的关系时，用到的物理方法主要是__控制变量法__。
1. 通电导体在磁场中会受到磁场对它的作用力，力的方向跟磁场的方向和导体中电流的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向变得相反时，通电导体受力的方向也变得相反。
2. 通电导体在磁场中受力的大小，与磁场强弱、电流大小等因素有关。
【应用1】如图所示，闭合开关后，导线ab向左运动，为了使导线ab向右运动，下列方法不可行的是 (　C　)
A. 对调电源正、负极
B. 对调蹄形磁体的N、S极
C. 更换磁性更强的蹄形磁体
D. 以上方法均不可行
分析通电线圈在磁场中的运动 状态
问题1：分析通电线圈在磁场中的运动状态。
如上图所示，通电后，ab段导线受力方向向上。cd段导线内电流方向与ab段导线__相反__(选填“相同”或“相反”)，受力方向向__下__。通电线圈在ab、cd受到力的作用，其运动状态是沿__顺__时针方向转动。
问题2：分析线圈不能持续转动的原因。
　　
　　
(1)甲图：线圈在此位置时，通电后，ab段导线受力方向向上；由于cd段导线内电流方向与ab段导线__相反__，所以受力方向__相反__。两个力大小相等、方向相反、在一条直线上，所以线圈abcd处于__平衡__状态。这个位置叫平衡位置。线圈如果开始位于这个位置，电动机不转动。
(2)乙图：线圈转到该位置，通电后，ab段导线受力方向向上、cd段导线受力方向向__下__。两个力不共线，通电线圈abcd受力而__顺__时针转动起来。
(3)丙图：线圈转到该位置，虽然受力平衡，但由于具有__惯性__而越过平衡位置。
(4)丁图： 线圈转到该位置，ab段导线受力方向向__上__，cd段导线受力方向向__下__，这会导致线圈__逆__时针转动。
问题3：这种装置__不能__(选填“能”或“不能”)使线圈持续转动。
通电线圈在磁场中受力转动，转动方向与通电线圈内的电流方向有关。
【应用2】如图所示是小明为弟弟自制的玩具，将一块圆形磁体吸在干电池底部，把一段裸露的铜线折成矩形线框，上边与电池正极接触，下边搭接在磁体上，观察到线框顺时针转动。该玩具的工作原理是__通电线圈在磁场中受力转动__；为了让通电线框逆时针转动，我们可采取的措施是调换电池两极(或调换磁体两极)__(写出一条即可)。
换向器的作用
　　如图所示是换向器的结构。两个铜半环C和D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，它们的外部与来自电源的导线固定，内部分别跟两个半环接触但不固定，从而使电源和线圈组成闭合电路。
问题1：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；只要它处于靠近磁体N极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸__外__的方向流去。(均选填“内”或“外”)
问题2：两侧导线电流方向__不变__，所以两侧导线受力方向总是__不变__的，线圈就可以不停地转动下去了。(均选填“变化”或“不变”)
电动机中的换向器，改变了线圈中的电流方向，使线圈继续不停地转动下去。
【应用3】关于换向器的作用，下列说法正确的是 (　A　)
A. 换向器可以改变线圈中的电流方向
B. 换向器可以改变线圈外部电流方向
C. 换向器可以改变通电线圈的转动速度
D. 电动机的线圈刚转过平衡位置时，换向器不能立即改变线圈中的电流方向
电动机的工作原理
　　结合上面所学知识，分析电动机的工作原理。
　　
问题1：如图甲所示，当线圈处于此位置时，电流从电刷4→半环2→线圈→半环1→电刷3。线圈的c边受到一个向上的力，a边受到一个向下的力，线圈沿__逆__时针方向转动。
问题2：如图乙所示，线圈转至平衡位置时，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中__无__(选填“有”或“无”)电流，__不受力__(选填“受力”或“不受力”)的作用。由于__惯性__，线圈会越过平衡位置转动。
问题3：如图丙所示，线圈越过平衡位置后，电流从电刷4→半环1→线圈→半环2→电刷3。线圈的c边受到一个向__下__的力，a边受到一个向__上__的力，线圈绕轴沿__逆__时针方向转动。
通电导体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。
【应用4】小华在综合实践中自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁体置于线圈正下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，小华应 (　C　)
A. 不进行其他操作，只要是闭合回路，线圈就会连续转动
B. 将电池的正、负极对调一下
C. 将左侧转轴绝缘漆全部刮掉，右侧转轴绝缘漆只刮去上半部分
D. 将左、右转轴绝缘漆全部刮掉
解析：若只是闭合回路，当线圈转过平衡位置后，受到磁场的作用力会阻碍线圈继续转动，导致线圈不能持续转动，故A错误；电池的正、负极对调一下，只能改变线圈的转动方向，不能解决线圈在平衡位置后因受力阻碍而无法连续转动的问题，故B错误；左侧转轴绝缘漆全部刮掉，右侧转轴绝缘漆只刮去上半部分，这样在一个半周内线圈中有电流，受到磁场力作用而转动，另一个半周没有电流(此时靠惯性转动)，避免了因电流方向不变导致的受力阻碍，能使线圈连续转动，故C正确；左、右转轴绝缘漆全部刮掉，当线圈转过平衡位置时，电流方向不能改变，受到磁场的作用力会阻碍线圈继续转动，无法持续转动，故D错误。
知识点一　通电导体在磁场中受到的作用力
1. 用如图所示的装置探究通电导体在磁场中的受力情况。接通电源，发现导体向右运动；把电源正、负极对调后接入电路，发现导体向左运动。这个实验事实说明通电导体在磁场中受力的 (　A　)
第1题图
A. 方向与电流方向有关
B. 方向与磁场方向有关
C. 大小与电流大小有关
D. 大小与磁场强弱有关
解析：接通电源，发现导体向右运动，把电源正、负极对调后接入电路，电流的方向改变，发现导体向左运动。说明通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关。
2. 小乐在研究“磁场对通电导体的作用”时采用如图所示实验，通电后发现导体棒向右摆动，要使通电导体棒的悬线向右的摆角增大。下列操作可行的是 (　A　)
第2题图
A. 增大导体棒中的电流
B. 减少磁体的数量
C. 对调磁体磁极的上下位置
D. 改变导体棒中的电流方向
3. 如图所示，如果移动滑动变阻器的滑片，则导体ab运动的__速度__(选填“速度”“方向”或“速度与方向”)发生变化。滑动变阻器除了有以上的作用外，还可以__保护电路__。
第3题图
知识点二　电动机的工作原理
4. 电动汽车是中国重点发展的战略性项目。汽车电动机工作原理与如图所示实验原理相同的是 (　A　)
A　　 B　　 C　　　 D
解析：电动机是利用通电导体在磁场中受力转动而制作的，故A符合题意。
5. 通电线圈abcd分别在不同的磁场中转动，如图甲、乙所示，已知图甲中导线ab所受磁场作用力的方向竖直向上，则 (　C　)
　
第5题图
A. 图甲中导线cd所受磁场作用力的方向竖直向上
B. 图甲中导线cd所受磁场作用力的方向竖直向下，是因为图甲中导线cd所处磁场的方向与导线ab的相反
C. 图乙中导线cd所受磁场作用力的方向竖直向下
D. 图乙中导线ab所受磁场作用力的方向竖直向下
解析：已知题图甲中导线ab所受磁场作用力的方向竖直向上，导线cd中的电流方向与导线ab中的电流方向相反，导线ab和导线cd在同一磁场中，磁场方向相同，所以导线cd所受磁场作用力的方向竖直向下，故A、B错误。题图乙中线圈转动到该位置时，换向器会改变线圈中的电流，使得通过导线ab和导线cd的电流方向均与原来相反，且题图乙和题图甲相比，磁场方向相反；因电流方向和磁场方向都与原来相反，所以两导线所受磁场作用力的方向均与原来相同，即导线ab所受磁场作用力的方向竖直向上，导线cd所受磁场作用力的方向竖直向下，故D错误，C正确。
6. 电动机的工作原理是磁场对__通电导体__有力的作用。图甲中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是__电流方向不同__。线圈从图甲位置再转动90°后恰好达到平衡位置，并最终停在该位置，但图乙中的线圈可以持续转动，是因为它加装了__换向器__。
　
第6题图
解析：电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用。电流通过ab边和cd边的方向不同，磁场方向相同，受力方向改变。线圈从题图甲位置再转动90°后恰好达到平衡位置，并最终停在该位置，题图乙中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器。
7. 如图所示是实验室电流表的内部结构图，处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会带动指针一起偏转。关于该现象，下列说法正确的是 (　D　)
第7题图
A. 转动过程中，磁体对指针有力的作用
B. 线圈中有电流通过时，把机械能转化为电能
C. 改变线圈中的电流方向，指针的偏转方向不会改变
D. 线圈中电流越大，其指针偏转角度就会越大
解析：使用电流表时，磁体给通电线圈一个力的作用，通电线圈带动指针转动，故A错误；线圈中有电流通过时，电能转化为机械能，故B错误；改变线圈中的电流方向，指针的偏转方向会发生改变，故C错误；电流越大，线圈受到的力越大，指针偏转角度就会越大，故D正确。
8. 要使直流电动机的转速加大，下列措施不可行的是 (　C　)
A. 增大线圈中的电流
B. 更换电压较高的直流电源
C. 将磁体的两极对调
D. 再增加一个磁体，使该磁体的磁场与原有的磁场方向一致
9. 图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO′为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，下列说法正确的是 (　C　)
第9题图
A. 螺线管F端为N极，P端为N极
B. 螺线管F端为S极，P端为S极
C. 若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动
D. 若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将逆时针转动
10. 如图所示是一种扬声器的结构示意图。当线圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，线圈带动锥形纸盆__左右往复__(选填“向左”“向右”或“左右往复”)运动。锥形纸盆之所以运动，是由于磁场对__通电导体__有力的作用，扬声器的工作原理与__电动机__(选填“电动机”或“发电机”)的原理相似。
第10题图
解析：当线圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，线圈在磁场中受力而运动，因为电流方向改变，线圈受力方向改变，故左右往复运动，带动锥形纸盆振动发声；扬声器的工作原理与电动机的原理相似，都是利用磁场对通电导体有力的作用。
1/1117．2　电动机转动的原理
学习目标 1. 利用转换法探究磁场对通电导体有力的作用。 2. 经历探究电动机的工作原理和制作电动机模型的过程，培养初步分析问题的能力。 3. 初步了解物理知识如何转化成实际应用技术，提高学习科学知识和应用物理知识的兴趣。
探究磁场中的通电导体受到的 作用力
　　小明利用如图所示装置探究通电导体在磁场中受到力的作用。
问题1：闭合开关，蹄形磁体内的导线ab向右运动，说明了什么？
问题2：为了探究通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向的关系，我们进行下面的操作。
(1)探究通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向的关系时，应该控制导线ab内的电流方向__ __，通过__ __改变磁场方向，结果发现导线ab向__ __运动。
(2)探究通电导体在磁场中的受力方向与电流方向的关系时，应该如何操作？
(3)若同时改变流过导线ab的电流方向和磁场方向，导线ab将向__ __运动。
问题3：通过通电导体的运动说明通电导体在磁场中受到力的作用，用到的物理方法是__ __。
问题4：探究通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向的关系时，用到的物理方法主要是__ __。
1. 通电导体在磁场中会受到磁场对它的作用力，力的方向跟磁场的方向和导体中电流的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向变得相反时，通电导体受力的方向也变得相反。
2. 通电导体在磁场中受力的大小，与磁场强弱、电流大小等因素有关。
【应用1】如图所示，闭合开关后，导线ab向左运动，为了使导线ab向右运动，下列方法不可行的是 ( )
A. 对调电源正、负极
B. 对调蹄形磁体的N、S极
C. 更换磁性更强的蹄形磁体
D. 以上方法均不可行
分析通电线圈在磁场中的运动 状态
问题1：分析通电线圈在磁场中的运动状态。
如上图所示，通电后，ab段导线受力方向向上。cd段导线内电流方向与ab段导线__ __(选填“相同”或“相反”)，受力方向向__ __。通电线圈在ab、cd受到力的作用，其运动状态是沿__ __时针方向转动。
问题2：分析线圈不能持续转动的原因。
　　
　　
(1)甲图：线圈在此位置时，通电后，ab段导线受力方向向上；由于cd段导线内电流方向与ab段导线__ __，所以受力方向__ __。两个力大小相等、方向相反、在一条直线上，所以线圈abcd处于__ __状态。这个位置叫平衡位置。线圈如果开始位于这个位置，电动机不转动。
(2)乙图：线圈转到该位置，通电后，ab段导线受力方向向上、cd段导线受力方向向__ __。两个力不共线，通电线圈abcd受力而__ __时针转动起来。
(3)丙图：线圈转到该位置，虽然受力平衡，但由于具有__ __而越过平衡位置。
(4)丁图： 线圈转到该位置，ab段导线受力方向向__ __，cd段导线受力方向向__ __，这会导致线圈__ __时针转动。
问题3：这种装置__ __(选填“能”或“不能”)使线圈持续转动。
通电线圈在磁场中受力转动，转动方向与通电线圈内的电流方向有关。
【应用2】如图所示是小明为弟弟自制的玩具，将一块圆形磁体吸在干电池底部，把一段裸露的铜线折成矩形线框，上边与电池正极接触，下边搭接在磁体上，观察到线框顺时针转动。该玩具的工作原理是__ __；为了让通电线框逆时针转动，我们可采取的措施是 __(写出一条即可)。
换向器的作用
　　如图所示是换向器的结构。两个铜半环C和D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，它们的外部与来自电源的导线固定，内部分别跟两个半环接触但不固定，从而使电源和线圈组成闭合电路。
问题1：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__ __的方向流去；只要它处于靠近磁体N极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸__ __的方向流去。(均选填“内”或“外”)
问题2：两侧导线电流方向__ __，所以两侧导线受力方向总是__ __的，线圈就可以不停地转动下去了。(均选填“变化”或“不变”)
电动机中的换向器，改变了线圈中的电流方向，使线圈继续不停地转动下去。
【应用3】关于换向器的作用，下列说法正确的是 ( )
A. 换向器可以改变线圈中的电流方向
B. 换向器可以改变线圈外部电流方向
C. 换向器可以改变通电线圈的转动速度
D. 电动机的线圈刚转过平衡位置时，换向器不能立即改变线圈中的电流方向
电动机的工作原理
　　结合上面所学知识，分析电动机的工作原理。
　　
问题1：如图甲所示，当线圈处于此位置时，电流从电刷4→半环2→线圈→半环1→电刷3。线圈的c边受到一个向上的力，a边受到一个向下的力，线圈沿__ __时针方向转动。
问题2：如图乙所示，线圈转至平衡位置时，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中__ __(选填“有”或“无”)电流，__ __(选填“受力”或“不受力”)的作用。由于__ __，线圈会越过平衡位置转动。
问题3：如图丙所示，线圈越过平衡位置后，电流从电刷4→半环1→线圈→半环2→电刷3。线圈的c边受到一个向__ __的力，a边受到一个向__ __的力，线圈绕轴沿__ __时针方向转动。
通电导体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。
【应用4】小华在综合实践中自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁体置于线圈正下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，小华应 ( )
A. 不进行其他操作，只要是闭合回路，线圈就会连续转动
B. 将电池的正、负极对调一下
C. 将左侧转轴绝缘漆全部刮掉，右侧转轴绝缘漆只刮去上半部分
D. 将左、右转轴绝缘漆全部刮掉
知识点一　通电导体在磁场中受到的作用力
1. 用如图所示的装置探究通电导体在磁场中的受力情况。接通电源，发现导体向右运动；把电源正、负极对调后接入电路，发现导体向左运动。这个实验事实说明通电导体在磁场中受力的 ( )
第1题图
A. 方向与电流方向有关
B. 方向与磁场方向有关
C. 大小与电流大小有关
D. 大小与磁场强弱有关
2. 小乐在研究“磁场对通电导体的作用”时采用如图所示实验，通电后发现导体棒向右摆动，要使通电导体棒的悬线向右的摆角增大。下列操作可行的是 ( )
第2题图
A. 增大导体棒中的电流
B. 减少磁体的数量
C. 对调磁体磁极的上下位置
D. 改变导体棒中的电流方向
3. 如图所示，如果移动滑动变阻器的滑片，则导体ab运动的__ __(选填“速度”“方向”或“速度与方向”)发生变化。滑动变阻器除了有以上的作用外，还可以__ __。
第3题图
知识点二　电动机的工作原理
4. 电动汽车是中国重点发展的战略性项目。汽车电动机工作原理与如图所示实验原理相同的是 ( )
A　　 B　　 C　　　 D
5. 通电线圈abcd分别在不同的磁场中转动，如图甲、乙所示，已知图甲中导线ab所受磁场作用力的方向竖直向上，则 ( )
　
第5题图
A. 图甲中导线cd所受磁场作用力的方向竖直向上
B. 图甲中导线cd所受磁场作用力的方向竖直向下，是因为图甲中导线cd所处磁场的方向与导线ab的相反
C. 图乙中导线cd所受磁场作用力的方向竖直向下
D. 图乙中导线ab所受磁场作用力的方向竖直向下
6. 电动机的工作原理是磁场对__ __有力的作用。图甲中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是__ __。线圈从图甲位置再转动90°后恰好达到平衡位置，并最终停在该位置，但图乙中的线圈可以持续转动，是因为它加装了__ __。
　
第6题图
7. 如图所示是实验室电流表的内部结构图，处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会带动指针一起偏转。关于该现象，下列说法正确的是 ( )
第7题图
A. 转动过程中，磁体对指针有力的作用
B. 线圈中有电流通过时，把机械能转化为电能
C. 改变线圈中的电流方向，指针的偏转方向不会改变
D. 线圈中电流越大，其指针偏转角度就会越大
8. 要使直流电动机的转速加大，下列措施不可行的是 ( )
A. 增大线圈中的电流
B. 更换电压较高的直流电源
C. 将磁体的两极对调
D. 再增加一个磁体，使该磁体的磁场与原有的磁场方向一致
9. 图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO′为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，下列说法正确的是 ( )
第9题图
A. 螺线管F端为N极，P端为N极
B. 螺线管F端为S极，P端为S极
C. 若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动
D. 若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将逆时针转动
10. 如图所示是一种扬声器的结构示意图。当线圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，线圈带动锥形纸盆__ __(选填“向左”“向右”或“左右往复”)运动。锥形纸盆之所以运动，是由于磁场对__ __有力的作用，扬声器的工作原理与__ __(选填“电动机”或“发电机”)的原理相似。
第10题图
1/11

展开更多......

收起↑