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初中物理苏科版（2024）九年级下册
第十六章 电和磁
第3节 磁场对电流的作用 电动机
上节课我们学习了“电生磁”，这个节课我们继续学习磁场对电流的作用。
我们常见的电动玩具汽车的结构组成是什么 其工作原理又是什么
磁
电
产生
作用
1.知道磁场对通电导体有力的作用。
2.了解磁场对电流作用力的方向与电流方向、磁场方向有关。
3.了解直流电动机的工作原理和换向器的作用。
4.会安装直流电动机模型。
知识点一、磁场对电流的作用
【活动】电动玩具通常是由电动机驱动的。观察玩具中的电动机。
试一试，怎样使电动机转动起来
看一看，电动机是由哪些部件组成的
想一想，电动机为什么会转动
1. 观察电动玩具中的电动机
电动机的一些部件：外壳、磁体、线圈、轴等。
电动机通电后为什么能够转动呢？
说明通电的导线在磁场中会受到力的作用。下面先研究一根通电直导线放在磁场中，观察它的运动。
【演示实验】观察磁场对通电直导线的作用
2. 磁场对通电直导线的作用
【设计并进行实验】
（1）按照图组装实验器材。
（2）给直导线（铝棒）通电，观察它的运动情况。
（3）改变直导线中的电流方向，观察直导线的运动情况。
（4）将磁极对调，改变磁场的方向，再次观察运动情况。
【分析论证】
（1）给直导线（铝棒）通电，观察它的运动情况。
闭合开关后，直导线由静止开始向左运动。为什么通电直导线会由静止变成运动？
因为通电直导线受到了蹄形磁体的磁场对它的作用。
结论：磁场对通电导线有力的作用.
（2）改变直导线中的电流方向，观察直导线的运动情况。
实验现象：改变导线中的电流方向，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电流方向有关。
（3）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
磁场对通电导体有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。
知识点二、直流电动机的原理
【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。
1. 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。
2. 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。每当线圈刚转过平衡位置时，就能自动改变线圈中电流的方向，从而使线圈能持续转动。
（2）换向器的工作过程
每当线圈刚转过平衡位置时，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。
3. 直流电动机的工作过程
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.
（1）换向器的作用
当线圈每转过平衡位置时，自动改变线圈中电流的方向（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。
4. 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。
知识点三、安装直流电动机模型
直流电动机模型的主要部件有：
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。
此外还有电源、滑动变阻器、开关、导线等。
器 材
组装
1. 把线圈固定在转轴上。
2. 先将支架固定在底座上，然后将转轴安装
在支架上，注意使线圈和转轴能较好地转动.
3. 用螺钉把电刷（铜片）固定在底座上，同时使电刷与转轴上的换向器接触（注意：电刷与换向器间的压力要适当，以保证转轴能正常转动）。
4. 从固定电刷的两个螺钉上引出两根导线。
5. 分别把两个弧形铁片的一端用螺钉固定在底座上，另一端用磁体夹住。
实验与观察
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. 将电动机、滑动变阻器、电源、开关串联起来，检查无误后闭合开关，观察电动机的转动情况。
2. 改变通过线圈的电流方向，线圈的转动方向是否改变
交流与小结
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.
4. 故障原因与排除
实验过程中，遇到故障比较多的是通电后电动机不转动，故障原因与排除方法参考如下：
（1）接触不良
将电动机和电灯串联在电路中，闭合开关后用手推动电动机的线圈转动，如果在转动过程中，电灯能够发光，则接触良好；如果电灯不能发光，一般都是由于接触不良引起的。
接触不良主要会出现在电刷和换向器之间。此时，只要将做成电刷的铜片弯曲一下，适当增加铜片的弯度即可。
（2）摩擦过大
若电刷和换向器之间接触过紧使接触处的摩擦过大，则通电时线圈不能转动，电能全部转化为内能，线圈的温度迅速升高，线圈可能被烧毁，此时应减小接触的紧密程度以减小摩擦。
（3）磁性过弱
如果接触良好，用手推动线圈后还不能转动，则不转的原因可能是磁体的磁性过弱，此时在原来的磁体上再增加一个磁体，或者换一个磁性更强的磁体，电动机就可以转动了。
（4）线圈处于平衡位置
当线圈处于平衡位置时，只要轻轻推一下线圈，线圈离开了平衡位置，电动机就可以持续转动。
此外，线圈内部断路、电源电压过低造成线圈中的电流过小，都可能使电动机不转，对应的解决办法分别是更换线圈、增大电源电压。
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.
电动机
磁场对电流的作用 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：线圈刚转过平衡位置时，
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.
实验器材
电动机的
转向与转速
安装直流电动机模型
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。
还有电源、滑动变阻器、开关、导线等。
①改变电动机转向的方法：改变通过电动机线圈的电流方向；改变线圈所在处的磁场方向。
②影响电动机转速的因素：通过电动机电流的大小；线圈所在处磁场的强弱。
电动机不转动的原因
①电刷与换向器之间太松，接触不良。
②电刷与换向器之间太紧；线圈转子与
定子之间的间隙太小；摩擦力太大。
③线圈处于平衡位置。
④电路中电流太小；磁体的磁性太弱。
1 .小明连接了如图所示的电路．闭合开关，静止的金属杆向右运动，说明通电导体在磁场中 ，这一过程中 能转化为 能．
受到力的作用
电
机械
2．如图甲、乙所示，在线圈转动过程中，经过图甲位置时，线圈左右两边所受的两个力不平衡的原因是这两个力 ；经过图乙位置的线圈恰好处于平衡位置，此时线圈由于_______不会静止。
不在同一直线上
惯性
3．为了探究磁场对通电导线的作用，在如图所示的实验装置中，还需在导线夹 a、b 间接入的电路元件是 ；探究中发现，磁场对通电导体作用力的方向与 和 有关。
电源
磁场方向
电流方向

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