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(共42张PPT)
第4节 电动机
1.了解通电导线在磁场中会受到力的作用，并知道力的方向与哪些因素有关。了解直流电动机的基本构造、工作原理和涉及的能量转化。
2.经历研究通电导线在磁场中受力方向的分析过程，培养归纳推理能力。
3.经历使通电线圈在磁场中连续转动的探究过程，培养解决问题的能力。
4.通过对电动机的学习，体会物理知识在生产实践中的重要作用，激发学习物理的兴趣。
教学目标
问题
电梯、
电力机车、
电风扇、
电冰箱、
洗衣机、
机器人，
这是为什么
以及各种电动玩具
都离不开电动机。
电动机已经应用在现代社会生产生活的各个方面。
给电动机通电，它就能够转动。
磁场对通电导线的作用
我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用。
磁体间通过磁场相互作用，
通电导线周围有磁场，
那么通电导线是不是也会在磁场中受到力的作用呢
通电导体棒在磁场中运动
演示
如右图所示，把导体棒放在磁场里，
接通电源，让电流通过导体棒，观察它是否运动。
把电源的正、负极对调后接入电路，使通过导体棒的电流方向与原来相反，观察导体棒运动的方向。
保持导体棒中的电流方向不变，但把蹄形磁体的上、下磁极调换一下，使磁场方向与原来相反，观察导体棒运动的方向。
认真观看视频后，回答问题：视频中的第一次实验通过铜柱的电流方向、磁极位置与下面四个图片中的哪一张等效？
乙。
铜柱向左还是向右运动？
向左。
甲。
向右。
视频中的第二次实验通过铜柱的电流方向、磁极位置与下面四个图片中的哪一张等效？
铜柱向左还是向右运动？
视频中的第三次实验通过铜柱的电流方向、磁极位置与下面四个图片中的哪一张等效？
丁。
铜柱向左还是向右运动？
向左。
实验表明，通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反。
如果电流的方向和磁场的方向都变得相反，通电导线受力的方向会怎样 这可以从乙、甲、丁哪两个图的对比中得到结论？
如果电流的方向和磁场的方向都变得相反，那么通电导线受力的方向会不变。
这可以从乙、丁两个图的对比中得到结论。
如果把一个通电的线圈放到磁场中，它会怎样运动
演示
通电线圈在磁场中转动
如右图所示，使线圈位于磁体两个磁极间的磁场中。
1.使线圈静止在图乙所示的位置上，闭合开关，我们会发现线圈并没有运动。
这是由于线圈上、下两个边受力大小一样、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的位置上，闭合开关，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。
线圈为什么会返回呢
这是因为线圈稍稍转过平衡位置后，ab边受力方向仍然是竖直向上的，cd边受力方向仍然是竖直向下的，这两个力大小相等，不作用
闭合开关，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。
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。
最后线圈也是在平衡位置静止下来。
在同一直线上，不是一对平衡力，所以线圈要逆时针转动，最后在平衡位置静止下来。
乙后
我们把线圈的ab边放到左侧，通电后线圈会顺时针转动起来，但
是，线圈最终会在平衡位置静止下来。
我们把线圈的ab边放到右侧，通电后线圈会逆时针转动起来，但
是，线圈最终也是在平衡位置静止下来。
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。
也可以在线圈越过了平衡位置后，设法改变两个磁极的位置，线圈也会继续转动下去。
这样，无论线圈ab边、cd边的哪个边处于靠近磁体N极的一侧，其中的电流都沿图中粉色箭头所示的方向，
如何改变线圈中电流的方向呢
实际的电动机可以通过换向器来实现这一目的。
换向器的构造如右图所示（E、F就是换向器）。
两个铜半环E和F分别跟线圈abcd的两端相连，可随线圈一起转动，两个半环中间断开，彼此绝缘。
E
F
A
B
A和B是电刷，电刷位置固定，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。
靠近磁体N极的这条边的受力方向总是
相同的（如图中蓝色箭头所示的方向），
这样，线圈就可以不停地转动下去了。
线圈在甲图所示位置时，电流方向如粉色箭头所
示，ab边、cd边受力方向如蓝色箭头所示，线圈顺时
针转动。
线圈转到乙图所示位置的一瞬间，电刷A、B与换
向器的两个铜半环E、F都不接触，此时线圈中没有电
流，ab边、cd边也都不受磁场力。
转动的线圈由于惯性会稍稍转过乙图的位置，使
得电刷A、B分别接触换向器的铜半环F、E，线圈中的
电流方向就与丙图相同，ab边、cd边的受力方向也与
丙图相同，线圈就会继续顺时针转动到丙图的位置。
线圈由丙图转到丁图所示位置的一瞬间，电刷A、
B与换向器的两个铜半环E、F都不接触，此时线圈中没
有电流，ab边、cd边也都不受磁场力。
转动的线圈由于惯性会稍稍转过丁图的位置，使
得电刷A、B分别接触换向器的铜半环F、E，线圈中的
电流方向就与甲图相同，ab边、cd边的受力方向也与
甲图相同，线圈就会继续顺时针转动到甲图的位置。
再继续顺时针转动到乙图的位置、
丙图的位置，连续转动下去。
换向器原理的动图一
换向器原理的动图二
换向器原理的动画视频
电动机的基本构造
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。
对于左图所示的电动机而言，磁极是定子，
线圈是转子。
左图所示的为一种电动汽车的永磁同步电动机，其中的磁极是转子，线圈是定子。
实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动(下图)。
线圈
换向器
学校的操场上挂着扬声器(喇叭)，收音机、电视机、音响中都有扬声器。每天我们都能听到扬声器发出的悠扬声音，那么扬声器(下图)是怎样发出声音的呢
科学世界
扬声器是怎样发声的
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。
扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置。右图是扬声器的构造示意图，
它主要由固定的永磁体、线圈和锥形纸盆构成。
利用上述扬声器原理，可以制成头戴式耳机和小巧的入耳式耳机。
1.如图所示电路中，导体棒ab放在蹄形磁体的磁场里，小磁针放在螺线管正下方。闭合开关，发现导体棒ab向右运动，小磁针的N极向下偏转，则下列说法中正确的是( )
A.c、d分别是电源的负极、正极
B.仅对调电源正负极，闭合开关，则导体棒ab向左运动，小磁针N极向上偏转
C.对调电源正负极和蹄形磁体N、S极，闭合开关，则导体棒ab向左运动
D.对调电源正负极和蹄形磁体N、S极,闭合开关，则小磁针N极仍然向下偏转
小磁针的N极向下偏转，说明螺线管正下方为N极，根据安培定则可知电流如图所示，
故c、d分别是电源的正极、负极，A错误;
仅对调电源正负极，闭合开关，则导体棒ab向左运动，根据安培定则可知螺线管下端为S极，小磁针N极向上偏转，B正确;
1.如图所示电路中，导体棒ab放在蹄形磁体的磁场里，小磁针放在螺线管正下方。闭合开关，发现导体棒ab向右运动，小磁针的N极向下偏转，则下列说法中正确的是( )
C.对调电源正负极和蹄形磁体N、S极，闭合开关，则导体棒ab向左运动
D.对调电源正负极和蹄形磁体N、S极,闭合开关，则小磁针N极仍然向下偏转
A.c、d分别是电源的负极、正极
B.仅对调电源正负极，闭合开关，则导体棒ab向左运动，小磁针N极向上偏转
对调电源正负极和蹄形磁体N、S极，即同时改变了电流方向和磁场方向，则导体棒ab的运动方向不发生改变，所以闭合开关后，导体棒ab还向右运动，C错误;
对调电源正负极和蹄形磁体N、S极，因为螺线管只改变了电流方向，所以闭合开关，小磁针N极向上偏转,D错误。
B
2. 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流的磁效应
电动机在工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，一小部分转化为内能，A错误;
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，B错误;
2. 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流的磁效应
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，C正确;
该装置所用到的实验原理是通电导体在磁场中受力运动，D错误。
C
3.如右图所示的实验装置中，闭合开关，导体棒ab向右运动。下列说法中正确的是( )
A.该装置是发电机的原理
B.导体棒ab运动时，电能转化为机械能
C.对调两个磁极，导体棒ab的运动方向不变
D.同时改变电流方向和磁场方向时，导体棒ab向左运动
该实验装置图是电动机的原理，A错误;
闭合开关后，导体棒ab运动，是因为通电导体在磁场中受到力的作用，电能转化为机械能，B正确;
通电导体在磁场中受到力的方向和磁场的方向与电流方向有关，只对调两个磁极方向，ab棒受力方向改变，运动方向改变，同时改变电流方向和磁场方向时，受力方向与原来相同，导体仍向右运动，C、D都错误。
B
4.(多选)电动机跟内燃机相比有许多优点，下列说法中错误的是( )
A.电动机比内燃机构造简单、操作控制方便
B.电动机的效率比内燃机高
C.电动机的功率比内燃机大
D.电动机对环境的污染比内燃机大
电动机构造简单，控制方便，效率高，A、B都正确；
电动机和内燃机的功率都可大可小，单纯说电动机的功率比内燃机大是不对的，C错误；
内燃机由于不断地向外排出废气而会对环境造成污染，而电动机对环境几乎没有污染。D错误。
CD
5.关于直流电动机，下列说法中错误的是( ）
A.直流电动机的工作原理是通电导体在磁场中要受到磁场力的作用
B.直流电动机工作时，将电能转化为机械能
C.直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜半环组成的
D.改变磁场方向或电流方向，直流电动机的转动速度都会改变
改变磁场方向或电流方向只能改变电动机线圈的转动方向，改变磁场强弱和电流大小才能改变电动机线圈的转动速度，D错误。
直流电动机的工作原理是通电导体在磁场中要受到磁场力的作用，A正确；
直流电动机工作时，将电能转化为机械能，B正确；
直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜半环组成的，C正确；
D
6.如右图所示，此装置是 的工作模型，在工作过程中， 起了关键的作用，它能使线圈在刚刚转过平衡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，工作时它是把电能转化为 。
换向器由并列在线圈与电路接触的两个半环组成，当线圈转过平衡位置时，换向器自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈两边的受力方向，维持线圈沿原转动方向转动。
电动机
换向器
电流方向
机械能
小结
电动机
├─原理：通电导线在磁场中受力运动（或者说 “通电线圈在磁场中受力转动”）
├─结构
│ ├─定子（固定不动的部分）
│ ├─转子（转动的部分）
│ └─换向器
│ ├─组成：两个铜半环
│ └─作用：线圈到达平衡位置时自动改变流入线圈中的电流方向
├─能量转化：电能转化为机械能
└─应用
├─电力机车
├─电梯
├─电风扇
├─机器人
├─电动玩具
└─电动汽车
练习与应用
1.用右图所示的装置研究磁场对通电导体棒的作用时，如果闭合开关后导体棒向左运动，怎样操作可以使导体棒向右运动
N
S
把电源的正、负极对调，或把蹄形磁体N、S极对调。
2.电动机主要由哪两部分构成 电动机换向器的构造大体是怎样的 它有什么作用
换向器的作用：在线圈经过平衡位置时，改变流入线圈中电流的方向，从而保持线圈受力的方向不变，使线圈可以持续地转动下去。
电动机主要由定子和转子构成（如左图所示）。
电动机换向器由两个铜半环和两个电刷组成。（这是参考书给出的习题答案。而参考书其他地方一律说成“换向器由两个铜半环组成”，本人同意“换向器由两个铜半环组成”这个答案，如右图所示。）
3.电路中常用到单刀双掷开关，这是一种可以分别跟两个接线柱连接的开关。右图甲是它的外形图，
右图乙中的S1和S2是它的符号。图乙用两个单刀双掷开关来控制电动机M，使电动机既能正转，也能反转。如果开关S1与触点a接触、S2与c接触时，电动机是正转的，怎样操作开关才能使电动机反转
甲
开关S1与触点b接触、S2与触点d接触，电动机反转。
开关S1与触点a接触、S2与触点c接触，电动机正转。
4.一台电动机的额定电压是220V，额定功率是5.5kW，它正常工作时的电流有多大 连续工作2h耗电多少
解：
I=——=————
U
P
5500W
220V
=25A
连续工作2h电流做的功W=Pt
=5500W 2 3600s
=396000000J
连续工作2h消耗的电能为396000000J，合11kW·h。
5.生活中很多地方都用到电动机，请列举五个电动机在生活中应用的实例。
电风扇
洗衣机
电动汽车
电吹风
吸尘器
空调
榨汁机
破壁机
电钻
电动剃须刀
电动玩具
电冰箱
谢谢观看
Thanks!
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