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17.2　电动机转动的原理
基础提质
1.【核心素养·科学探究】在“探究磁场对通电导体的作用”的实验中,小明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导体EF应该选择下列哪种金属棒(金属棒为实心且形状体积相同,ρ铜>ρ铁=ρ钢>ρ铝)_________。
A.铁棒　　B.钢棒　　C.铜棒　　D.铝棒
(2)选择合适的导体后,将滑动变阻器的滑片移动到恰当位置,闭合开关前,导体_________,闭合开关,观察到导体向右运动,说明_______对通电导体有______的作用。
(3)断开开关,将图中磁体的N、S极对调,再闭合开关,会发现导体的运动方向与对调前的运动方向_______(选填“相同”或“相反”),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,会发现导体的运动方向与对调前的运动方向_______(选填“相同”或“相反”),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”)确定导体受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。
(6)开关闭合后,将滑动变阻器的滑片向右移动,发现导体EF向右运动的速度变大,这说明磁场对通电导体作用力的大小与_________有关。
(7)除上述方法外,若要使导体运动速度变大,还可以采取的方法:______________。(写出一种即可)
(8)实验过程中涉及的能量转化为电能转化为_______能。
(9)实验中通过导体的运动方向来反映导体的_________,通过导体的运动速度来反映导体的_________,这是_______法的思想;该实验中除了上述方法外还采用了_________法。
2.(2025山东济南中考)如图所示为某兴趣小组制作的简易电动机,要想改变多匝线圈转动的方向,下列方法可行的是(　　)
A.只增强磁体的磁性　　B.只减少线圈的匝数
C.只升高电源的电压　　D.只对调磁体的两极
3.如图所示为直流电动机工作原理示意图。
(1)当线圈处于磁场中如图所示位置时,闭合开关,线圈通电,ab边和cd边受力的方向_______(选填“相同”或“相反”),两个力_______(选填“是”或“不是”)一对平衡力,线圈_______(选填“会”或“不会”)转动。
(2)当线圈刚转过平衡位置时,换向器能自动改变________(选填“电路中”或“线圈中”)的电流方向,使线圈持续转动下去。
4.如图为直流电动机模型,它的工作原理是______________。电动机工作时,能够使线圈平稳、连续地转动下去是靠________来实现的,图中线圈平面转到平衡位置时,线圈中_______(选填“有”或“没有”)电流。
能力提升
5.【跨学科实践·日常生活】(2026广西柳州城中月考,★☆☆)电动车利用蓄电池作为储能动力源,通过电池向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动车辆行驶。如图所示四个实验中,与电动车电动机工作原理相同的是(　　)
6.【核心素养·科学思维】(★★☆)如图所示,干电池底部吸有强磁铁(可导电),在干电池的正极上支有一“门”字形导线框,两侧的导线框A、B和套在强磁铁上的导电圆环C连接,导线框和圆环C能够一起绕干电池持续转动,圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。下列说法正确的是(　　)
A.两侧线框中电流方向不相同
B.两侧线框周围的磁场方向不相同
C.两侧线框受磁场作用力的方向相同
D.若B线框断路,线框一定不能持续转动
7.(★☆☆)如图所示是实验室电流表的内部结构图,处于磁场中的线圈有电流通过时,线圈会带动指针一起偏转,当电流恒定时,线圈受到的力与弹簧弹力相互平衡,并最终使指针指向某一刻度。线圈中的电流越大,指针偏转角度越大。请回答:
(1)该电流表的原理与________(选填“电动机”或“电磁铁”)的工作原理相同。
(2)改变线圈中的电流方向,指针的偏转方向_______(选填“改变”或“不改变”)。
8.(2026广东江门江海期末,★★☆)如图所示是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_________(选填“向左”“向右”或“左右往复”)运动。音圈之所以运动,是由于_______对通电线圈有力的作用,此过程中,_______转化为机械能。
素养提优
9.【核心素养·科学思维】小晋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,于是他利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型,如图甲所示,其工作原理示意图如图乙所示。
(1)图乙中,通过切换开关S的连接位置,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,电动机转速变______(选填“快”或“慢”)。
(3)请对图甲模型的设计作出评价。
参考答案与解析
1. (1)D　(2)静止不动;磁场;力　(3)相反;磁场方向　(4)相反;电流方向　(5)不能　(6)电流大小　(7)增强磁体磁性　(8)机械　(9)受力方向;受力大小;转换;控制变量
解析　(1)要让实验效果明显,放在蹄形磁体磁场中的导体EF不能被磁化且质量应尽可能小,因铁棒与钢棒易被磁化,且铝棒的密度最小,由m=ρV可知,铝棒的质量最小,故应选择铝棒;
(2)闭合开关前,电路中没有电流通过,导体不运动;闭合开关后,看到导体向右运动,说明磁场对通电导体有力的作用;
(3)将磁体的N、S极对调,只改变了磁场方向,导体的运动方向与对调前的运动方向相反,说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关;
(4)将电源的正、负极对调,只改变导体中的电流方向,导体的运动方向与对调前的运动方向相反,说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关;
(5)判断通电导体在磁场中的受力方向与哪些因素有关时,应采用控制变量法,如果同时改变磁场方向和电流方向,通电导体在磁场中的受力方向不变,不能确定导体受力方向与磁场方向或电流方向是否有关;
(6)将滑动变阻器的滑片向右移动,变阻器接入电路的电阻变小,电路中的电流变大,导体向右运动的速度变大,说明磁场对通电导体作用力的大小与电路中的电流大小有关;
(7)若要使导体运动速度增大,还可以增强磁体磁性;
(8)实验中涉及的能量转化是电能转化为机械能;
(9)实验中通过导体的运动方向来反映导体的受力方向,通过导体的运动速度来反映导体的受力大小,这是转换法的思想;该实验中除了上述方法外还采用了控制变量法。
2. D
解析　只增强磁体的磁性、只减少线圈的匝数、只升高电源的电压可以改变线圈的转动速度,没有改变线圈受力的方向,从而不能改变线圈的转动方向,故A、B、C不符合题意。只对调磁体的两极,线圈受力方向改变,可以改变线圈转动的方向,故D符合题意。
方法归纳　磁场的方向、电流的方向和电动机线圈转向的关系:记住“一变就变,全变不变”,即磁场方向和电流方向只有一个发生改变时,电动机线圈转向才会发生改变;磁场方向和电流方向都发生改变时,电动机线圈转向不发生改变。
3. (1)相反;不是;会　(2)线圈中
解析　(1)当线圈处于磁场中如图所示位置时,闭合开关,线圈通电,ab边和cd边受力的方向相反,因为这两个力不在同一条直线上,所以不是一对平衡力,由于线圈平面与磁感线平行,受力方向与磁场方向垂直,所以线圈会转动。
(2)当线圈刚转过平衡位置时,换向器能自动改变线圈中的电流方向,使线圈持续转动下去。
4. 通电线圈在磁场中受力转动;换向器;没有
解析　电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动;电动机如果没有换向器,当线圈刚转过平衡位置时,受力方向与转动方向相反,不能持续地转动下去,有了换向器,当线圈刚转过平衡位置时,换向器可以改变线圈中的电流方向,使线圈的受力方向也发生改变,此时受力方向与转动方向保持一致,故可以让线圈持续转动下去。没有换向器,线圈平面转到平衡位置时,电路是通路,线圈中有电流,线圈受到磁场的力的作用,只是受力平衡。有了换向器,换向器中间有缺口,线圈平面转到平衡位置时,电路是断路,线圈中无电流。
5. C
解析　电动车的核心部件是电动机,电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动。选项A是奥斯特实验,说明通电导体周围存在磁场,体现了电流的磁效应,与电动机的工作原理不相同,故A不符合题意;选项B是探究磁极间的相互作用的实验,与电动机的工作原理不相同,故B不符合题意;选项C中,闭合开关,通电导体在磁场中受力运动,与电动车电动机的工作原理相同,故C符合题意;选项D是探究电磁铁磁性强弱的影响因素的实验,与电动机的工作原理不相同,故D不符合题意。
6. B
解析　干电池底部吸有强磁铁,其周围存在磁场,导线框和套在强磁铁上的导电圆环C连接,电路是通路,电流从电源正极流出,回到电源负极,所以通过两侧线框的电流方向相同,故A错误;两侧线框中都有电流通过,两侧线框在磁场中受力而运动,由于两侧线框和圆环C能够一起绕干电池持续转动,说明两侧线框受磁场作用力的方向不同,由于通过导线框A和B的电流方向相同,说明两侧线框周围的磁场方向不同,故B正确,C错误;若B线框断路,没有电流通过线框B,线框B不会受到磁场力的作用,但线框A中有电流通过,在磁场力的作用下转动,从而带动线框B转动,使线框持续转动,故D错误。
7. (1)电动机　(2)改变
解析　(1)由题意可知,该电流表的原理与电动机的工作原理相同,均为通电线圈在磁场中受力转动。
(2)通电导体在磁场中的受力方向与电流方向、磁场方向有关;只改变线圈中的电流方向,线圈受力方向改变,指针的偏转方向改变。
8. 左右往复;磁场;电能
解析　通电导体在磁场中的受力方向与电流方向、磁场方向有关;当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时,音圈带动音膜左右往复运动;音圈之所以运动,是由于磁场对通电导体有力的作用,此过程中,电能转化为机械能。
9. (1)通过电动机电流的方向发生改变　(2)慢　(3)见解析
解析　(1)由图乙可知,开关S与“1”连接时,电流从电动机的上方流入;开关S与“2”连接时,电流从电动机的下方流入;即切换开关S的连接位置后,通过电动机的电流方向发生改变,因此电动机转向发生改变。
(2)由图乙可知,将开关S与“1”连接,旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时,旋钮式电阻接入电路的电阻变大,由欧姆定律可知,通过电动机的电流变小,电动机的转速变慢。
(3)由图甲可知,吸纸屑时收集盒右侧的阀门打开,从而将纸屑吸入收集盒中,同时也会有一部分纸屑被吸到隔板下面;吹风时,收集盒右侧的阀门关闭,收集盒内的纸屑不会被吹出,但隔板下面的纸屑会被吹出。

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