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人教版2024九年级上册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第二十章 电与磁
专题53 电动机
物理观念：知道磁场对通电导线有力的作用。知道磁场对通电导线作用力的方向与通电导线的电流方向、磁场方向有关。了解电动机的构造、工作原理及其能量转化。
科学思维：通过对通电导线在磁场中受力情况的分析体验概括规律的过程及会用控制变量法方法。
科学探究: 经历磁场对通电导线作用力的探究过程。积极参与简易电动机制作。
科学态度与责任担当：通过学习我国自主设计和制造的航空母舰，激发民族自豪感。
【学习目标】贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1．知道磁场对通电导体有力的作用，知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关；
2．知道直流电动机的原理和主要构造；
3．了解直流电动机的优点及其应用。
本节课重点难点
重点：磁场对通电导线的作用。
难点：直流电动机的构造和工作原理。
知识点1 磁场对通电导线的作用
1. 探究磁场对通电导线的作用
【提出问题】通电导线在磁场中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向与什么因素有关？
【猜想】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向可能与磁场的方向、导体中电流的方向有关。
【设计并进行实验】
①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动，记录实验现象。
②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察记录现象。
③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察记录现象。
④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象。
⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象。
【分析论证】
（1）分析实验①和②：在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。在实验②中，去掉蹄形磁体，接通电源，直导线ab不运动。说明通电导体在磁场中才会受到力的作用。
（2）分析实验①和③：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说明通电导体在磁场中受力的方向跟电流的方向有关。
（3）分析实验①和④：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说明通电导体在磁场中受力的方向跟磁场的方向有关。
（4）分析实验①和⑤：同时改变直导线ab中的电流方向和磁场方向，通电导线受力的方向不变。
【实验结论】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系。
2. 探究磁场对通电线圈的作用
【想一想】实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。如果把一个通电线圈放在磁场中，它又会怎样运动呢？
【演示实验】
（1）使线圈静止在图乙所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈并没有运动。这是由于线圈上、下两个边受力大小相等、方向却相反。这个位置是线圈的平衡位置。
（2）使线圈静止在图甲所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。
（3）使线圈静止在图丙所示位置上，这是线圈冲过平衡位置以后所到达的地方。闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈逆时针转动，说明线圈在这个位置所受的力阻碍它沿顺时针方向转动。
【实验分析】线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。
【实验结论】通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动（选填“能”或“不能”）。
3. 换向器
【想一想】线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动下去。
如何改变线圈中电流的方向呢？实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。
（1）换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。
（2）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从我们这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
3. 直流电动机的工作原理
（1）如图甲所示，通电线圈在磁场中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动。
（2）如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性线圈转过平衡位置。
甲 乙 丙 丁
（3）如图丙所示，线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，线圈受力方向改变，仍然顺时针转动。
（4）如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，线圈继续转动。
知识点2 电动机的基本构造
1. 电动机的组成
电动机主要由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
2. 电动机的能量转化：电动机工作时，把电能转化为机械能。
3. 家用电器用到的一些电动机：例如，电吹风、豆浆机、电风扇、洗衣机、剃须刀、空调等都用到了电动机。
知识点3 扬声器
【想一想】学校的操场上挂着扬声器，收音机、电视机、音响中都有扬声器，我们能听到扬声器发出的悠扬声音。扬声器是怎样发出声音的呢？
1. 扬声器的作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。
2. 扬声器的结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆。
3. 扬声器的原理：当线圈中通有电流时，线圈受到永磁体的作用而运动；当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。
认为：通电导体在磁场中受力方向的变化情况可分为以下三类：
（1）只有电流方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（2）只有磁场方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（3）电流方向和磁场方向都与原来相反，则受力方向与原来相同。即“两反则不变”。
正确理解应该是：
通电导体在磁场中受力方向的变化情况可分为以下三类：
（1）磁场方向不变时，只有电流方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（2）电流方向不变时，只有磁场方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（3）电流方向和磁场方向都与原来相反，则受力方向与原来相同。
分析电动机不转的原因的思维方法
电动机不能转动的原因很多，归纳起来主要有以下几种：轴与支架、换向器与电刷之间摩擦太大；线圈平面刚好处在平衡位置；磁铁磁性太弱；电路中电流过小；电刷与换向器之间接触不良等。
当通电导体中的电流方向与磁感线方向垂直时,受到磁场力的作用;当通电导体中的电流方向与磁场方向平行(即电流方向与磁场方向相同或相反)时,所受磁场力的大小为零,所以通电导体放入磁场中不一定都会受到力的作用。
考点1 磁场对通电导线的作用
【例题1】小明用如图所示的实验装置探究磁场对通电导线的作用，闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，下列措施可行的是（　　）
A．断开开关 B．将蹄形磁体的N、S极对调
C．换用磁性更强的蹄形磁体 D．将滑动变阻器的滑片P向右移动
【答案】B
【解析】闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，可以将蹄形磁体的N、S极对调，改变磁场方向或者将电源的正、负极对调，改变电流方向，改变通电导体的受力方向，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。
（变式练1）如图是我国自主设计建造的航空母舰——福建舰上的电磁弹射装置的示意图，电磁弹射装置的弹射车与战斗机前轮连接，并处于强磁场中。当弹射车内的导体通以强大电流时，战斗机就会受到强大的推力而向前弹射飞出。电磁弹射装置的工作原理是（ ）
A．通电导体在磁场中受到力的作用 B．欧姆定律
C．焦耳定律 D．通电导体周围存在磁场
【答案】A
【解析】电磁弹射装置的弹射车与战斗机前轮连接，并处于强磁场中，当弹射车内的导体通过强大的电流时，战斗机就受到强大的推力而向前弹射飞出，由此可知，其工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
（变式练2）如图所示的实验中，闭合开关，观察到金属导轨上的铝棒在磁场中向左运动，这说明磁场对_______有力的作用，利用这一原理可以制成_______机，断开开关，将蹄形磁体的N、S极对调，再次闭合开关，观察到铝棒向_______（选填“左”或“右”）运动。
【答案】 通电导体 电动机 右
【解析】闭合开关后，铝棒内有电流通过，在磁场中受力运动，该现象说明磁场对通电导体有力的作用；
电动机就是利用“通电导体在磁场中受力运动”这一原理制成的；
通电导体的受力方向与磁场方向、电流方向有关：本题只对调磁体N、S极，仅磁场方向反向，电流方向不变，因此铝棒受力方向反向，原来向左运动，对调后变为向右运动。
（变式练3）在研究“磁场对通电导体的作用”实验中。
（1）利用如图所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入 ，根据该原理可制成 ；
（2）①在乙图中，通电后cd段导线受磁场力F1的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力F2的方向是 ，F1与F2 （选填“是”或“不是”）一对平衡力；
②要使图乙中的线圈持续转动，应在其外部加装 ，自动改变线圈中电流方向。
【答案】（1）电源 电动机 （2） 竖直向上 不是 换向器
【解析】（1）利用如图所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，即必须有电源，所以在a、b间应接电源；利用该原理制成了电动机。
（2）①在乙图中，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时，ab段导线通过的电流方向与cd段相反，故ab段导线所受磁场力的方向是竖直向上；这两个力不作用在一条直线上，故这两个力不是一对平衡力。
②要使图乙中的线圈可以持续转动，是在外部加装了换向器，当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，它能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。
考点2 电动机的基本结构原理
【例题2】（2026四川遂宁）2026年春节，遂宁圣莲岛的夜空被千架无人机点亮，上演科技与年味的硬核碰撞。无人机通过电动机带动螺旋桨转动升空。下列四幅图与无人机的电动机工作原理相同的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】无人机的电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动。
A．图中演示的奥斯特实验，原理是电流的磁效应，故A错误；
B．电路包含电源、磁体、导体棒，演示的是通电导体在磁场中受力的作用，是电动机的原理，故B正确；
C．电路有电流计无电源，闭合电路的一部分导体在做切割磁感线运动时，会产生感应电流，是电磁感应现象，为发电机原理，故C错误；
D．图中探究的是电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，故D错误。
本题选择与电动机工作原理相同的，故选 B。
（变式练1）如图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析错误的是（ ）
A．导线ab中的电流在这两个时刻方向不同
B．导线ab在这两个时刻受到的磁场力方向相同
C．图甲中导线cd和图乙中导线ab受到的磁场力方向相同
D．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向
【答案】B
【解析】A．直流电动机中，换向器的作用是改变线圈中的电流方向，从图中可以看出，甲、乙两个时刻线圈的位置不同，换向器改变了电流方向，所以导线ab中的电流在这两个时刻方向不同，故A正确，不符合题意；
B．在甲图中，导线ab中的电流方向是从b到a；在乙图中，导线ab中的电流方向是从a到b，而磁场方向相同。所以导线ab在这两个时刻受到的磁场力方向不同，故B错误，符合题意；
C．在甲图中，导线cd中的电流方向是从d到c；在乙图中，导线ab中的电流方向是从a到b，两者电流方向一致，所处磁场的方向也相同，所以甲中导线cd和图乙中导线ab受到的磁场力方向相同，故C正确，不符合题意；
D．由图可知，甲中电流方向为dcba，乙中电流方向为abcd，从上方往下看，线圈中电流均为顺时针方向，故D正确，不符合题意。故选B。
（变式练2）直流电动机换向器的作用是（ ）
A．改变直流电源中的电流方向
B．改变电动机线圈的转动方向
C．改变流经电动机中的电流方向
D．以上说法都不对
【答案】C
【解析】换向器的作用是：当线圈刚转过平衡位置时自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向．故C正确，ABD错误．
（变式练3）图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则（　　）
A．螺线管F端为S极，P端为N极
B．螺线管F端为N极，P端为S极
C．若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动
D．若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将逆时针转动
【答案】AC
【解析】AB．由图可知，电流从螺线管EF的左端流入，根据安培定则可知，E端为N极，F端为S极。电流从螺线管PQ的左端流入，根据安培定则可知，Q端为S极，P端为N极，故A符合题意，B不符合题意；
CD．由题意知，闭合开关，此时从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动。线圈受力转动的方向与磁场方向和电流方向有关，若将电源的正负极对调，则螺线管中电流方向与原来反向，根据安培定则可知，螺线管的磁极改变，且电动机线圈中的电流方向与原来相反，则线圈受到磁场力的方向不会发生改变，即从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动，故C符合题意，D不符合题意。故选AC。
考点3 扬声器
【例题3】如图是动圈式扬声器及其构造的示意图，扬声器由音圈、永磁体、锥形纸盆等组成。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈就会受到磁场的作用力而前后往复运动，从而带动纸盆来回振动，发出声音。下列说法正确的是（　　）
A．扬声器是依据电磁感应现象制成的
B．音圈中的电流方向改变时，其所受磁场的作用力的方向也发生改变
C．扬声器的工作原理与电动机的工作原理相同
D．扬声器在工作过程中，主要将电能转化为机械能
【答案】BCD
【解析】A．扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故A错误；
B．通电导体在磁场中受到的力的方向与磁场方向、电流方向有关，则音圈中的电流方向改变、磁场方向不变时，其所受磁场的作用力的方向也发生改变，故B正确；
C．电动机的工作原理与动圈式扬声器的工作原理相同，都是通电导体在磁场中受到力的作用，故C正确；
D．动圈式扬声器工作过程中，主要将电能转化为机械能，故D正确。
故选BCD。
（变式练1） 电磁学作为现代科技的核心基础，推动了社会进步，提升了生活质量。下列关于各图的描述正确的是（ ）
A. 图甲中电磁继电器利用了电磁感应的原理
B. 图乙是发电机的工作原理图
C. 图丙中扬声器利用了通电导线在磁场中受到力的作用
D. 图丁中动圈式话筒利用了电流的磁效应
【答案】C
【解析】A．图甲中电磁继电器实质是利用电磁铁控制工作电路的开关，利用了电流的磁效应，故A错误；
B．图乙中有电池做电源，闭合开关后，线圈中有电流，发生转动，是电动机，不是发电机，故B错误；
C．图丙中扬声器利用了通电导线在磁场中受到力的作用，将电能转化为机械能，从而将电信号转化为声信号，C正确；
D．图丁中动圈式话筒是利用膜片振动产生变化的电流，是利用了电磁感应的原理，故D错误。故选C
（变式练2） 图甲是USB迷你电风扇，下列装置中与它的核心部件（电动机）原理相同的是（　　）
A. 司南 B. 电铃
C. 麦克风 D. 扬声器
【答案】D
【解析】电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用而运动。
A．思南是利用地磁场指示南北方向的，故A不符合题意；
B．电铃通上电后，里面的电磁铁就具有磁性，是利用电流的磁性应工作的，故B不符合题意；
C．对着麦克风讲话，声波迫使里面的线圈振动，同时切割磁感线，产生感应电流，所以利用的是电磁感应原理，故C错误；
D．扬声器工作时，带有声音信息的电流通过磁场中的线圈时，线圈受到力的作用而运动，从而带动纸盒运动，利用的原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故D符合题意。故选D。
（变式练3）如图在扬声器的线圈两端连接干电池，扬声器______持续发声，线圈______持续受到磁场的作用力。（均选填“会”或“不会”）
【答案】 不会 会
【解析】通电线圈在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关，由于电池提供的电流是直流电，即电流的方向不变，同时扬声器内的永磁体的磁场方向不变，故线圈的受力方向不变，始终受到向某一方向的力，无法持续振动发声。
只要有电流持续通过线圈，线圈就会持续受到磁场力的作用，但不能振动发声。
1．如图所示，下列电器中不是应用电流热效应工作的是（　　）
A．电风扇 B．电熨斗 C．电水壶 D．电饭锅
【答案】A
【解析】A．电风扇中的电动机通电后电风扇转动，电能转化成了机械能，这利用的是磁场对通电导体有力的作用，不是应用电流的热效应，故A符合题意；
BCD．电熨斗、电水壶、电饭锅在使用时，电能转化成内能，所以它们利用的都是电流的热效应，故BCD不符合题意。故选A。
2. 如图所示是“探究电动机转动原理”的实验装置，闭合开关后，金属杆向左运动，要使金属杆向右运动，应采取的措施是（　　）
A. 磁场方向不变，改变电流方向
B. 同时改变电流方向和磁场方向
C. 电流大小不变，改变磁场强弱
D. 同时改变电流大小和磁场强弱
【答案】A
【解析】AB．若要让金属杆向右运动，改变金属杆的受力方向，可以改变电流方向或改变磁场方向，但不能同时改变电流方向、磁场方向，故A正确、B错误；
CD．导体受力方向与电流的大小和磁场的强弱无关，故CD错误。故选A。
3. 下列实验装置能体现电动机工作原理的是（　　）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理制成的。
A．开关闭合后，通电导体受到磁场的作用，可以在导轨上运动，将电能转化为机械能，这符合电动机的工作原理，故A符合题意；
B．电源、开关、滑动变阻器、定值电阻和电流表串联，电压表并联在定值电阻两端，此实验为测量定值电阻的阻值或探究电流与电压、电阻关系的实验，故B不符合题意；
C．闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中会产生电流，这是电磁感应现象，是发电机的工作原理，故C不符合题意；
D．闭合开关，通电螺线管中有电流流过时，会产生磁性，吸引悬挂的铁块，利用的是电流的磁效应，通过滑动变阻器改变电路中的电流，观察悬挂的铁块弹簧的伸长量判断磁性的强弱，可以研究电磁铁磁性的强弱与电流大小的关系，故D不符合题意。故选A。
4. （2025黑龙江绥化）电动自行车的主要动力装置是电动机。下列选项中与电动机工作原理相同的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】A．该图是电铃工作原理图，利用电流的磁效应工作，故A不符合题意；
B．该图是发电机工作原理图的一部分，基于电磁感应原理（闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流），故B不符合题意；
C．该图是奥斯特实验原理图，表明电流周围存在磁场，体现电流的磁效应，故C不符合题意；
D．该图有电源，闭合开关后，导体在磁场中会受力运动，与电动机工作原理（通电导体在磁场中受力运动 ）相同，故D符合题意。故选D。
5．如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动，下列分析正确的是（　　）
A．电动机在转动过程中，消耗的电能全部转化为机械能
B．同时对调磁极和电源的正负极，电动机的转动方向会发生改变
C．当线圈在图示位置时，ab边所受力的方向与cd边所受力的方向相反
D．该装置所用到的实验原理为电磁感应
【答案】C
【解析】A．电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能，故A错误；
B．同时对调磁极和电源的正负极，磁场方向和电流方向均改变，电动机的转动方向不变，故B错误；
C．当线圈在图示位置时，ab边与cd边通过的电流方向相反，处在相同的磁场中，所以ab边所受力的方向与cd边所受力的方向相反，故C正确；
D．该装置所用到的实验原理是通电导体在磁场中受力运动，故D错误。故选C。
6．如图装置是电动机的工作模型，在工作过程中， 起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过 位置时，就自动改变线圈中的 ，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。
【答案】 换向器 平衡 电流方向
【解析】为了让电动机能够持续转动，在制作电动机时增加了换向器，当线圈刚好转过平衡位置时就自动改变线圈中的电流的方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。
7．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、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极水平指向极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的。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竖直向上，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，放入磁场中。闭合开关，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，正确的刮漆方法应该是下列哪两种 。
A．两侧全刮 B．一侧全刮，另一侧刮半周
C．两侧均刮上半周 D．一侧刮上半周，一侧刮下半周
【答案】 （1）电源 铝棒（2） 不是（3） BC
【解析】（1）探究磁场对通电直导线的作用，要给导体AB通电，所以应在、之间接入电源；因为磁铁能够吸引铁棒，磁场会对通电直导线的作用产生影响，所以不能用铁棒进行实验，而应选择轻质的铝棒。
（2）由图乙可知，段导线受磁场力的方向为竖直向下，段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这两个力不在同一条直线上，所以不是一对平衡力。
（3）为了使线圈能持续转动，需要在线圈转过平衡位置时改变线圈中的电流方向，可以将一端的漆全部刮掉，另一端刮半周；或者两侧都只刮上半周，这样线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，由于惯性会继续转动，相当于电动机中的换向器，故BC符合题意，AD不符合题意。
故选BC。
8. 研究电动机的工作过程。
（1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。线圈从图示位置再转动 度后线圈将恰好达到平衡位置，并最终停在该位置；
（2）乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了 ，该装置能在线圈 （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的 方向。
【答案】（1）电流（或通电线圈）； 电流方向不同；90；（2）换向器；刚转过； 电流方向。
【解析】（1）电动机的工作原理是磁场对电流（通电线圈）有力的作用。线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关；甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，是因为两侧的电流方向不同。
当线圈从图示位置再转动90度后，线圈将恰好达到平衡位置，此时受力平衡，最终会停在该位置。
（2）乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
9.研究电动机的工作过程，电动机的工作原理是磁场对______有力的作用。左下图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是______，线圈从图示位置再转动90度后线圈将恰好达到平衡位置，并最终停在该位置。右下图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了______。
【答案】通电导体 见解析 换向器
【解析】通电导体在磁场中受到力的作用，电动机是根据磁场对通电导体有力的作用的原理制成的。
线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关；图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，是因为两侧的电流方向不同。
图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
10．如图装置是电动机的工作模型，在工作过程中， 起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过 位置时，就自动改变线圈中的 ，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。
【答案】 换向器 平衡 电流方向
【解析】为了让电动机能够持续转动，在制作电动机时增加了换向器，当线圈刚好转过平衡位置时就自动改变线圈中的电流的方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。
11．换向器
（1）组成：两个铜质半圆环。如图所示，C和D构成换向器，它们中间断开，彼此绝缘，且跟电刷A和B接触，与电源组成闭合回路。
（2）作用：当通电线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的 方向，使线圈持续转动下去。
【答案】电流
【解析】在直流电动机中，换向器的作用是当通电线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向，使线圈持续转动下去。
电动机的发明
1821年法拉第完成了第一项重大的发明，1831年10月28日他成功地发明了一种简单的装置，事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。
迈克尔·法拉第（Michael Faraday，公元1791～公元1867），世界著名的自学成才的科学家，英国物理学家、化学家，发明家即发电机和电动机的发明者。
扩展资料：
法拉第在皇家研究院提供了大量成功的物理及化学演讲，名为“蜡烛的化学史”；这个演讲成为了皇家研究院圣诞节演讲之起源，此演讲并以法拉第为名。法拉第和威廉·休艾尔发明了许多如“电极”、“离子”等耳熟能详的字。
由于道德原因，法拉第拒绝参与为克里米亚战争制造化学武器。在伦敦萨弗伊广场，电工程师协会外，耸立著一个法拉第的雕像，而在布鲁内尔大学新建的一个接待厅以法拉第为名。法拉第的照片在1991年至2001年时，被印在20元的英镑纸币上。南极洲的前英国实验室：法拉第气候研究站以他为名，而电容则以法拉作为单位。
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人教版2024九年级上册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第二十章 电与磁
专题53 电动机
物理观念：知道磁场对通电导线有力的作用。知道磁场对通电导线作用力的方向与通电导线的电流方向、磁场方向有关。了解电动机的构造、工作原理及其能量转化。
科学思维：通过对通电导线在磁场中受力情况的分析体验概括规律的过程及会用控制变量法方法。
科学探究: 经历磁场对通电导线作用力的探究过程。积极参与简易电动机制作。
科学态度与责任担当：通过学习我国自主设计和制造的航空母舰，激发民族自豪感。
【学习目标】贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1．知道磁场对通电导体有力的作用，知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关；
2．知道直流电动机的原理和主要构造；
3．了解直流电动机的优点及其应用。
本节课重点难点
重点：磁场对通电导线的作用。
难点：直流电动机的构造和工作原理。
知识点1 磁场对通电导线的作用
1. 探究磁场对通电导线的作用
【提出问题】通电导线在磁场中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向与什么因素有关？
【猜想】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向可能与磁场的方向、导体中电流的方向有关。
【设计并进行实验】
①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动，记录实验现象。
②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察记录现象。
③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察记录现象。
④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象。
⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象。
【分析论证】
（1）分析实验①和②：在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。在实验②中，去掉蹄形磁体，接通电源，直导线ab不运动。说明通电导体在磁场中才会受到力的作用。
（2）分析实验①和③：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说明通电导体在磁场中受力的方向跟电流的方向有关。
（3）分析实验①和④：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说明通电导体在磁场中受力的方向跟磁场的方向有关。
（4）分析实验①和⑤：同时改变直导线ab中的电流方向和磁场方向，通电导线受力的方向不变。
【实验结论】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系。
2. 探究磁场对通电线圈的作用
【想一想】实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。如果把一个通电线圈放在磁场中，它又会怎样运动呢？
【演示实验】
（1）使线圈静止在图乙所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈并没有运动。这是由于线圈上、下两个边受力大小相等、方向却相反。这个位置是线圈的平衡位置。
（2）使线圈静止在图甲所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。
（3）使线圈静止在图丙所示位置上，这是线圈冲过平衡位置以后所到达的地方。闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈逆时针转动，说明线圈在这个位置所受的力阻碍它沿顺时针方向转动。
【实验分析】线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。
【实验结论】通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动（选填“能”或“不能”）。
3. 换向器
【想一想】线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动下去。
如何改变线圈中电流的方向呢？实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。
（1）换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。
（2）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从我们这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
3. 直流电动机的工作原理
（1）如图甲所示，通电线圈在磁场中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动。
（2）如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性线圈转过平衡位置。
甲 乙 丙 丁
（3）如图丙所示，线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，线圈受力方向改变，仍然顺时针转动。
（4）如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，线圈继续转动。
知识点2 电动机的基本构造
1. 电动机的组成
电动机主要由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
2. 电动机的能量转化：电动机工作时，把电能转化为机械能。
3. 家用电器用到的一些电动机：例如，电吹风、豆浆机、电风扇、洗衣机、剃须刀、空调等都用到了电动机。
知识点3 扬声器
【想一想】学校的操场上挂着扬声器，收音机、电视机、音响中都有扬声器，我们能听到扬声器发出的悠扬声音。扬声器是怎样发出声音的呢？
1. 扬声器的作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。
2. 扬声器的结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆。
3. 扬声器的原理：当线圈中通有电流时，线圈受到永磁体的作用而运动；当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。
认为：通电导体在磁场中受力方向的变化情况可分为以下三类：
（1）只有电流方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（2）只有磁场方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（3）电流方向和磁场方向都与原来相反，则受力方向与原来相同。即“两反则不变”。
正确理解应该是：
通电导体在磁场中受力方向的变化情况可分为以下三类：
（1）磁场方向不变时，只有电流方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（2）电流方向不变时，只有磁场方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（3）电流方向和磁场方向都与原来相反，则受力方向与原来相同。
分析电动机不转的原因的思维方法
电动机不能转动的原因很多，归纳起来主要有以下几种：轴与支架、换向器与电刷之间摩擦太大；线圈平面刚好处在平衡位置；磁铁磁性太弱；电路中电流过小；电刷与换向器之间接触不良等。
当通电导体中的电流方向与磁感线方向垂直时,受到磁场力的作用;当通电导体中的电流方向与磁场方向平行(即电流方向与磁场方向相同或相反)时,所受磁场力的大小为零,所以通电导体放入磁场中不一定都会受到力的作用。
考点1 磁场对通电导线的作用
【例题1】小明用如图所示的实验装置探究磁场对通电导线的作用，闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，下列措施可行的是（　　）
A．断开开关 B．将蹄形磁体的N、S极对调
C．换用磁性更强的蹄形磁体 D．将滑动变阻器的滑片P向右移动
【答案】B
【解析】闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，可以将蹄形磁体的N、S极对调，改变磁场方向或者将电源的正、负极对调，改变电流方向，改变通电导体的受力方向，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。
（变式练1）如图是我国自主设计建造的航空母舰——福建舰上的电磁弹射装置的示意图，电磁弹射装置的弹射车与战斗机前轮连接，并处于强磁场中。当弹射车内的导体通以强大电流时，战斗机就会受到强大的推力而向前弹射飞出。电磁弹射装置的工作原理是（ ）
A．通电导体在磁场中受到力的作用 B．欧姆定律
C．焦耳定律 D．通电导体周围存在磁场
（变式练2）如图所示的实验中，闭合开关，观察到金属导轨上的铝棒在磁场中向左运动，这说明磁场对_______有力的作用，利用这一原理可以制成_______机，断开开关，将蹄形磁体的N、S极对调，再次闭合开关，观察到铝棒向_______（选填“左”或“右”）运动。
（变式练3）在研究“磁场对通电导体的作用”实验中。
（1）利用如图所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入 ，根据该原理可制成 ；
（2）①在乙图中，通电后cd段导线受磁场力F1的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力F2的方向是 ，F1与F2 （选填“是”或“不是”）一对平衡力；
②要使图乙中的线圈持续转动，应在其外部加装 ，自动改变线圈中电流方向。
考点2 电动机的基本结构原理
【例题2】（2026四川遂宁）2026年春节，遂宁圣莲岛的夜空被千架无人机点亮，上演科技与年味的硬核碰撞。无人机通过电动机带动螺旋桨转动升空。下列四幅图与无人机的电动机工作原理相同的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】无人机的电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动。
A．图中演示的奥斯特实验，原理是电流的磁效应，故A错误；
B．电路包含电源、磁体、导体棒，演示的是通电导体在磁场中受力的作用，是电动机的原理，故B正确；
C．电路有电流计无电源，闭合电路的一部分导体在做切割磁感线运动时，会产生感应电流，是电磁感应现象，为发电机原理，故C错误；
D．图中探究的是电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，故D错误。
本题选择与电动机工作原理相同的，故选 B。
（变式练1）如图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析错误的是（ ）
A．导线ab中的电流在这两个时刻方向不同
B．导线ab在这两个时刻受到的磁场力方向相同
C．图甲中导线cd和图乙中导线ab受到的磁场力方向相同
D．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向
（变式练2）直流电动机换向器的作用是（ ）
A．改变直流电源中的电流方向
B．改变电动机线圈的转动方向
C．改变流经电动机中的电流方向
D．以上说法都不对
（变式练3）图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则（　　）
A．螺线管F端为S极，P端为N极
B．螺线管F端为N极，P端为S极
C．若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动
D．若将电源的正、负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将逆时针转动
考点3 扬声器
【例题3】如图是动圈式扬声器及其构造的示意图，扬声器由音圈、永磁体、锥形纸盆等组成。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈就会受到磁场的作用力而前后往复运动，从而带动纸盆来回振动，发出声音。下列说法正确的是（　　）
A．扬声器是依据电磁感应现象制成的
B．音圈中的电流方向改变时，其所受磁场的作用力的方向也发生改变
C．扬声器的工作原理与电动机的工作原理相同
D．扬声器在工作过程中，主要将电能转化为机械能
【答案】BCD
【解析】A．扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故A错误；
B．通电导体在磁场中受到的力的方向与磁场方向、电流方向有关，则音圈中的电流方向改变、磁场方向不变时，其所受磁场的作用力的方向也发生改变，故B正确；
C．电动机的工作原理与动圈式扬声器的工作原理相同，都是通电导体在磁场中受到力的作用，故C正确；
D．动圈式扬声器工作过程中，主要将电能转化为机械能，故D正确。
故选BCD。
（变式练1） 电磁学作为现代科技的核心基础，推动了社会进步，提升了生活质量。下列关于各图的描述正确的是（ ）
A. 图甲中电磁继电器利用了电磁感应的原理
B. 图乙是发电机的工作原理图
C. 图丙中扬声器利用了通电导线在磁场中受到力的作用
D. 图丁中动圈式话筒利用了电流的磁效应
（变式练2） 图甲是USB迷你电风扇，下列装置中与它的核心部件（电动机）原理相同的是（　　）
A. 司南 B. 电铃
C. 麦克风 D. 扬声器
（变式练3）如图在扬声器的线圈两端连接干电池，扬声器______持续发声，线圈______持续受到磁场的作用力。（均选填“会”或“不会”）
1．如图所示，下列电器中不是应用电流热效应工作的是（　　）
A．电风扇 B．电熨斗 C．电水壶 D．电饭锅
2. 如图所示是“探究电动机转动原理”的实验装置，闭合开关后，金属杆向左运动，要使金属杆向右运动，应采取的措施是（　　）
A. 磁场方向不变，改变电流方向
B. 同时改变电流方向和磁场方向
C. 电流大小不变，改变磁场强弱
D. 同时改变电流大小和磁场强弱
3. 下列实验装置能体现电动机工作原理的是（　　）
A. B. C. D.
4. （2025黑龙江绥化）电动自行车的主要动力装置是电动机。下列选项中与电动机工作原理相同的是（ ）
A. B. C. D.
5．如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动，下列分析正确的是（　　）
A．电动机在转动过程中，消耗的电能全部转化为机械能
B．同时对调磁极和电源的正负极，电动机的转动方向会发生改变
C．当线圈在图示位置时，ab边所受力的方向与cd边所受力的方向相反
D．该装置所用到的实验原理为电磁感应
6．如图装置是电动机的工作模型，在工作过程中， 起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过 位置时，就自动改变线圈中的 ，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。
7．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、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极水平指向极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的。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竖直向上，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，放入磁场中。闭合开关，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，正确的刮漆方法应该是下列哪两种 。
A．两侧全刮 B．一侧全刮，另一侧刮半周
C．两侧均刮上半周 D．一侧刮上半周，一侧刮下半周
8. 研究电动机的工作过程。
（1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。线圈从图示位置再转动 度后线圈将恰好达到平衡位置，并最终停在该位置；
（2）乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了 ，该装置能在线圈 （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的 方向。
9.研究电动机的工作过程，电动机的工作原理是磁场对______有力的作用。左下图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是______，线圈从图示位置再转动90度后线圈将恰好达到平衡位置，并最终停在该位置。右下图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了______。
10．如图装置是电动机的工作模型，在工作过程中， 起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过 位置时，就自动改变线圈中的 ，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。
11．换向器
（1）组成：两个铜质半圆环。如图所示，C和D构成换向器，它们中间断开，彼此绝缘，且跟电刷A和B接触，与电源组成闭合回路。
（2）作用：当通电线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的 方向，使线圈持续转动下去。
电动机的发明
1821年法拉第完成了第一项重大的发明，1831年10月28日他成功地发明了一种简单的装置，事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。
迈克尔·法拉第（Michael Faraday，公元1791～公元1867），世界著名的自学成才的科学家，英国物理学家、化学家，发明家即发电机和电动机的发明者。
扩展资料：
法拉第在皇家研究院提供了大量成功的物理及化学演讲，名为“蜡烛的化学史”；这个演讲成为了皇家研究院圣诞节演讲之起源，此演讲并以法拉第为名。法拉第和威廉·休艾尔发明了许多如“电极”、“离子”等耳熟能详的字。
由于道德原因，法拉第拒绝参与为克里米亚战争制造化学武器。在伦敦萨弗伊广场，电工程师协会外，耸立著一个法拉第的雕像，而在布鲁内尔大学新建的一个接待厅以法拉第为名。法拉第的照片在1991年至2001年时，被印在20元的英镑纸币上。南极洲的前英国实验室：法拉第气候研究站以他为名，而电容则以法拉作为单位。
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