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3.3　电动机及其应用 3.4磁生电
　　
　　一、磁场对通电导体的作用
　　1.磁场对通电导体的作用
　　(1)磁场对通电导体有力的作用。
　　(2)其作用力方向与电流的方向、磁场的方向有关。
　　2.扬声器和耳机的构造和原理
　　(1)扬声器和耳机构造如图所示。
　　
　　(2)工作原理：通电导体在磁场中受力。
　　(3)工作过程：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，使得在一个瞬间和下一个瞬间产生不同磁场强弱和方向的磁场，线圈就不断地来回振动，纸盆也就振动起来，便发出了声音。
　　3.动圈式话筒的构造和原理
　　(1)构造如图所示。
　　(2)工作原理：电磁感应现象。
　　(3)工作过程：对着话筒说话时，产生的声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音的变化而变化的电流，经放大后，通过扬声器还原成声音。
　　(4)话筒把声信号转化为电信号，扬声器把电信号转化为声信号；话筒中机械能转化为电能，扬声器中电能转化为机械能；话筒是电磁感应现象原理，扬声器是通电导体在磁场中受力的原理。
　　例1　 如图所示，甲图是动圈式话筒，乙图是动圈式扬声器的结构图，其中( )
　　　
　　A.甲工作的原理和电动机相同
　　B.乙工作的原理和电动机相同
　　C.乙工作时消耗的电能全部转化为机械能
　　D.甲工作时线圈不受磁力的作用
　　解题思路 动圈式话筒的工作原理：电磁感应现象的应用。工作过程：声波振动→引起膜片振动→带动线圈振动→线圈切割永久磁体的磁场产生感应电流→经放大传给扬声器。扬声器的工作过程：扬声器的线圈中通过携带声音信息、时刻变化的电流，使得在一个瞬间和下一个瞬间产生不同磁场强弱和方向的磁场，线圈就不断地来回振动，纸盆也就振动起来，便发出了声音。
　　话筒是利用电磁感应现象的原理，电动机的前提是供电，结果是产生运动，利用通电导体在磁场中受力的原理，故A错误；扬声器把电信号转换成声信号，电能转化成机械能，利用通电导体在磁场中受力的原理，故B正确；扬声器工作时消耗的电能主要转化为机械能，有少部分会转化为内能，故C错误；动圈式话筒工作时线圈受磁力的作用，故D错误。故答案为B。
　　点评 对比记忆扬声器和话筒：话筒把声信号转换成电信号，机械能转化成电能，是电磁感应现象原理；扬声器把电信号转换成声信号，电能转化成机械能，是通电导体在磁场中受力的原理。
　　4.直流电动机的原理
　　直流电动机工作原理：工作原理是建立在电磁感应和电磁力基础上的。导体受力的方向用左手定则确定。
　　工作原理图：
　　5.直流电动机的构造、特点和应用
　　直流电动机的结构由定子、转子两大部分组成。直流电动机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电流，是直流电动机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
　　定子(即主磁极)被固定在电动机支架上，是电动机的非旋转部分。
　　转子中有两组以上的线圈，由漆包线绕制而成，称之为绕组。当绕组中有电流通过时产生磁场，该磁场与定子的磁场产生力的作用。由于定子是固定不动的，因此转子在力的作用下转动。
　　换向器是直流电动机的一种特殊装置，由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接。当转子转过一定角度后，换向器将供电电压接入另一对绕组，并在该绕组中继续产生磁场。可见，由于换向器的存在，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩作用下使电枢得以旋转。
　　简单地说，电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转则受到的磁场的方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
　　电动机是我们生活中常见的一种电气化设备，电动机将电能转化为机械能，从而带动各种生产机械和生活用电器的运转。
　　电动机的应用很广，种类也很多，但它们工作的原理都是一样的。电动机是依据通电线圈在磁场中受力发生转动的原理制成的一种电磁装置。按工作电源种类划分，可分为直流电动机和交流电动机。一些功率大点的家用电器一般都是交流电动机，如电扇、洗衣机等；而一些功率小的电器一般使用直流电动机，如电动玩具、录音机等。
　　例2　 一台简易电动机如图所示，用硬金属丝做两个支架，分别与电池的两极相连，用漆包线绕成一个矩形线圈，以线圈引线为轴。
　　用小刀刮去轴一端的全部漆皮，再刮去另一端的　 　(填“全部”或“半周”)漆皮，并将线圈放在支架上，磁体放在线圈下，接通电源并用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
　　①电动机是利用　 　原理制成的。
　　②要改变线圈的转动方向，可以　 　(提一个方案即可)。
　　解题思路 当线圈在平衡位置，由于没有电流通过，故要人工转动下，越过平衡位置后，线圈就受到了磁场的力的作用而转动下去；在实验中为了使线圈能持续转动，采取的办法是：用小刀刮去轴一端的全部漆皮，另一端刮去半周漆皮来改变通入线圈的电流方向。①通电的线圈在蹄形磁体的磁场中受到力转动，说明了电动机的原理；②根据影响转动方向的两个因素，可以只改变电流方向，即调换电池方向，也可以只改变磁场方向，即调换磁极，不能两个因素同时改变。
　　故答案为：半周　①通电线圈在磁场中受力转动　②改变电流的方向
　　二、感应电流
　　1.产生感应电流的条件
　　闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流，这种电流叫感应电流，这一现象叫电磁感应现象。这是由英国科学家法拉第最先发现的。由这一知识点可知产生感应电流的条件有三点：①闭合电路；②一部分导体；③切割磁感线运动。
　　(1)如何理解“切割磁感线运动”
　　我们把磁感线理解成从N极出发到S极进入的直线，如果导体运动方向会穿过直线，我们就说切割了磁感线。
　　例如：如图所示，a是垂直于纸面的通电导线横截面，磁感线从N到S方向分布，甲图运动方向与磁感线方向平行，不切割；乙图导线垂直于纸面运动也不切割；丙图运动方向与磁感线垂直，切割；丁图尽管斜向运动，但运动方向穿过磁感线，切割。
　　(2)导线切割磁感线的运动是相对的
　　如果导体静止不动，磁感线在运动，也可以切割磁感线。
　　例如：条形磁体在线圈中迅速穿过时，磁体周围的磁感线在运动，也可以认为线圈是在切割这个磁感线，所以会产生感应电流，如图所示。
　　例3　 POS刷卡机的刷卡位置有一个绕有线圈的小铁环制成的检测头，如图所示。在使用时，将带有磁条的信用卡在刷卡位置刷一下，检测头的线圈中就会产生变化的电流，刷卡机便可读出磁条上的信息。在这个过程中利用了　 　原理。历史上首先发现此原理的科学家是　 　，该过程中由　 　能转化为电能。
　　解题思路闭合电路的一部分导体在磁场中进行切割磁感线运动时，导体中有感应电流产生，这是电磁感应现象。将带有磁条的信用卡在刷卡位置刷一下，检测头的线圈中就会产生变化的电流，POS刷卡机读出信息的原理就是电磁感应原理；历史上首先发现此原理的科学家是法拉第，该过程中由机械能转化为电能。
　　故答案为：电磁感应　法拉第　机械
　　2.发电机的构造和原理
　　(1)发电机的工作原理：电磁感应现象。
　　(2)发电机的构造：主要由线圈、磁极、铜环和电刷四个基本部分组成。概括地讲是由转子(转动部分)和定子(固定部分)两部分组成的。
　　实际的大型发电机多采用线圈不动，磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机。有的发电机利用电磁铁来代替永磁体。
　　(3)发电机与电动机相对比，电动机是因电而动，工作配置中要有电源，消耗电能获得机械能；发电机则是因动而电，工作配置中没有电源，发电机本身就是电源，消耗机械能获得电能。
　　(4)无论是直流发电机还是交流发电机，线圈产生的都是交流电，交流发电机输出的是交流电，直流发电机在换向器的作用下输出的是直流电。
　　例4　 图甲是法拉第发明的能够产生持续电流的机器——发电机，金属圆盘可以看成是由无数根长度等于圆盘半径的导线组成的。金属圆盘在磁极间不断转动，每根导线都在做切割磁感线运动，从而产生持续的电流。某校探究小组仿制了这个发电机装置(如图乙所示)，对影响电流大小的因素进行如下探究：
　　(1)当圆盘转速增大时，电流表指针偏转增大，说明电流大小跟　 　有关。
　　(2)保持圆盘转速不变，换用一个半径更大的金属圆盘，发现电流表指针偏转更大，说明电流大小还跟　 　有关。
　　(3)保持圆盘转速不变，换用　 　，发现电流表指针偏转更大，说明电流大小跟磁场强弱有关。
　　解题思路 (1)当圆盘转速增大时，电流表指针偏转增大，圆盘转速越大电流越大，说明电流的大小跟圆盘转速有关。(2)保持圆盘转速不变，换用一个半径更大的金属圆盘，发现电流表指针偏转更大，金属圆盘半径增大，所用导线的长度增大，所以电流增大，说明电流大小还跟导线长度有关。(3)保持圆盘转速不变，发现电流表指针偏转更大，只有改变磁铁的磁性大小，所以应该换用磁性更强的磁铁。
　　故答案为：(1)转速　(2)导线长度　(3)磁性更强的磁铁
　　3.交流电
　　(1)交流发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性地变化，这样的电流叫作交变电流，简称交流电(AC)。
　　(2)在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫作频率，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz。
　　(3)周期和频率是用来表示交流电特点的物理量。周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，单位是秒；频率是指电流在每秒内周期性变化的次数，单位是赫兹，符号是Hz。周期和频率在数值上是倒数关系。
　　(4)我国家庭电路的交流电电压是220 V，频率是50 Hz，周期是0.02 s，每秒内电流方向变化100次。注意：方向变化100次，周期性变化50次。
　　例5　 为了探究手摇发电机发出的电流大小和方向是否是变化的，进行了如下两个实验：
　　(1)如图甲所示，将手摇发电机与小灯泡连接起来，摇动转轮，可以看到小灯泡发光，这表明电路中有了　 　。用不同速度摇动转轮，若灯泡亮度　 　，则说明电流大小是变化的。
　　(2)如图乙所示，将两个发光二极管极性相反地并联起来，并与手摇发电机串联，接下来的操作是　 　，若观察到　 　的现象，说明电流的方向是变化的，这表明该发电机发出的电是　 　(填“交流电”或“直流电”)。我国电网以交流电的形式供电，频率为　 　Hz。
　　解题思路 (1)摇动转轮，线圈在磁场中做切割磁感线运动，可以看到小灯泡发光，这表明电路中有了电流。若灯泡亮度忽明忽暗，则说明电流大小是变化的。
　　(2)将两个发光二极管极性相反地并联起来，并与手摇发电机串联，由于二极管具有单向导电性，同一方向转动转轮时，导体切割磁感线的方向会发生变化，观察到两个发光二极管交替发光的现象，说明电流的方向是变化的，这表明该发电机发出的电是交流电。我国电网以交流电的形式供电，频率为50 Hz。
　　故答案为：(1)电流　忽明忽暗　(2)用手朝一个方向匀速摇动转轮　两个发光二极管交替发光　交流电　503.3　电动机及其应用 3.4磁生电
　　
　　一、磁场对通电导体的作用
　　1.磁场对通电导体的作用
　　(1)磁场对通电导体有力的作用。
　　(2)其作用力方向与电流的方向、磁场的方向有关。
　　2.扬声器和耳机的构造和原理
　　(1)扬声器和耳机构造如图所示。
　　
　　(2)工作原理：通电导体在磁场中受力。
　　(3)工作过程：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，使得在一个瞬间和下一个瞬间产生不同磁场强弱和方向的磁场，线圈就不断地来回振动，纸盆也就振动起来，便发出了声音。
　　3.动圈式话筒的构造和原理
　　(1)构造如图所示。
　　(2)工作原理：电磁感应现象。
　　(3)工作过程：对着话筒说话时，产生的声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音的变化而变化的电流，经放大后，通过扬声器还原成声音。
　　(4)话筒把声信号转化为电信号，扬声器把电信号转化为声信号；话筒中机械能转化为电能，扬声器中电能转化为机械能；话筒是电磁感应现象原理，扬声器是通电导体在磁场中受力的原理。
　　例1　 如图所示，甲图是动圈式话筒，乙图是动圈式扬声器的结构图，其中(　B　)
　　　
　　A.甲工作的原理和电动机相同
　　B.乙工作的原理和电动机相同
　　C.乙工作时消耗的电能全部转化为机械能
　　D.甲工作时线圈不受磁力的作用
　　解题思路 动圈式话筒的工作原理：电磁感应现象的应用。工作过程：声波振动→引起膜片振动→带动线圈振动→线圈切割永久磁体的磁场产生感应电流→经放大传给扬声器。扬声器的工作过程：扬声器的线圈中通过携带声音信息、时刻变化的电流，使得在一个瞬间和下一个瞬间产生不同磁场强弱和方向的磁场，线圈就不断地来回振动，纸盆也就振动起来，便发出了声音。
　　话筒是利用电磁感应现象的原理，电动机的前提是供电，结果是产生运动，利用通电导体在磁场中受力的原理，故A错误；扬声器把电信号转换成声信号，电能转化成机械能，利用通电导体在磁场中受力的原理，故B正确；扬声器工作时消耗的电能主要转化为机械能，有少部分会转化为内能，故C错误；动圈式话筒工作时线圈受磁力的作用，故D错误。故答案为B。
　　点评 对比记忆扬声器和话筒：话筒把声信号转换成电信号，机械能转化成电能，是电磁感应现象原理；扬声器把电信号转换成声信号，电能转化成机械能，是通电导体在磁场中受力的原理。
　　4.直流电动机的原理
　　直流电动机工作原理：工作原理是建立在电磁感应和电磁力基础上的。导体受力的方向用左手定则确定。
　　工作原理图：
　　5.直流电动机的构造、特点和应用
　　直流电动机的结构由定子、转子两大部分组成。直流电动机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电流，是直流电动机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
　　定子(即主磁极)被固定在电动机支架上，是电动机的非旋转部分。
　　转子中有两组以上的线圈，由漆包线绕制而成，称之为绕组。当绕组中有电流通过时产生磁场，该磁场与定子的磁场产生力的作用。由于定子是固定不动的，因此转子在力的作用下转动。
　　换向器是直流电动机的一种特殊装置，由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接。当转子转过一定角度后，换向器将供电电压接入另一对绕组，并在该绕组中继续产生磁场。可见，由于换向器的存在，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩作用下使电枢得以旋转。
　　简单地说，电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转则受到的磁场的方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
　　电动机是我们生活中常见的一种电气化设备，电动机将电能转化为机械能，从而带动各种生产机械和生活用电器的运转。
　　电动机的应用很广，种类也很多，但它们工作的原理都是一样的。电动机是依据通电线圈在磁场中受力发生转动的原理制成的一种电磁装置。按工作电源种类划分，可分为直流电动机和交流电动机。一些功率大点的家用电器一般都是交流电动机，如电扇、洗衣机等；而一些功率小的电器一般使用直流电动机，如电动玩具、录音机等。
　　例2　 一台简易电动机如图所示，用硬金属丝做两个支架，分别与电池的两极相连，用漆包线绕成一个矩形线圈，以线圈引线为轴。
　　用小刀刮去轴一端的全部漆皮，再刮去另一端的　半周　(填“全部”或“半周”)漆皮，并将线圈放在支架上，磁体放在线圈下，接通电源并用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
　　①电动机是利用　通电线圈在磁场中受力转动　原理制成的。
　　②要改变线圈的转动方向，可以　改变电流的方向　(提一个方案即可)。
　　解题思路 当线圈在平衡位置，由于没有电流通过，故要人工转动下，越过平衡位置后，线圈就受到了磁场的力的作用而转动下去；在实验中为了使线圈能持续转动，采取的办法是：用小刀刮去轴一端的全部漆皮，另一端刮去半周漆皮来改变通入线圈的电流方向。①通电的线圈在蹄形磁体的磁场中受到力转动，说明了电动机的原理；②根据影响转动方向的两个因素，可以只改变电流方向，即调换电池方向，也可以只改变磁场方向，即调换磁极，不能两个因素同时改变。
　　故答案为：半周　①通电线圈在磁场中受力转动　②改变电流的方向
　　二、感应电流
　　1.产生感应电流的条件
　　闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流，这种电流叫感应电流，这一现象叫电磁感应现象。这是由英国科学家法拉第最先发现的。由这一知识点可知产生感应电流的条件有三点：①闭合电路；②一部分导体；③切割磁感线运动。
　　(1)如何理解“切割磁感线运动”
　　我们把磁感线理解成从N极出发到S极进入的直线，如果导体运动方向会穿过直线，我们就说切割了磁感线。
　　例如：如图所示，a是垂直于纸面的通电导线横截面，磁感线从N到S方向分布，甲图运动方向与磁感线方向平行，不切割；乙图导线垂直于纸面运动也不切割；丙图运动方向与磁感线垂直，切割；丁图尽管斜向运动，但运动方向穿过磁感线，切割。
　　(2)导线切割磁感线的运动是相对的
　　如果导体静止不动，磁感线在运动，也可以切割磁感线。
　　例如：条形磁体在线圈中迅速穿过时，磁体周围的磁感线在运动，也可以认为线圈是在切割这个磁感线，所以会产生感应电流，如图所示。
　　例3　 POS刷卡机的刷卡位置有一个绕有线圈的小铁环制成的检测头，如图所示。在使用时，将带有磁条的信用卡在刷卡位置刷一下，检测头的线圈中就会产生变化的电流，刷卡机便可读出磁条上的信息。在这个过程中利用了　电磁感应　原理。历史上首先发现此原理的科学家是　法拉第　，该过程中由　机械　能转化为电能。
　　解题思路闭合电路的一部分导体在磁场中进行切割磁感线运动时，导体中有感应电流产生，这是电磁感应现象。将带有磁条的信用卡在刷卡位置刷一下，检测头的线圈中就会产生变化的电流，POS刷卡机读出信息的原理就是电磁感应原理；历史上首先发现此原理的科学家是法拉第，该过程中由机械能转化为电能。
　　故答案为：电磁感应　法拉第　机械
　　2.发电机的构造和原理
　　(1)发电机的工作原理：电磁感应现象。
　　(2)发电机的构造：主要由线圈、磁极、铜环和电刷四个基本部分组成。概括地讲是由转子(转动部分)和定子(固定部分)两部分组成的。
　　实际的大型发电机多采用线圈不动，磁极旋转的方式来发电，叫旋转磁极式发电机。有的发电机利用电磁铁来代替永磁体。
　　(3)发电机与电动机相对比，电动机是因电而动，工作配置中要有电源，消耗电能获得机械能；发电机则是因动而电，工作配置中没有电源，发电机本身就是电源，消耗机械能获得电能。
　　(4)无论是直流发电机还是交流发电机，线圈产生的都是交流电，交流发电机输出的是交流电，直流发电机在换向器的作用下输出的是直流电。
　　例4　 图甲是法拉第发明的能够产生持续电流的机器——发电机，金属圆盘可以看成是由无数根长度等于圆盘半径的导线组成的。金属圆盘在磁极间不断转动，每根导线都在做切割磁感线运动，从而产生持续的电流。某校探究小组仿制了这个发电机装置(如图乙所示)，对影响电流大小的因素进行如下探究：
　　(1)当圆盘转速增大时，电流表指针偏转增大，说明电流大小跟　转速　有关。
　　(2)保持圆盘转速不变，换用一个半径更大的金属圆盘，发现电流表指针偏转更大，说明电流大小还跟　导线长度　有关。
　　(3)保持圆盘转速不变，换用　磁性更强的磁铁　，发现电流表指针偏转更大，说明电流大小跟磁场强弱有关。
　　解题思路 (1)当圆盘转速增大时，电流表指针偏转增大，圆盘转速越大电流越大，说明电流的大小跟圆盘转速有关。(2)保持圆盘转速不变，换用一个半径更大的金属圆盘，发现电流表指针偏转更大，金属圆盘半径增大，所用导线的长度增大，所以电流增大，说明电流大小还跟导线长度有关。(3)保持圆盘转速不变，发现电流表指针偏转更大，只有改变磁铁的磁性大小，所以应该换用磁性更强的磁铁。
　　故答案为：(1)转速　(2)导线长度　(3)磁性更强的磁铁
　　3.交流电
　　(1)交流发电机产生的感应电流的大小和方向在周期性地变化，这样的电流叫作交变电流，简称交流电(AC)。
　　(2)在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫作频率，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz。
　　(3)周期和频率是用来表示交流电特点的物理量。周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，单位是秒；频率是指电流在每秒内周期性变化的次数，单位是赫兹，符号是Hz。周期和频率在数值上是倒数关系。
　　(4)我国家庭电路的交流电电压是220 V，频率是50 Hz，周期是0.02 s，每秒内电流方向变化100次。注意：方向变化100次，周期性变化50次。
　　例5　 为了探究手摇发电机发出的电流大小和方向是否是变化的，进行了如下两个实验：
　　(1)如图甲所示，将手摇发电机与小灯泡连接起来，摇动转轮，可以看到小灯泡发光，这表明电路中有了　电流　。用不同速度摇动转轮，若灯泡亮度　忽明忽暗　，则说明电流大小是变化的。
　　(2)如图乙所示，将两个发光二极管极性相反地并联起来，并与手摇发电机串联，接下来的操作是　用手朝一个方向匀速摇动转轮　，若观察到　两个发光二极管交替发光　的现象，说明电流的方向是变化的，这表明该发电机发出的电是　交流电　(填“交流电”或“直流电”)。我国电网以交流电的形式供电，频率为　50　Hz。
　　解题思路 (1)摇动转轮，线圈在磁场中做切割磁感线运动，可以看到小灯泡发光，这表明电路中有了电流。若灯泡亮度忽明忽暗，则说明电流大小是变化的。
　　(2)将两个发光二极管极性相反地并联起来，并与手摇发电机串联，由于二极管具有单向导电性，同一方向转动转轮时，导体切割磁感线的方向会发生变化，观察到两个发光二极管交替发光的现象，说明电流的方向是变化的，这表明该发电机发出的电是交流电。我国电网以交流电的形式供电，频率为50 Hz。
　　故答案为：(1)电流　忽明忽暗　(2)用手朝一个方向匀速摇动转轮　两个发光二极管交替发光　交流电　50

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