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(共30张PPT)
初中物理沪科版（2024）九年级全一册
第十八章 磁及其相互作用
第3节 磁场对通电导线的作用
1.知道通电导线在磁场中的受力情况及其影响因素。
2.知道通电导线在磁场中受力作用的相关应用。
3.知道电动机是如何工作的。
电扇是我们生活中常见的用电器，其内部有一个重要的部件——电动机。电动机通电后会转动，你知道这是为什么吗？
知识点一、通电导线在磁场中的受力情况
【设计并进行实验】
（1）按照图组装实验器材。给金属杆（铝棒）通电，观察它的运动情况。
（2）保持磁场方向不变，改变电流方向，金属杆的运动方向是否发生变化？
（3）保持电流方向不变，改变磁场方向时，金属杆的运动方向又会怎样变化？
1. 探究通电导线在磁场中的受力情况
闭合开关后，金属杆由静止开始向左运动。
（2）为什么通电金属杆会由静止变成运动？
因为通电金属杆受到了蹄形磁体的磁场对它的力的作用。
结论：磁场对通电导线有力的作用。
（1）给金属杆通电，观察它的运动情况。
【现象与分析】
（2）保持磁场方向不变，改变金属杆中的电流方向，观察金属杆的运动情况。
实验现象：改变金属杆中的电流方向，通电金属杆的运动方向也随之改变。
结论：通电导线在磁场中受力的方向与电流方向有关.
（3）保持电流方向不变，改将磁极对调，改变磁场的方向，
再次观察运动情况。
实验现象：改变磁场方向，通电导线的运动方向也随之改变。
结论：通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关.
【实验结论】
①如图所示，
导线向左运动
S
N
电流I
F
②改变电流方向，
导线向右运动
S
N
电流I
F
③改变磁场方向，
导线向左运动
N
S
电流I
F
磁场对通电导线有力的作用，其作用的方向与磁场的方向、电流的方向有关。
（1）扬声器
扬声器俗称喇叭，是一种将电信号转换成为声音的器件。
如图所示，动圈式扬声器主要由线圈、永久磁体、锥形纸盆等构成。
线圈处在永久磁体的磁场中，当线圈中有电流通过时，就会受到磁场的作用力而运动。由于扬声器工作时通过线圈的电流是随声音而变化的, 所以线圈受到的力也是变化的，从而带动纸盆来回振动发出声音。
2. 通电导线在磁场中受力原理的应用
通电导线在磁场中会受到力的作用。这一 物理学原理在生活、生产、科技中的应用非常广泛。
动圈式扬声器结构示意图
（2）电磁弹射技术
电磁弹射技术利用通电导体在磁场中受力使物体加速，只要保证足够的电流输入，便能在发射装置内产生足够大的推力，使物体达到更高的速度。
我国自主设计和建造的航空母舰
我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰—— 福建舰，采用了先进的电磁弹射技术，比传统的蒸汽弹射系统更加先进，使舰载机的起飞更加高效和可靠。
福建舰
知识点二、直流电动机
【提出问题】电动机内部结构怎样？它由哪些部件组成，它们各起什么作用？电动机是怎样转起来的？
【进行观察】电动玩具通常是由小电动机驱动的，观察玩具中的小电动机。
1. 观察并研究电动机的结构
试一试：怎样使小电动机转动起来
看一看：小电动机是由哪些部件组成的
想一想：小电动机为什么会转动
（1）观察电动机的结构
【观察结果】
小电动机的一些部件：外壳、磁体、线圈、轴等。
①将学生实验用的电动机接入电路，改变电流的方向或磁场方向或电流的大小，观察电动机的转动情况。
②拆开这台直流电动机，观察它由哪几部分组成。
（2）研究电动机的转动情况
进行实验
（3）将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，线圈的转动方向是否改变
（4）移动滑动变阻器的滑片，改变通过线圈的电流大小，线圈转动的速度是否改变 怎样改变
（1）把电动机、滑动变阻器、电源、开关串联起来，接通电路，观察线圈的转动情况。
（2）改变通过线圈的电流方向，线圈的转动方向是否改变
收集证据
（1）当通过直流电动机线圈的电流方向发生改变时，电动机转动的方向发生改变；
（2）将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，电动机转动的方向发生改变；
（3）当通过直流电动机电流的大小发生变化时，电动机的转速发生改变。电流越大，转速越快。
当通过直流电动机的电流方向发生改变或线圈所处的磁场方向发生改变时，电动机转动的方向发生改变；
当通过直流电动机电流的大小发生变化或线圈所处的磁场强弱发生变化时，电动机转动的速度改变。
学生实验用电动机的主要部件有：
想一想：电动机通电后为什么能够转动呢？下面研究它的转动原理。
（3）观察这台电动机的结构
①蹄形磁体；②弧形铁片；③线圈；
④转轴；
⑤支架；
⑥换向器；
⑦电刷；
⑧底座。
【实验】用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图所示。闭合开关，线圈将怎样运动？你观察到什么现象？
【现象】通电线圈在磁场中会发生转动，但是当线圈的平面与磁场垂直时，就会停止转动。
2. 观察磁场对通电线圈的作用
线圈平面与磁感线垂直时，这个位置叫平衡位置.
【想一想】
磁场中的通电线圈为什么会这样运动？
①在图所示位置时，通电线圈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当通电线圈转到平衡位置时，ab边与cd边受到的磁场力相互平衡。这时由于惯性，线圈还会继续转动。
【分析】通电矩形线圈在磁场中不能持续转动的原因
③线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向向上，cd边受力方向向下，磁场力会使线圈逆时针旋转。
④ 通电线圈最后静止在平衡位置。
【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。怎样才能使通电线圈持续地转动下去？
由上述分析可知，当线圈刚转过平衡位置时，如果立即改变其中的电流方向，那么通电线圈就能在磁场力的作用下继续转动。
实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。
3. 换向器
（1）换向器：在通电线圈的两端各连有一个半圆铜环E、F，称为换向器，它们随线圈一起转动。A、B是电刷，分别与一个半圆铜环接触，使电源和线圈组成闭合回路。当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。
（2）换向器的工作过程
当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。
换向器使靠近磁体S极一边线圈中的电流方向永远向里，从而使该边线圈的受力方向始终向上；而靠近磁体N极一边的受力方向始终向下，从而使线圈持续转动。
4. 直流电动机的工作原理
①通电线圈ab、cd边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动.
②线圈转到平衡位置，无电流通过，依靠惯性转过平衡位置.
③线圈越过平衡位置后，电流方向发生改变，线圈在磁场力的作用下继续顺时针转动.
④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.
视频欣赏：换向器与电动机的工作过程
（1）换向器的作用
当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向（每半周改变一次），从而实现了线圈的持续转动。
（2）原理：利用了通电线圈在磁场中受力转动的原理来工作的。
（3）能量转化：电动机工作时将电能转化为机械能。
（4）电动机的优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高，而且对环境污染很小。
总结——直流电动机
5. 实际的电动机
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
6. 家用电器中的电动机
有一部分家用电器用到了电动机。
磁场对电流的作用
①磁场对通电导体有力的作用.
②力的方向与电流方向
和磁场方向有关.
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.
直流
电动机
磁场对通电
导线的作用
1. 将自制的电动机接入电路，如图所示，其中支架A是___________（选填“导体”或“绝缘体”）。闭合开关，线圈开始转动，磁场对线圈___________（选填“有”或“无”）作用力。仅调换磁体的磁极，线圈转动方向与原转动方向_________。
导体
有
相反
2. 在大力倡导节能环保、践行低碳生活的新时代，新能源汽车越来越普及。其中新能源电动汽车中的电动机利用通电线圈在_________中受力转动，把______能转化为机械能，从而驱动汽车行驶。
磁场
电

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