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第十四章 电与磁
第5节 磁场对通电导线的作用力
物理观念：理解磁场对通电导线作用力的存在及方向影响因素，掌握电动机的工作原理；
科学思维：理解磁场对通电导线作用力的存在及方向影响因素，掌握电动机的工作原理；
科学探究：设计并完成“磁场对通电导线作用”的实验，学会控制变量法探究物理规律；
科学态度与责任：感受电动机在生活中的广泛应用，体会科学技术对社会发展的推动作用。
教学重点：磁场对通电导线作用力的方向与电流、磁场方向的关系；电动机的工作原理（换向器的作用）；
教学难点：左手定则的熟练应用；换向器使线圈持续转动的原理理解。
通电后，这些物体的运动状态发生了改变，说明它们都受到了力的作用。
是谁给它们施加了力的作用？这些力有什么规律？
知识点一：磁场对通电导线的作用
1.装置：
电源、开关、导线、蹄形磁体、金属轨道、直导线ab
2.装置图：
探究磁场对通电导线的作用
（1）闭合开关，有电流通过直导线ab，电流方向从b到a；
3.实验步骤：
实验现象1
改变电流方向前
改变电流方向后
结论一：通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关。
改变磁场方向前
改变磁场方向后
实验现象2
结论二：通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关。
导线由静止开始运动，消耗电能，动能增加
归纳总结
1.通电导线在磁场中会受到力的作用；
2.通电直导线在磁场中受到力的方向与电流的方向、磁场的方向有关；
3.当电流方向或磁场方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反。
磁场对通电导线作用的方向
当通电导线与磁场垂直时，磁场对通电导线作用力的方向与磁场方向、电流方向之间的关系，可用左手定则来表示。
伸开左手，拇指与四指在同一平面内并互相垂直，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是磁场对通电导线作用力的方向。
左手定则
1.小亮偶然发现，把一个U形磁体放到正在发光的台灯（白炽灯）外面时（如图），白炽灯的灯丝竟然在晃动；取走U形磁体后，灯丝不再晃动。下列选项与这个现象原理相同的是（　　）
A． B．
C． D．
B
2.如图所示实验中，闭合开关，导体ab向右运动，下列操作能让导体ab向左运动的是（　　）
A．改变电压大小 B．改变电流方向
C．改变电流大小 D．改变导体ab长度
B
知识点二：电动机
制作简易直流电动机
通电导线在磁场中受力受到力的作用
利用该原理可制成
电动机
磁体
通电线圈
简易直流电动机
1.绕制线圈：细漆包线绕成矩形线圈，头尾扎在线圈对边中央作转动轴，去除转轴部分漆层。
一、制作电动机制作步骤：
2.组装固定：金属丝做支架固定，线圈转轴放支架上（平面竖直）；支架间放永磁体（一磁极朝上），支架通过开关连电源两极。
1.实验现象：
二、实验现象并讨论：
2.问题讨论：
闭合开关后，线圈转动，但只能转动大约90℃，不能持续转动。
线圈为什么会转动？
为何不能连续转动？
如何让线圈连续转动？
1.直流电动机构成：
设计：
电动机中设计了带有两个铜半环的换向器，它与电刷配合，就能解决线圈不能连续转动的问题。
通电线圈在磁场中两边受磁场力，但方向相反，线圈顺时针转动。
线圈转过90°到达图乙状态，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈冲过平衡位置。
到达图丙位置，换向器改变接触电刷，从而改变电流方向，两边所受磁场力都使得线圈继续沿顺时针方向转动。
线圈到达图丁位置，靠惯性冲过去，两边所受磁场力使线圈沿顺时针方向转动，再转过90°，回到图甲状态。
2.换向器：
组成：
作用：
两个铜制半圆环
换向器与电刷配合，每转动半周，线圈中的电流方向就改变一次，这样线圈就能连续不断地沿同一方向转动下去。
改进简易电动机
简易直流电动机
把线圈的一个转动轴的漆层全部除去，另一个转动轴只除去上半周或下半周。
越过平衡位置后，停止对线圈供电，线圈不再受力，靠惯性转动半周后再继续供电，线圈就可以持续转下去。
实际的电动机
1.性能：
具有更强劲的动力和更好的平稳性能
2.结构：
转子：转子的线圈有许多组，镶嵌在铁芯上，换向器由许多对铜片组成
定子：由机壳和电磁铁组成，转子安装在定子里。
3.分类：
直流电动机：常用在电力机车、公交电车、货运电瓶车、起重机等方面。
交流电动机：常用在家用电风扇、洗衣机、电冰箱等家用电器。
3.如图，兴趣小组制作了一个电动机，给线圈通电，轻轻一推，线圈就会持续转动。下列关于电动机的说法正确的有（　　）
A．电动机主要由磁体和线圈组成
B．电动机主要把动能转化为电能
C．对调电源正、负极不能改变线
圈的转动方向
D．电流通过线圈产生的热量与线
圈的电阻无关
A
4.如图1为一玩具直流电动机，它在工作时把电能转化为 能；同时改变直流电动机的磁场和电流方向，它的转动方向 （选填“改变”或“不改变”）；小明回家做了一个电动机模型如图2，他将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，要使线圈能连续转动，则另一端的漆皮应刮 （“半周”或“全部”）。
机械
不改变
半周
知识点三：动圈式扬声器
通电导体在磁场中受力的方向随电流方向变化，可实现往复运动。
一、工作原理：
核心部件：永磁体、音圈（细漆包线绕制的线圈，粘在锥形纸盆后部）、锥形纸盆
二、构造：
磁场环境：永磁体与软铁配合，在环形间隙形成磁场，音圈置于该磁场中。
音圈通入大小和方向反复变化的电流
三、发声过程：
传统设备：收音机、电视机的扬声器（以锥形纸盆振动发声）
四、应用场景：
→音圈受磁场力前后往复运动
→带动纸盆振动
→发出声音
便携设备：耳塞式耳机（用音膜替代纸盆，原理与扬声器一致）
耳塞式耳机的音膜
5.科技的快速发展使智能机器人进入人们的生活。智能送餐机器人通过电动机驱动底部的轮子将美食送到指定客人桌边，下列仪器与电动机的工作原理相同的是（　　）
A．指南针
B．电磁起重机
C．电铃
D．动圈式扬声器
D
6.一种动圈式扬声器可以代替话筒使用，如图所示。人对着扬声器的锥形纸盆说话，声音使纸盆振动，与纸盆相连的线圈也会随着振动（线圈放置在一个永久磁体的磁场中），这时线圈中就会产生随声音变化的电流，下列说法正确的是（ ）
A．该过程中，电能转化为机械能
B．该过程中，线圈在磁场中不受力
C．该过程的原理与电动机相同
D．该过程的原理与发电机相同
D
7.如图所示是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜 （选填“向左”“向右”或“左右往复”）运动。音圈之所以运动，是由于磁场对 有力的作用，此现象中能量转化情况是 。
左右往复
通电导体
电能转化为机械能
磁电式电表
一、基本定义：
电流表、电压表等磁电式电表，基于通电导线在磁场中受力的原理实现测量
二、构造组成：
磁场系统：蹄形磁体、弧形极靴、固定圆柱形铁芯（共同形成辐射状均匀磁场）；
转动系统：可转动的轻质铝框（绕有线圈）、转轴（装配螺旋弹簧、指针），线圈两端与螺旋弹簧连接（用于通入被测电流）。
三、工作原理：
1.磁场特性：蹄形磁体与铁芯间的磁场呈辐射状均匀分布，确保线圈平面都与磁场方向平行；
2.受力与转动：电流通过线圈时，线圈受磁场力而发生转动；同时螺旋弹簧因扭动产生阻碍转动的力；
3.平衡状态：当磁场力与弹簧阻碍力平衡时，线圈达到转动平衡
四、电流与偏转的关系：
线圈中电流越大
→受磁场力越大
→平衡时指针偏转角度越大
→通过指针偏转角度直观反映被测电流的强弱
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用
磁场对通电导线有力的作用
左手定则
基本构造：永磁体、音圈和锥形纸盆
工作原理：通电线圈在磁场中受力而运动
力的方向与电流方向和磁场方向有关
动圈式扬声器
基本构造：换向器、电刷、转子、定子
工作原理：通电线圈在磁场中受力而转动
能量转化：电能转化为机械能
电动机

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