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浙教版八年级科学下册第七讲电动机及其应用、电磁感应
一、磁场对通电导体的作用
1. 通电导体在磁场中受到力的作用。通电导体在磁场中所受力的方 向与电流方向和磁场方向有关。若其中一个量的方向发生改变，则受力 方向改变；若两个量的方向同时发生改变，则受力方向不变。受力大小 与电流大小和磁场强弱有关，电流越大，磁场越强，受力越大。
注意点：通电导体中的电流方向与磁场方向相同或相反时（即两者 方向平行时），导体不受磁力的作用；当两者方向相互垂直时，导体受 到的磁力最大。
2. 判断通电导线的受力方向（左手定则）：伸开左手，使大拇指跟 其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把左手放入磁场中， 让磁感线垂直穿过手心，并使伸开的四指指向电流的方向，此时大拇指 所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向。
3. 通电线圈所在平面与磁感线相互不垂直时，线圈发生转动。通电 线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈上下两边受力大小相等，方向相 反，处于受力平衡状态，线圈不转动，即平衡位置。
通电线圈在磁场中转动时，由于惯性会转过平衡位置，但不能继续 转动下去（因为过了平衡位置后受到的力会使线圈沿反方向转动），最 后会返回到平衡位置。
4. 直流电动机。
（1）构造：线圈（转子）、磁体（定子）、换向器、电刷。
（2）工作原理：利用通电线圈在磁场中受力而转动。它把电能转 化为机械能。
（3）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，通过换向器改变电 流方向，从而改变线圈的受力方向，保证线圈持续转动。
注意点：直流电动机的线圈在平衡位置时，两个电刷没有跟两个铜 质半环接触，线圈中没有电流，所以不受力的作用，但线圈由于惯性会 继续转动，从而越过平衡位置。
二、电磁感应
1. 定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时， 导体中就会产生电流，这种现象叫作电磁感应。
2. 感应电流：在电磁感应中产生的电流叫作感应电流。导体中感应 电流的方向与导体的运动方向和磁场方向有关。若改变其中一个量的方 向，则电流方向将改变；若同时改变两个量的方向，则电流方向不变。
3. 感应电压：在电磁感应中产生的电压叫作感应电压。
注意点：有感应电压时不一定有感应电流，有感应电流时一定有感 应电压。
4. 交流发电机。
（1）构造：线圈（转子）、磁体（定子）、铜环、电刷。
（2）工作原理：电磁感应。它把机械能转化为电能。
（3）工作过程：在外力作用下，转子转动一周，切割磁感线的方 向改变两次，电流方向也随之改变两次，从而产生大小和方向都发生周 期性变化的交流电。
注意点：交流发电机和直流发电机在内电路线圈中产生的都是交流 电。交流发电机通过铜环向外电路输出交流电。直流发电机通过换向器 向外电路输出直流电。
（4）大型交流发电机的转子不是线圈而是电磁铁，一般采用线圈 不动、磁极旋转的方式来发电。
三、交流电和直流电
1. 交流电：大小和方向都发生周期性变化的电流。我国家庭电路使 用的是交流电，电压是220 V，周期是0.02 s，频率是50 Hz，电流方向1 s 改变100次。
2. 直流电：电流方向不变的电流。
易考点：①磁场对通电导体的作用。②电磁感应现象。③电动机和发电 机的工作原理的区别。
知识点一 磁场对通电导体的作用
如图所示为小明探究“磁场对通电导体的作用”的实验装置，AB是一 根铜棒，通过金属导轨连接到电路中，闭合开关后，铜棒没有运动（仪 器、电路都完好），要想使AB运动起来，下列措施中不可行的是 （ ）。
A. 将蹄形磁体的 N、S极对调
B. 换用磁性强一些的蹄形磁体
C. 换用能提供较大电流的直流电源
D. 将铜棒AB换为轻质的金属棒
将磁体的 N、S极对调后，磁力的方向发生变化，但磁力的 大小不变，因此对调磁极不能使金属棒运动，故选项A符合题意；换用 磁性强一些的蹄形磁体或换用能提供较大电流的直流电源都可以使通电 导体受到的磁力增大，都有可能使金属棒运动起来，故选项B、C不符合 题意；将铜棒AB换为轻质的金属棒，减小了阻力，受到磁力作用后更容 易运动，故选项D不符合题意。
A
在仪器、电路都完好的情况下，闭合开关后金属棒没有运 动的原因是因为所受的磁力太小，不足以克服阻力而产生运动。改进的 方法可以是增大电流、增强磁场、减小阻力等。
改变磁场方向或改变电流方向只能改变导体在磁场中的受 力方向，不能改变磁力的大小。
知识点二 电动机的工作原理
如图所示为直流电动机的工作原理，下列相关分析中正确的是 （ ）。
A. 电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
B. 直流电动机中的换向器是由彼此绝缘的两个金属半环制成
的，其作用 是使线圈转过如图所示的位置时，自动改变线圈中的电流方向
C. 直流电动机通直流电，线圈中是交流电；交流电动机通交流电，线圈 中是直流电
D. 若将外部线圈的电源换成灵敏电流表，则该装置可作为直流发电机
电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的， 工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，有一部分电能转化为内 能。平衡位置是指线圈平面和磁感线垂直的平面，据电动机的构造可 知，电动机的换向器是由两个彼此绝缘的金属半环制成的，当直流电动 机的线圈刚过平衡位置时，换向器能立即改变线圈中的电流方向，从而 改变线圈的受力方向，使线圈持续地转动下去。直流电动机通直流电， 线圈中是交流电；交流电动机通交流电，线圈中是交流电。把电源换成 灵敏电流表，快速转动线圈，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁 感线运动，导体中会产生感应电流，灵敏电流表的指针会发生偏转，这 就是直流发电机。
D
解答本题要求了解电动机的能量转化情况、直流电动机中 换向器的作用、电动机中的电流形式等知识。
直流电动机通直流电，由于换向器的作用，线圈中的电流 变成了交流电；而交流电动机无论是外部供电还是内部线圈都是交流 电。
知识点三 电磁感应现象
关于电磁感应现象，下列说法中正确的是（ ）。
A. 电磁感应现象中，机械能转化为电能
B. 感应电流的方向只与导体的运动方向有关
C. 电磁铁是利用电磁感应原理制成的
D. 闭合电路的一段导体在磁场中运动时就一定会产生感应电流
电磁感应现象的条件是导体在运动，结果是产生了电流， 所以是机械能转化为电能，故A正确；感应电流的方向与导体的运动方 向、磁场方向都有关，故B错误；电磁铁是利用电流的磁效应原理制成 的，故C错误；产生感应电流要具备三个条件，即“闭合的电路”“一部分 导体”和“切割磁感线运动”，只运动不一定产生感应电流，故D错误。
A
本题考查对电磁感应现象知识的了解，根据电磁感应现象 产生的条件、能量的转化、影响感应电流方向的因素等知识来判断。
产生感应电流的三个条件是“闭合的电路”“一部分导体”和 “切割磁感线运动”，这三个条件缺一不可。
知识点四 发电机的工作原理
如图甲所示为发电机原理的示意图，图乙中的“ ”表示导线ab，当它 在磁场中分别转动到1~4位置时（运动方向已用箭头标出），下列说法 中正确的是（ ）。
图甲中的导线ab在位置1时，电路中
不会产生感应电流
B. 图甲所示的电路中没有电源
C. 图甲中的导线ab在位置3时，电路中不会产生感应电流
D. 发电机产生的电流方向不变
由图乙知，磁感线方向水平向右，而导线ab在位置1时的运 动方向与磁感线方向平行，没有切割磁感线，所以不能产生感应电流； 导线ab在位置2、3、4时都切割磁感线，所以能产生感应电流；发电机 的原理是电磁感应现象，将机械能转化为电能，则该装置相当于电源， 为小灯泡提供电能；由于导线在不同位置时切割磁感线的方向不同，所 以产生感应电流的方向也不同（会变化）。
A
理解图中磁感线的分布情况以及电磁感应原理中“切割”的真正意义。图示发电机结构中，导线ab段处于位置2时切割磁感线效果最好，处于位置1时没有切割磁感线。
图示电路中，发电机即电源，该发电机的内部线圈和外部 电路都是交流电。
【衡阳】在学校实验室开放时，同学们对手摇发电机非常感兴趣， 他们想：发电机产生的感应电流的大小跟哪些因素有关呢？于是他们开 展了探究，以下是他们所用的发电机和实验记录表：
实验序号 线圈转速 线圈转向 灯泡亮度
1
2
3
（1）据表可知，他们准备研究发电机产生感应电流的大小与 和 是否有关。
（2）手摇发电机在发电时将 转化为电能。手摇发电机的工作原理 是 。
（3）判断电流的大小，除了借助小灯泡亮度观察之外，实验室常 用 表来测量。
（4）小明认为感应电流的大小还可能跟磁场强弱有关，请你帮助小明 设计实验来验证他的猜想，简述你的实验方法。 。
（1）小灯泡亮度是判断感应电流大小的一种方式，小灯泡 越亮表明电流越大，小灯泡越暗表明电流越小，故该实验是为了比较发 电机产生感应电流的大小与线圈转速和线圈转向是否有关。（2）发电 机在发电过程中，消耗了机械能，产生了电能，所以发电机是将机械能 转化为电能的装置，发电机的工作原理是电磁感应。（3）粗略地比较 电流大小，可以通过观察小灯泡的亮度，想要得到准确电流的数值，可 以用电流表来测量。
（4）根据第（1）题可知，影响感应电流大小的因素有两个，如果想探 究感应电流的大小与磁场的强弱是否有关，必须使线圈的转速和转向相 同，只改变磁场的强弱，观察小灯泡的亮度即可，故在线圈转速和转向 相同的条件下，换用磁性强弱不同的磁体让线圈在磁场中做切割磁感线 运动，观察小灯泡的亮度。若小灯泡的亮度不同，则感应电流的大小与 磁体的磁性强弱有关，反之则无关。
（1）线圈转速 线圈转向 （2）机械能 电磁感应 （3）电 流 （4）在线圈转速和转向相同的条件下，换用磁性强弱不同的磁体让 线圈在磁场中做切割磁感线运动，观察小灯泡的亮度，若小灯泡的亮度 不同，则感应电流的大小与磁体的磁性强弱有关，反之则无关
本题考查发电机产生的电流大小的影响因素、能量的转化 和发电机的工作原理，以及控制变量法的应用。
“小灯泡亮度”是判断感应电流大小的方式而不是影响因素； 在设计实验方案时，容易忽略对相同量的控制及设计不合理的对照组。
探究影响感应电流大小的因素。
A. B. C. D.
B
A. 导体ab的运动方向与电流方向和磁场方向有关
B. 电动机是利用这一现象来工作的
C. 发电机是利用这一现象来工作的
D. 在该现象中，电能转化为机械能
C
B
A. 电吹风 B. 手摇发电机
C. 电风扇
D. 电磁起重机
A. 直流发电机线圈内产生的是交流电，供给外部电路的是 直流电
B. 直流发电机线圈内产生的是直流电，供给外部电路的也 是直流电
C. 它是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理工作的
D. 图中的E、F称为换向器，它的作用是改变线圈中的电流方向
A
A. B. C. D.
√
A. 东北与西南方向站立 B. 西北与东南方向站立
C. 南北方向站立 D. 东西方向站立
D
【解析】由于地球的周围存在磁场，且磁感线的方向是从地理南极指向 地理北极，所以当两名同学按东西方向站立并快速摇动电线时，电线做 切割磁感线运动，且此时电路中产生的感应电流最大，电流表指针发生 偏转最明显。
A. ①② B. ②③ C. ①③ D. ①④
B
【解析】螺旋线圈和“结合体”构成一个闭合回路，强磁铁与线圈在任何 位置都应保持良好接触，故②正确、①错误；当吸附着磁铁的干电池进 入线圈后，线圈中有电流通过，通电线圈会产生磁场，“结合体”在线圈 所形成的磁场中会受到磁力的作用，“结合体”与通电线圈之间相吸、相 斥，这样“结合体”就会在螺旋线圈内运动，故③正确、④错误。
8. 小刚设计了如图所示的实验，他在软铁环C两侧分别绕两个线圈，A线 圈与电源电路相连，B线圈与灵敏电流表相连。他发现在开关S闭合的瞬 间，灵敏电流表发生了偏转，这时 （填“A”或“B”）线圈相当于电源。 法拉第当年在做了类似的实验后意识到，这是一种非恒定的暂态效应， 得出 产生了感应电流。
B
变化的磁场
9. 如图甲所示为小明安装好的直流电动机模型。
（1）请写出图甲中A部件的名称： 。
换向器
（2）在安装该模型时要按照 （填“由外向内”或“由内向外”） 的顺序安装。
（3）为了使组装的电动机模型能够正常运转，小明在安装时还应注意 以下几点，其中错误的是 （填字母）。
A. 要尽量减小轴与轴架之间的摩擦
B. 电刷与换向器的接触松紧要适当
C. 不要使各元件因安装不当而产生形变
D. 每一只固定螺钉均不能拧紧
由内向外
D
（4）小明把安装好的电动机、滑动变阻器、电源和开关串联起来进行 实验，如图乙所示。
①用笔画线代替导线完成图中实验器材的连接。（要求滑片向右移，电 动机转速变小）
【答案】（4）①如图所示。
②若闭合开关后，线圈不转，用手轻轻一拨，线圈就转动起来，则原来 线圈不转的原因是 。
线圈处于平衡位置
洗衣机、冰箱、空
调、电风扇、豆浆机等（合理即可）
10. 在探究利用磁场产生电流的实验中，连接了如图所示的实验装置。
电路中产生了电流
向上运动
向右
偏转
导体的
运动方向
保
持线圈的位置不动，先将磁铁的一端（N极）向下插入线圈，观察指针
的偏转方向；然后对调磁极，用另一端（S极）向下插入线圈，观察指
针的偏转方向，比较两次灵敏电流表的指针偏转方向是否相同，从而得
出结论
A. 蹄形磁铁不动，导体棒ab竖直向上运动
B. 蹄形磁铁不动，导体棒ab竖直向下运动
C. 蹄形磁铁不动，导体棒ab水平向左运动
D. 蹄形磁铁 N、S极互换，导体棒ab竖直向上运动
C
A. 电钳 B. 电饭锅 C. 电动机 D. 发电机
D
A. B. C. D.
D
A. B. C. D.
B
A. 图甲：可探究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系
B. 图乙：直线电流周围的磁场方向的判定方法
C. 图丙：电铃是根据电磁感应原理制成的
D. 图丁：导体按图示方向运动时会产生感应电流
C
A. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变电流方向
B. 线圈如果没有惯性，直流电动机也能工作
C. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变磁感线方 向
D. 当线圈平面与磁感线垂直时，自动改变电流方向
D
A. G1利用了电流的磁效应
B. G2利用电磁感应产生了电流
C. G2的指针摆动幅度一定大于G1
D. G2是因为通电导线在磁场中受力而摆动
D
【解析】灵敏电流表的主要部件是永久磁铁和带有指针的线圈，G1和G2 用导线连接起来。当拨动G1的指针时，相当于G1中的线圈做切割磁感线 运动，电路中会产生感应电流；由于两个灵敏电流表构成了闭合电路， 故电流会通过G2中的线圈，而该线圈处于磁场中，由于通电导线在磁场 中受到力的作用，所以G2的指针也会摆动；故G1利用电磁感应产生了电 流，A、B错误。由于导线有电阻，感应电流通过导线时因发热会损失掉 一部分电能，故G2的指针摆动幅度一定小于G1，C错误。根据前面的分 析可知，G2是因为通电导线在磁场中受力而摆动，D正确。
导体AB
改变圆盘的转动
方向（或改变磁场的方向）
9. 【连云港】小明学习了“电磁感应”的相关知识后，他查阅了有关资料，知道在电磁感应现象中闭合电路之所以能产生电流，是因为在电路中产生了电压，为了研究这个电压，他买了一套如图甲所示的装置，图中有机玻璃管长度为1.5 m，当圆柱形强磁体（直径略小于有机玻璃管内径）从有机玻璃管中下落穿过线圈时，与线圈相连的电压显示器可以显示此时的电压大小。小明想利用此装置探究电磁感应现象中产生的电压大小与线圈匝数及强磁体运动快慢之间的关系。他进行了如下实验（忽略强磁体下落过程中所受阻力的影响）：
强磁体运动快
慢
远一点
（2）小明分三次在距管口90 cm处分别固定匝数为300匝、600匝、900 匝的三个线圈和电压显示器的组件，每次都是从管口处由静止开始释放 强磁体，记录的实验数据如下表所示：
线圈匝数 N 实验序号 电压显示器示数U/V 电压测量值U/V
300 1 2.62 2.51
2 2.50
3 2.41
600 1 5.03 5.00
2 4.84
3 5.14
线圈匝数 N 实验序号 电压显示器示数U/V 电压测量值U/V
900 1 7.68 7.50
2 7.38
3 7.45
续表
【答案】（2）如图所示。
当强磁体速度一定时，电磁感应现象中产生的电
压与线圈匝数成正比
10. 【贵阳】如图所示，弹簧测力计下端用细线悬挂重为3 N的金属框， 其正下方有一磁场区域（图中“ ”表示垂直于纸面向里的磁感线）。现使 金属框从某一高度竖直匀速下降，发现当金属框刚进入磁场到完全进入 磁场的过程中（金属框始终匀速），弹簧测力计的示数小于3 N。若将 磁感线的方向改为垂直于纸面向外，重复上述操作，在金属框匀速进入 磁场的过程中，请判断：弹簧测力计的示数是大于3 N还是小于3 N？并 说明你的理由。
【答案】10. 电磁感应现象是指闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁 感线运动时，电路中会产生感应电流，题图中的金属框向下运动时，切 割磁感线，产生感应电流，此时弹簧测力计的示数小于3 N，说明金属 框受到向上的磁力作用；若磁场的方向改变，则感应电流的方向就会改 变，与原来相反，由于磁场方向也与原来反向，故此时金属框受到磁力 的方向不变，仍为向上，所以弹簧测力计的示数小于3 N。
1. 发光二极管简称LED，是一种高效节能的光源，用符号“ ”表示， 具有单向通电性，在电路中电流只能从正极流入，负极流出，反之不发 光。小明设想用LED灯来研究“感应电流的方向与哪些因素有关”，于是 将两个相同的LED灯反向并联后连接到如图所示的电路中，与一段长直 导线PQ构成闭合电路，将PQ置于磁场中，如图所示，并进行如下实 验：
判断感应电流的方向
感应电流的方向与导体切割磁感
线的运动方向有关
控制导线的运动方向不变，改变磁场方向，观
察A、B两灯的发光情况
2. 如图所示为“探究什么情况下磁可以生电”的实验装置，线圈跟灵敏电 流表组成闭合电路。某同学探究了导线在磁场中产生感应电流的条件 后，想利用该装置对感应电流的强弱和方向做进一步的探究。
该同学提出了猜想：①感应电流的大小可能与磁场的强弱有关；②感应 电流的大小可能与线圈切割磁感线运动的速度有关。除此以外你还有什 么不同的猜想？
感应电流的大小可能与切割磁感线的导线框匝数有关
（合理即可）
在闭合电路中，使用匝数少
的导线框以一定速度沿水平方向切割磁感线，观察灵敏电流表的指针偏
转角度；然后换用匝数多的导线框重复上述实验3~4次
比较每次指针偏转的角度大小，若
差不多，则说明感应电流的大小与切割磁感线的导线框匝数无关；若相
差较大，则说明感应电流的大小与切割磁感线的导线框匝数有关
3. 阅读短文，回答下列问题：
电动自行车是如何调速的
常用的电动自行车调速系统主要由磁铁、霍尔传感器、控制器和开关K四部分组成。
霍尔传感器是将磁信号转变成电信号的装置，它产生的电压U0随磁 场的增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中的磁铁与 固定在手柄中的霍尔传感器的距离发生改变，使U0发生变化。
控制器的作用是将自身产生的电压U1与霍尔传感器的电压U0 比较后，输出控制电压UK，并以此来控制开关K的通断。如图甲所 示，当U1小于U0时，UK = 1 V，开关K闭合；当U1大于U0时，UK = 0 V，开关K断开。
正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间发生周期性变化，如图乙 所示，控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约10000次。U0不同， 每次开关K闭合与断开时间的比值就不同，电动机的转速与每次K闭合或 断开时间的比值相对应。
（1）控制电压UK = 1 V时，电动机中 （填“有”或“无”）电流通过。
【解析】（1）由材料可知，UK=1 V时，开关K闭合，即电动机工作，则 电动机中有电流通过。
有
【解析】（2）已知条形磁铁的磁性两端最强，中间最弱，霍尔传感器 产生的电压随磁场的增强而增大，霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水 平移动到N极附近的过程中，磁场的磁性先由强变弱，后由弱变强，所 以霍尔传感器产生的电压先减小后增大。
先减小后增
大
（3）U1的变化周期T约为 （填字母）。
A. 6 × 10 - 6 s B. 6 × 10 - 3 s
C. 6 × 10 - 2 s D. 6 × 10 - 1 s
B
（4）图丁中折线A和直线B分别是U1和U0随时间变化的关系图线，在图 戊中画出UK随时间变化的关系图线。
【答案】（4）如图所示。
【解析】（4）当U1小于U0时，UK=1 V；当U1大于U0时，UK=0 V，所以在0~t1、t2~t3、t4~t5、t6~3T内，UK=1 V，在t1~t2、t3~t4、t5~t6内，UK=0 V。

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