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第四节 电动机
一、复合题
1．利用图甲装置研究“磁场对通电直导线的作用”．
（1）应在、之间接入　 　，导体棒应选用轻质的　 　（选填“铁棒”或“铝棒”）；
（2）如图乙中，通电后若段导线受磁场力的方向为竖直向下，则段导线所受磁场力的方向是　 　，这两个力　 　（选填“是”或“不是”）一对平衡力．
2．如图所示是直流电动机的原理图．
（1）直流电动机的原理是　 　。
（2）直流电动机工作时，将　 　能转化为　 　能。
（3）图中的N，S叫做　 　，A，B叫做　 　，C，D叫做　 　，A，B和C，D组成了　 　。
3．小聪利用如图所示的装置做“探究磁场对通电导体的作用”实验。
（1）导体ab应选用轻质的　 　（选填“铁棒”或“铝棒”）；
（2）接通电源，导体ab向右运动，说明磁场对通电导体有　 　的作用，该过程中　 　能转化为　 　能；
（3）将图中磁体的N、S极对调或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向　 　运动，说明通电导体在磁场中受到力的方向与　 　、　 　方向有关；
（4）如果将滑动变阻器的滑片向左移动，闭合开关，发现导体ab不动或运动得很慢，这说明通电导体所受磁场力的大小与　 　有关。
4．利用图甲所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”；
（1）应在M、N之间接入　 　（选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒应选用轻质的　 　（选填“铁棒”或“铝棒”）；
（2）如图乙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的。通电后若cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，ab段和cd段受到的这两个力　 　（选填“是”或“不是”）一对平衡力；
（3）小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆全部刮去后，用导电支架托住，发现线圈不能持续转动，只能在平衡位置附近摆动。为了使线圈能持续转动（　　）
A．两侧全刮
B．一侧全刮，另一侧刮半周
C．一侧刮上半周，一侧刮下半周
5． 在探究“电动机为什么会转动”的实验中：
（1）我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周围也存在 　 　，磁体会对通电导体产生力的作用吗？
（2）如图所示，将一根导体ab置于蹄形磁铁的两极之间，未闭合开关前，导体静止不动。闭合开关后，导体 　 　，说明磁场对 　 　导体有力的作用；
（3）断开开关，将图中磁铁的N、S极对调，再闭合开关，导体ab运动方向　 　，说明通电导体在磁场中的受力方向与 　 　有关；
（4）断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，导体ab运动方向　 　，说明通电导体在磁场中的受力方向与 　 　有关；
（5）如果同时改变磁场方向和电流方向，　 　（选填“能”或“不能”）确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。
6．小东对电流表指针偏转的原因产生了兴趣，他在实验室找到一只可拆卸的电流表，进行了如下探究。
（1）打开外壳，观察电流表的内部结构，示意图如图所示。电流表通电后线圈转动，带动指针偏转；撤去磁体再次通电，指针不动。这说明电流表指针偏转的原因是通电线圈在　 　中受力转动，这与　 　的工作原理相同。
（2）若让电流从电流表的“-”接线柱流入，“+”接线柱流出，指针偏转方向会与（1）中的指针偏转方向　 　，因此使用电流表时不能把接线柱接反。
7．
（1）小明同学利用光具座、凸透镜、蜡烛、光屏等实验器材探究凸透镜成像的规律，他将蜡烛移至光具座 20 cm刻度线处，如图16甲所示，移动光屏，直到烛焰在光屏上成清晰的像，则该像是倒立、　 　 的实像。生活中的　 　 （“放大镜”“投影仪”或“照相机”)就是利用这种成像规律工作的。
（2）如图乙所示，在配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，看到的现象是硝化棉燃烧起来。这是因为活塞压缩空气，使空气的内能　 　 (选填“增大”或“减小”)，温度升高，这一过程与内燃机工作的　 　冲程原理相同。
（3）如图丙所示的实验中，闭合开关前观察到铝棒 ab 处于静止状态；闭合开关后观察到铝棒ab 向左运动。利用这一原理可以制成　 　 (选填“发电机”或“电动机”)；断开开关，只把磁体的两极对调，闭合开关观察到铝棒 ab向　 　运动。
8．小宇组装了如图甲所示的装置进行实验探究。
（1）在图甲中，闭合开关，观察到铝棒ab向右运动，说明通电导体在__中会受到力的作用，利用此原理可制成　 　(选填“电磁铁”“电暖器”或“电动机”)；断开开关，把电源正、负极对调后接入电路，闭合开关，观察到ab向左运动。以上过程，说明通电导体的受力运动方向与　 　方向有关。该实验中铝棒ab运动的过程涉及的能量转化为：将电能转化为　 　能。
（2）实验后，小宇了解到扬声器的原理与该实验类似，于是如图乙，把扬声器连接到在干电池上(电流足够大)，发现扬声器不能持续发声，分析后得知，如果想要线圈在磁场受力带动锥形纸盒来回振动，产生声音，则需要给线圈通入　 　(选填“变化的电流”或“恒定的电流”)。
9．福建舰是中国第一艘采用弹射起飞技术的常规动力航母，它装备有三条电磁弹射器，这种先进的起飞方式可以大大提高舰载机的出动效率，缩短起飞时间，增强航母的作战能力。
（1）福建舰搭载的歼20战斗机空重17000kg，最大起飞质量34000kg，空载时战机重力　 　N，若歼20与航母甲板接触面积为，那么当它为最大起飞质量时，对甲板的压强是　 　Pa；
（2）歼20为最大起飞质量时，它所受阻力是重力的0.1倍。若甲板长度为320米，求起飞时歼20所做的功是　 　J，歼20起飞用时8秒，求它的有用功率为　 　kW；
（3）电磁弹射的原理为　 　（选填“电磁感应现象”或“通电导线在磁场中受力运动”）。若电磁弹射发射的总功率保持不变，当电压变大时，力F将　 　（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
10．图是动圈式话筒（麦克风）和场声器（喇叭）的构造示意图，当人对着话筒说话时，产生的声音使膜片以及与之相连的线圈一起振动，线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音变化而变化的电流，变化的电流经放大器放大后，又通过扬声器的线圈，由于通过线圈中的电流是交变电流，通电线圈就在磁场中来回振动，带动纸盆也来回振动，扬声器就发出声音．
根据以上原理，请思考并回答：
（1）图示装置的主要目的是为了改变声音的　 　（填“音调”“响度”或“音色”）；
（2）话筒是一种把声音信号转化为电信号的装置，它利用了　 　原理；
（3）扬声器是把电信号转化为声信号的装置，其中的线圈振动的原因是　 　．
11．如图所示的演示实验，给直导线（铝棒）通电，观察到直导线运动起来．

（1） 　 　 就是根据这个原理制成的（选填“电动机”或“发电机”）
（2）当改变直导线中的电流大小时，发现导线运动情况不同，请根据这个现象提出一个可探究的问题 　 　
12．运用知识解决问题：
（1）如图1所示的实验装置图中，属于研究电动机原理的是　 　 ，这个过程中　 　能转化为　 　 ，电动机在生活中的应用实例有　 　 　 　 ．
（2）如图2是继电器利用低电压来间接控制高电压电路的一个装置电路．当低压电路的开关S闭合时，电磁铁具有　 　 ，衔铁被　 　 　 　 ，使高压工作电路中有电流通过，电动机工作．
（3）如图3的电路盒面板上有两个灯L1、L2，两个开关S1、S2，一个电压表，一个电流表．在不打开盒子的情况下，为探究盒内电路结构，进行了如下实验：
只闭合开关 S1 S2 S1、S2
L1 不亮 亮 不亮
L2 不亮 亮 亮
电流表示数 无示数 有示数0.2A 有示数0.3A
电压表示数 无示数 有示数1.6V 有示数2.8V
请根据实验情况在方框内画出盒内电路的电路图．
13．如图所示为小玲和小辉同学制作的一种直流电动机模型，他们用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连；用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮，将线圈放在支架上，蹄形磁体放在线圈周围．
（1）直流电动机的工作原理是利用　 　 有力的作用．
（2）按他们这种方法刮漆，线圈在刚转过平衡位置时　 　 （选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”），目的是使线圈能够　 　
（3）可以通过改变　 　 方向，改变线圈的转动方向（填一种方法）．
（4）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是　 　 ，这时可进行的有效尝试是　 　
14．在观察“磁场对通电直导线的作用”活动中，小晴按照图示组装实验器材。
（1）为完成该观察活动且实验效果明显，放在蹄形磁体磁场中的直导线EF应选择下列哪种金属棒（金属棒为实心且形状体积相同，）（　　）
A．铁棒 B．钢棒 C．铜棒 D．铝棒
（2）选择恰当直导线后，将滑动变阻器的滑片移动到适当位置，闭合开关，看到直导线EF向右运动，说明磁场对通电导体有力的作用，　 　（选填“发电机”“电动机”或“电磁铁”）就是根据该原理制成的。
（3）将滑动变阻器的滑片向右端移动，发现直导线EF向右运动并摆起的幅度更大，这说明磁场对通电导体作用力的大小与　 　有关；改变电流方向，导体向另一方向运动，这说明导体运动方向与　 　有关。
（4）若要使直导线运动速度加快，除了增大电流，还可采取的方法（写出一种）：　 　。
（5）若想用上述器材研究电磁感应现象，闭合开关前，应将电路中的电源换成　 　（选填“小灯泡”“电压表”或“灵敏电流计”），再闭合开关，让导线EF左右切割磁感线运动，较清楚的观察实验现象。
15．如图所示的演示实验，给直导线（铝棒）通电，观察到直导线运动起来．
（1）　 　就是根据这个原理制成的（选填“电动机”或“发电机”）．
（2）当改变直导线中的电流大小时，发现导线运动情况不同，请根据这个现象提出一个可探究的问题 　 　．
16．学习了电动机后，小刚同学采取了下列办法自制了一个小型电动机，把漆包线绕成约1cm×2cm的矩形线圈，线的两端各留约5cm作为引线，从矩形短边引出（如图甲），然后用小刀刮去两条引线的漆皮，其中一端全部刮去，另一端刮去上半周或下半周（如图乙），这就是电动机的线圈。用钳子把粗铜丝或曲别针弄弯，做两个支架，固定在硬纸板上，永磁体放在线圈下，小型电动机就做成了（如图丙）。用手转一下小线圈，它就会连续不断的转下去。
（1）引线有一端只刮去半周漆皮的目的是使线圈在转动过程中，每转一周只有半周线圈中有电流通过，从而使　 　；
（2）当线圈中没有电流通过时，线圈由于　 　仍能继续转动；
（3）图乙一端只刮去半周漆皮，这一设想所起的作用与实际电动机中　 　装置相似。
17．厨房里涉及很多物理知识：
（1）排风扇工作时将电能转化为　 　能；
（2）光滑墙壁上的吸盘式挂钩是在　 　的作用下被压在墙壁上的。
（3）“镜中花”、“水中月”属于光的　 　现象（选填“折射”或“反射”）
18．如图为直流电动机模型．
（1）直流电动机的工作原理是　 　 ．电动机工作时，能够使线圈平稳、连续不停地转动下去是靠　 　 来实现的．
（2）若要改变电动机的转动方向下列方法中可行的是（　　）
A．同时改变电流方向和磁场方向
B．只改变电流方向或只改变磁场方向
C．使电动机线圈中的电流增大
D．使磁场增强
（3）下列家用电器中应用了电动机的是（　　）
A．洗衣机 B．电饭锅 C．电热水壶 D．电热毯
19．如图所示，是互助小组制作的一台简易电动机，用硬金属丝做两个支架，分别与电池的两级相连，用漆包线绕成一个矩形线圈，以线圈引线为轴．用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端刮去半周漆皮．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，线圈就会不停的转动起来．请问：
（1）刮漆皮的目的是使线圈能够　 　 ．线圈一端刮去半周漆皮的作用相当于　 　 （填实际电动机某一部件的名称）
（2）推一下线圈的原因是：　 　
（3）线圈不停转动的原因是：　 　
（4）要使线圈的转动方向发生改变，请提出两个方案： 　 　
20．星期一升国旗后，校长通过话筒向全体同学讲话，同学们从高音喇叭聆听到了校长的讲话声音，请用学到的知识解释下面的问题：
（1）与电话相类比，这里的话筒相当于什么，为什么？简述话筒的工作原理；
（2）与电话相类比，喇叭相当于什么，为什么？简述它的工作原理．
21．进一步探究：
晓丽在研究磁场对电流作用的实验中，将直导线换作一块厚度为d、宽度为b的导体板．如图所示，将电压表连在导体板的两侧，发现电压表指针发声偏转，进一步做了如下实验：

（1）请你将表中的空格填上
板的材料 板的厚度 通入板的电流 磁场强弱 电压表示数
甲 d I B U1
乙 d I B U2（U2≠U1）
甲 2d I B 0.5U1
乙 d 2I B 2U2
甲 d I 2B 2U1
乙 0.5d 3I 3B
　 　
（2）请你利用上述装置及电源、滑动变阻器、弹簧、小烧杯、开关各一个，导线若干．设计一个可以通过电压表示数比较液体密度大小的装置．
①请在右框内画出装置示意图．
②说明工作过程．
③上述过程中液体密度的大小不能直接比较，而是通过电压表示数来比较的，这是利用了什么方法？
22．阅读短文，回答问题．
汽车的再生制动器
目前大多数汽车刹车时均采用油压制动．油压制动刹车时消耗的动能转化为内能释放掉，形成了能源的浪费．而现在的混合动力汽车采用再生制动器，它能把汽车刹车制动时消耗的动能转化为电能储存起来，同时产生汽车所需的制动力，从而有效减少了汽车的燃油消耗、污染物排放和制动器摩擦片的磨损．
汽车刹车时再生制动器是无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器配合使用，产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求．若某汽车以72km/h的速度行驶，刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化的关系如表：
时间t/s 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
再生刹车阻力f/×103N 8.0 8.1 8.4 9.0 10.0 10.0 10.0 7.5 5.0
再生制动器只会把一部分的动能再生使用，其余的动能转化为内能．汽车正常行驶时，将发动机关闭直至汽车停止的过程中，通过再生制动器将动能转化为电能的效率称为储能效率．储能效率根据不同的使用环境有所不同．
（1）从能量转化的角度看，汽车再生制动器相当于　 　 ．（电动机/发电机）
（2）汽车刹车时，再生制动器所产生的刹车阻力大小随时间的变化情况是（　　）
A．逐渐增大 B．先增大后不变
C．先增大后减小 D．先增大，后不变，再减小
（3）在甲图中画出汽车刹车时再生制动器0～0.8s内产生的刹车阻力随时间变化的图象．
（4）如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×104N，由图甲可知t=0.5s时，油压制动器还需产生　 　 N的刹车阻力．
（5）某次测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，画出了对应的Ek﹣s图象如乙图所示．由图象可以求出此次测试中的储能效率为（　　）
A．40% B．60% C．66.7% D．90%
23． 电动自行车调速系统
常用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随磁场增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中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，控制开关K的通断，当U1小于U0时，UK=1V，图甲中开关K闭合，U1大于U0时，UK=0，开关K断开。
正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间周期性变化，如图乙所示，控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约一万次；当U0增大，每次开关K闭合与断开时间的比值就增大，电动机的转速与每次开关K闭合与断开时间的比值相对应。
（1）电动自行车在行驶过程中主要的能量转化情况与下列哪种相同 （　　）
A．发电机 B．扬声器 C．话筒 D．电热水壶
（2）当控制电压UK=0时，电动机中　 　（选填”有“或“无”）电流通过。
（3）如图丙所示，将霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近。在此过程中，霍尔传感器产生电压的变化情况是　 　。
（4）U1的变化一次需要的时间T约为 。
A．6x10-6s B．6×10-3s C．6×10-2s D．6×10-1s
（5）电动自行车在行驶过程中，转动手柄旋转套后，车速增大，与转动前相比，下列判断
正确的是 。
A．霍尔传感器产生的电压U0减小 B．磁铁与霍尔传感器的距离减小
C．每次K闭合与断开时间之比变小 D．每次K闭合与断开时间之比变大
答案解析部分
1．【答案】（1）电源；铝棒
（2）竖直向上；不是
【知识点】磁场对通电导线的作用
2．【答案】（1）通电线圈在磁场中受力转动
（2）电；机械
（3）磁极；电刷；铜半环；换向器
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
3．【答案】（1）铝棒
（2）力；电；机械
（3）左；磁场方向；电流
（4）电流大小
【知识点】磁场对通电导线的作用
4．【答案】（1）电源；铝棒
（2）不是
（3）B
【知识点】磁场对通电导线的作用
5．【答案】（1）磁场
（2）运动；通电
（3）相反；磁场方向
（4）相反；电流方向
（5）不能
【知识点】磁场对通电导线的作用
6．【答案】（1）磁场；电动机
（2）相反
【知识点】磁场对通电导线的作用
7．【答案】（1）缩小；照相机
（2）增大；压缩
（3）电动机；右
【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验；内能的利用及其意义；磁场对通电导线的作用
8．【答案】（1）电动机；电流；机械
（2）变化的电流
【知识点】声音的产生；磁场对通电导线的作用；直流电动机的构造原理与工作过程；扬声器和耳机的构造和原理
9．【答案】（1）；
（2）；
（3）通电导线在磁场中受力运动；变小
【知识点】功率计算公式的应用；压强的大小及其计算；磁场对通电导线的作用
10．【答案】（1）响度
（2）电磁感应
（3）通电线圈在永磁体的磁场中会受到磁力的作用
【知识点】动圈式话筒的构造和原理
11．【答案】（1）电动机
（2）通电导线在磁场中的受力情况与电流大小的关系
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
12．【答案】（1）（1）　；电　；机械　；电风扇　；洗衣机　
（2）磁性　；吸下　；接触　
（3）解：依次分析表中的数据与现象可以看出，当S1单独闭合后，所有元件均不工作，说明它的位置不在干路，只能控制个别元件的工作；当S2单独闭合后，所有元件均工作，说明它控制着整个电路的通断；当S1S2同时闭合时，灯L1不亮，说明它被短路，并通过电压表示数的变化可知，这不是一个并联电路，由此综合得出电路是一个串联电路，S2控制整个电路，S1与L1并联，电压表测L2两端的电压，电流表测电路中的电流．如图所示．
【知识点】磁场对通电导线的作用
13．【答案】（1）磁场对通电导体
（2）自动改变线圈中的电流方向；持续转动
（3）电流（或磁场）
（4）磁场太弱；换用较强的磁场（后两空合理即可）．
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
14．【答案】（1）D
（2）电动机
（3）电流大小；电流方向
（4）增大磁体磁性（或将导线换成轻质线圈）
（5）灵敏电流计
【知识点】磁场对通电导线的作用
15．【答案】（1）电动机
（2）通电导线在磁场中的受力情况与电流大小的关系．
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
16．【答案】（1）线圈可以连续转动
（2）惯性
（3）换向器
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
17．【答案】（1）机械
（2）大气压
（3）反射
【知识点】光的折射规律；大气压的综合应用；直流电动机的构造原理与工作过程
18．【答案】（1）通电线圈在磁场中受力转动；换向器
（2）B
（3）A
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
19．【答案】（1）改变线圈中的电流方向，使线圈在磁场中受力持续转动；换向器
（2）使线圈越过平衡位置
（3）通电线圈在磁场中受到力的作用
（4）只改变磁场方向；只改变电流方向．
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
20．【答案】（1）话筒相当于电话中的话筒，它们都是把声音信号转化为电流信号的装置，话筒内部都有永磁铁、膜片和线圈；说话时，声音使膜片振动，带动连在膜片上的线圈振动，切割磁感线产生变化的感应电流．
（2）喇叭相当于电话听筒，它们都是把电流信号转化为声音信号的装置，喇叭又叫扬声器，主要由锥形纸盒、线圈和永磁铁组成，线圈套在永磁铁的磁极上，纸盒和线圈相连，来自话筒的信号电流，流过线圈，产生大小变化的磁场，线圈与永磁铁相互作用而发生振动，从而带动锥形盒振动，发出声音．
【知识点】扬声器和耳机的构造和原理；动圈式话筒的构造和原理
21．【答案】（1）18U2
（2）解：（1）
（2）答：杯中分别装入等体积（或装满）不同密度的液体时，液体密度越大，质量越大，对弹簧的压力越大，使滑动变阻器的滑片向下移，这样，电阻增大，根据欧姆定律，电路中的电流增大，则电压表的示数增大
（3）应用了转换法
【知识点】磁场对通电导线的作用
22．【答案】（1）发电机
（2）D
（3）解：在图上描出再生刹车阻力和时间的对应点（0，8.0）（0.2，8.1）（0.4，8.4）（0.6，9.0）（0.8，10.0），然后用光滑的曲线连接起来．如图．
（4）1.4×103
（5）A
【知识点】直流电动机的构造原理与工作过程
23．【答案】（1）B
（2）无
（3）先减小，后增大
（4）B
（5）B
【知识点】磁场对通电导线的作用
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