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第15讲 电动机及其应用
知识要点：
1. 磁场对通电导体有力的作用，导体的受力方向与电流方向及磁场方向
的关系。
2. 通电线圈的平衡位置及其保持静止状态的原因。
3. 直流电动机的结构、工作原理及能量转化情况。
4. 换向器的结构和作用。
思维导图：
一、磁场对通电导体的作用
1. 磁场对通电导线的作用。
（1）通电导线在磁场中受到力的作用。
（2）通电导线在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关。只改
变电流方向或磁场方向，导线的受力方向改变；同时改变电流方向和磁
场方向，导线的受力方向不变。
（3）通电导线在磁场中受到的力的大小与电流大小和磁场强弱有关，
电流越大，磁场越强，受到的力越大。
2. 磁场对通电线圈的作用。
（1）通电线圈所在平面与磁感线相互不垂直时，线圈发生转动。
（2）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。
二、直流电动机
1. 工作原理：利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。电动机是
把电能转化为机械能的设备。
2. 构造：由磁体（定子）、线圈（转子）、换向器和电刷等构成。
3. 换向器的作用：当线圈转过平衡位置（线圈所在平面与磁感线垂直）
时，通过换向器改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向，使
电动机持续转动。
4. 直流电动机模型装好通电后电动机不能正常转动的原因及分析。
原因 分析
摩擦太大 轴与轴之间的摩擦太大；电刷与换向器接触得太紧
电流太小 电源电压太低；使用的滑动变阻器接入电路的阻值太
大
无电流 电刷与换向器接触不良；开关接触不良或开关未闭
合；电源处接触不良
元件装配位置
不当 线圈处于平衡位置，未将线圈轻轻拨动
难点解析：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。
知识点一：磁场对通电导线的作用
　【绵阳】如图甲所示，金属导体棒静置于条形磁铁N极的上方，当
通入向右的电流时，导体棒将垂直纸面向外运动。现调换磁铁的磁极，
并给导体棒重新通电，已知其中的自由电子向右做定向移动，如图乙所
示，则导体棒将 （　　）
A. 垂直纸面向外运动 B. 垂直纸面向内运动
C. 向上运动 D. 向下运动
　电子定向移动的方向与电流的方向相反，通电导体在磁场
中受力的方向与磁场方向、电流方向有关，据此进行分析。
　金属导体棒静置于条形磁铁N极的上方，当通入向右的电
流时，导体棒将垂直纸面向外运动；现调换磁铁的磁极，磁场的方向发
生了变化，并给导体棒重新通电，已知其中的自由电子向右做定向移
动，由于自由电子定向移动的方向与电流的方向相反，所以电流的方向
是向左的；由于磁场方向和电流方向同时改变，则导体棒受力的方向不
变，仍垂直纸面向外运动。
　A
　理解磁场对通电导线的作用是解题的关键。
　在“探究磁场对通电导线的作用”活动中，如图甲所示，实
验时小谦把铝棒ab放在磁场里，接通电源，让电流通过铝棒ab，观察到
铝棒ab向左运动，如图乙所示。
（1）小谦通过观察导线的运动方向来判断导线在磁场中受力的方向，
用到的科学方法是 。
转换法
（2）小谦将磁极的位置对调，闭合开关，观察到铝棒ab稳定时如图
丙所示，由此可知，通电导线在磁场中受力的方向与 方向
有关。
（3）如果小谦把如图丙所示实验中的电源正、负极对调，同时把蹄形
磁体的上、下磁极也调换一下，那么小谦将会观察到铝棒ab稳定时如
图 （填“乙”“丙”或“丁”）所示。
磁场
丙
知识点二：磁场对通电线圈的作用
　如图所示，分别给图中的两个矩形线圈通电。下列说法中正确的
是 （　　）
A. 图甲中的线圈转动，图乙中的线圈不转动
B. 图乙中的线圈转动，图甲中的线圈不转动
C. 甲、乙两图中的线圈都会转动
D. 甲、乙两图中的线圈都不会转动
　通电线圈在磁场中会受力转动，线圈的转动方向与磁场方
向、电流方向有关，线圈在平衡位置时，受平衡力的作用。
　根据图示可知，图甲中的线圈没有处于平衡位置，图乙中
的线圈处于平衡位置，因此给甲、乙两图中的线圈通电，图甲中的线圈
转动，图乙中的线圈由于受平衡力的作用，不会转动。
　A
　线圈在平衡位置是指线圈所在平面与磁感线垂直，并受平
衡力的作用。知道线圈在平衡位置的受力特点是解题的关键。
　如图所示为“线圈不能连续转动”的三幅实验图，下列说法
中不正确的是（　D　）
D
A. 三幅图中，导线ab、cd所受的磁力方向始终没有发生改变
B. 图乙中，线圈能够继续往下转动变成图丙所示，是由于惯性
C. 通电一段时间后，线圈abcd最终会停止在图乙所示的位置
D. 只要开关始终闭合，线圈abcd一定会在图乙所示的平衡位置左右摆
动，永不停止
知识点三：直流电动机
　如图所示为小金制作的简易直流电动机模型。他用金属丝做成两
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，并用小刀刮去轴的一端的全部漆皮，另一端只刮去上半周漆
皮。将线圈放在支架上，磁体放在线圈下。接通电源后用手轻推一下线
圈，线圈就会不停地转动起来。
（1）直流电动机的工作原理是 　　　 　。
（2）将轴一端的漆皮全部刮去，另一端刮去上半周。这样做是为了让
线圈能 　　 　。
（3）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能
连续转动，那么其原因可能是 　　　　　　　　　（写出一点即可）。
　（1）直流电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受力转
动。（2）采用这种刮漆方法与直流电动机中换向器的作用相同，据此
分析。（3）线圈不转动的原因可能是无电流、磁场太弱、开始时线圈
处于平衡位置等。
　（1）直流电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受力转
动。（2）在实验中，用小刀刮去轴的一端的全部漆皮，另一端只刮去
上半周漆皮，是为了使线圈在一个半周内受到磁力的作用，另一个半周
利用惯性转动，从而使线圈能持续转动。（3）如果电池、开关、导线
的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能连续转动，可排除无电流的情
况，可能是磁场太弱或开始时线圈处于平衡位置等。
　（1）通电线圈在磁场中受力转动　（2）持续转动　
（3）磁场太弱（或开始时线圈处于平衡位置，合理即可）
　本题考查直流电动机的结构与原理、工作过程以及故障判
断等，该实验中刮去漆皮与换向器的作用是相同的。
　如图甲所示为小明安装好的直流电动机模型（主要部件见
文字说明）。
（1）图甲中A部件的作用是
。
当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中
的电流方向
（2）小明将如图甲所示的电动机正确连入如图乙所示的电路中，闭合
开关后发现线圈不转。他轻拨线圈，线圈转动，说明拨线圈前线圈不转
的原因是 。
（3）如图乙所示，电动机在正常转动的过程中，线圈内部的电流方
向 （填“会”或“不会”，下同）发生改变，线圈外部的电流方
向 发生改变。
（4）线圈正常转动后，小明移动滑动变阻器的滑片，发现线圈的转速
发生变化，这说明线圈转速的大小与 大小有关。
线圈处于平衡位置
会
不会
电流
　小明在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，
了解到当电流与磁场方向垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与导体
中的电流大小、导体在磁场中的长度以及磁场强弱有关。他设计了如图
所示的装置探究磁场对通电导体的作用力大小与导体中的电流大小的关
系，实验步骤如下：①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一
蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下方的蹄形磁铁磁极间的
磁场方向垂直；②给导体通入电流I1，观察悬线偏转的角度α1；③给导
体通入电流I2（I2>I1），观察悬线偏转的角度α2；④给导体通入电流I3
（I3>I2），观察悬线偏转的角度α3；⑤比较α1、α2、α3的大小关系，
发现α3>α2>α1。
（1）本实验通过 　　　　　　　 　　　　　来比较通电导体受到的
作用力的大小。
（2）由该实验小明可获得的结论是 　　　　　　　　　　 　　。
（3）小明想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与磁场强弱是否
有关，请帮他设计实验方案： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　
　　　　　　　　　。
　（1）通过转换法比较悬线偏转的角度大小可以知道磁场
对通电导体的作用力大小。（2）根据导体中的电流大小与悬线偏转角
度的变化情况即可得出结论。（3）根据控制变量法进行分析。
　（1）由题意可知，磁场对通电导体的作用力越大，悬线
偏转的角度越大，所以通过比较悬线偏转的角度大小可以知道磁场对通
电导体的作用力大小。（2）由实验步骤可知，当导体中的电流越大
时，悬线偏转的角度越大，所以可获得的结论是磁场对通电导体的作用
力大小与导体中的电流大小有关，电流越大，磁场对通电导体的作用力
越大。（3）小明想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与磁场强
弱是否有关，根据控制变量法可知，实验中需要控制通过导体的电流不
变，改变磁场的强弱。
　（1）比较悬线偏转的角度大小　（2）磁场对通电导体的
作用力大小与导体中的电流大小有关，电流越大，磁场对通电导体的作
用力越大　（3）①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄
形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下方的蹄形磁铁磁极间的磁
场方向垂直；②给导体通入电流I1，观察悬线偏转的角度α1；③替换磁
性较强的蹄形磁铁，观察悬线偏转的角度α2；④再次替换磁性较上次
更强的蹄形磁铁，观察悬线偏转的角度α3
　本题探究磁场对通电导体的作用力大小与导体中的电流大
小、磁场强弱的关系，在实验中，注意控制变量法的运用，分析好自变
量、因变量和无关变量是解答的关键。
1. 如图所示，闭合开关，铜棒向左运动，为使铜棒向右运动，下列操作
中不可行的是（　D　）
A. 只对调电源的正、负极
B. 只对调磁体的N、S极
C. 导线①接A、C两接线柱，导线②接B、D两接线柱
D. 同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极
D
2. 关于换向器的作用，下列说法中正确的是（　D　）
A. 直流电动机的换向器既可以改变线圈中的电流方向，又可以改变线圈
外部的电流方向
B. 直流电动机的换向器是将线圈外部电路的直流电变成线圈中的交流电
C. 直流电动机的换向器可用来改变电流的大小和方向
D. 当直流电动机的线圈刚转过平衡位置时，换向器能立即改变线圈中的
电流方向
D
3. 如图所示，线圈abcd位于磁场中，S与1接通时，ab段导线受到的磁力
F的方向向上；当S改为与2接通时，ab段导线受到的磁力（　A　）
A. 方向向下 B. 方向向上
C. 为零，因为电源反接 D. 为零，因为电路一定是断路
A
4. 小明组装好如图所示的电动机，接入电路进行调试，闭合开关后发现
电动机不转动。此时小明为了检查出问题所在，他应优先进行的操作是
（　C　）
A. 换用磁性更强的蹄形磁铁
B. 检查电刷与换向器是否接触不良
C. 轻轻拨一下线圈
D. 给电动机提供更大的电压
C
5. 如图所示为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析中不
正确的是（　C　）
A. 在图甲、乙所示的这两个时刻，导线ab中的电流
方向不同
B. 在图甲、乙所示的这两个时刻，导线ab受到的磁
力方向不同
C. 在图乙所示的位置，导线ab和cd受到的两个力相
互平衡
D. 由上往下看，线圈中的电流均为顺时针方向
C
6. 【黄冈】如图所示为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 （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，此现象中能量的转化情况是
。
左右往复
通电导体
电能转化为
机械能
7. 为研究通电导体在磁场中受力大小的影响因素，小明利用弹簧测力
计、粗细和材料相同的不同导体在同一磁场中进行相关实验，得到的实
验数据如下表所示：
实验次序 导体长度
/m 通过导体的电流/A 导体受到的磁场的作用
力/N
1 0.1 0.2 2
2 0.2 0.2 4
3 0.2 0.4 8
（1）实验中除了弹簧测力计外，还需要用到的测量仪器有
。
（2）本实验基于的猜想是
。
（3）分析表中数据，若保持导体的材料、粗细与所处的磁场不变，当
导体长度为0.3 m、通过导体的电流为0.3 A时，导体受到的磁场的作用
力为 N。
刻度尺、
电流表
通电导体在磁场中受到的力的大小可能与
导体长度、通过导体的电流大小有关
9
8. 如图所示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线
圈，OO'为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈沿顺时针方向转
动，则（　C　）
A. 螺线管的F端为N极，P端为N极
B. 螺线管的F端为S极，P端为S极
C. 将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈仍沿顺
时针方向转动
D. 将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将沿逆
时针方向转动
C
【解析】由题图可知，电流从螺线管的左端流入、右端流出，根据右手
螺旋定则可知，通电螺线管EF的E端为N极、F端为S极，通电螺线管PQ的
P端为N极、Q端为S极；若只将电源的正、负极对调，则电流的方向发
生改变，两个螺线管的磁极方向也发生了改变，即线圈所处磁场方向改
变，则线圈受到的磁力的方向不改变，线圈的转动方向与原来的转动方向相同，即沿顺时针方向转动。
9. 如图所示，闭合开关后线圈缓慢连续转动，则小灯泡的发光情况是
（电流通过灯丝，小灯泡就发光）（　C　）
A. 一直不发光 B. 一直发光
C. 时亮时灭 D. 以上情况均有可能出现
C
【解析】题图为电动机的原理示意图，当电流通过线圈时，线圈会
受到磁力的作用而转动。由于线圈能够连续转动，说明线圈的漆皮
一端被全部刮掉，另一端被刮掉上半周或下半周，即线圈有半周是
在通路状态下由于磁场对通电导线的作用而转动，有半周是在断路
状态下依靠惯性而转动，这样周而复始线圈才能连续转动，故小灯
泡的发光情况是时亮时灭。
10. 某活动小组的同学用一根金属铜线、一块强磁铁、一节一号干电池
都分别成功做出了各自简易的电动机，如图甲、乙所示分别是小明和小
强做成的电动机。在他俩的展示过程中，细心的小敏发现两个铜线框的
转动方向是相反的。
（1）图中金属铜线可以绕电池持续转动的原理是
。
（2）甲、乙两图中铜线框的转动方向相反的原因是
。
通电线圈在磁场中
受力而转动
贴近电池一侧强
磁铁的极性不同
11. 【温州】某项目学习小组通过实验发现，装在筒内的电动机带动风
叶转动时，电动机的转动方向发生改变，气流方向也发生改变，如图甲
所示。于是他们想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”：既能收集
书桌上的小纸屑，又能吹风纳凉。他们制定的产品评价表如下：
评价
指标 评价等级 优秀 合格 待改进
指标
一 能吸纸屑、吹风且
风速可调 能吸纸屑、吹风，
风速不可调 只能吸纸屑或只能
吹风
指标
二 吸纸屑后，吹风时
无纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时
有部分 纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时
全部
纸屑吹出
小组同学设计了如图乙所示的电路，利用带风叶的电动机、电
池、旋钮式电阻等材料制作模型，其工作原理示意图如图丙所示。
（1）如图乙所示，通过切换开关S，可以改变电动机转向的原因
是 。
（2）将开关S与“1”连接，旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时，电动
机的转速将 （填“变快”“不变”或“变慢”）。
（3）对模型进行测试时，其“指标一”为优秀。结合评价表，判断
该模型的“指标二”评价等级为 。
改变了通过电动机的电流方向
变慢
合格
12. 如图所示，圆环形绝缘凹槽内装满水银，水银的内、外侧用导线接
入电路，圆心处放置一块圆柱形磁铁，闭合开关后，发现水银沿逆时针
方向流动。小明进行了如下操作：先对调电源的正、负极，再对调磁铁
的南、北极，则该操作中水银的流动情况是（　C　）
A. 一直沿顺时针方向流动
B. 一直沿逆时针方向流动
C. 先沿顺时针方向流动，再沿逆时针方向流动
D. 先沿逆时针方向流动，再沿顺时针方向流动
C
【解析】水银是导体，水银的内、外侧用导线接入电路，通电后，
会在磁场中受力而运动起来。通电导体在磁场中的受力方向与磁场
方向和电流方向有关，对调电源的正、负极后，电流方向发生改
变，因此水银的受力方向改变，水银沿顺时针方向流动；再对调磁
铁的南、北极，磁场方向改变，则水银的受力方向再一次改变，此
时水银沿逆时针方向流动。
13. 有人制作了一个“电池磁力小火车”，他把由铁铷合金制作的超强磁
铁分别吸附在电池的正、负极两端制成“小火车”，并将其整个放入自制
的铜质螺线管中，发现电池与磁铁竟然沿着螺线管向右运动起来，直到
从螺线管的另一端穿出（如图甲所示）。小明对“小火车”为什么会运动
非常感兴趣，便动手进行了实验。
（1）如图甲所示，两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推
测：只有当线圈中有电流通过时，“小火车”才会受力运动。为验证这一
假设，他需要进一步的操作是 。
将电池的一端与磁铁断开
（2）预测图乙所示的“小火车”将向 （填“左”或“右”）运动。
（3）要让“小火车”更快地通过螺线管，可以采取的措施是
（写出
一种方法）。
（4）欲使“小火车”由静止开始顺利通过螺线管，下列摆放方式中可行
的是 （填字母）。
A. B.
C. D.
左
增强磁铁
的磁性（或使螺线管的绕线更密集，或换用电压更大的电池）
A

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