资源简介

电动机 磁生电
【学习目标】
1.了解磁场对通电导体有力的作用；
2.了解磁场对电流作用力的方向与电流方向、磁场方向有关；
3.了解直流电动机的工作原理和换向器的作用；
4.知道电动机的工作原理与能量转化过程；会安装直流电动机模型；
5.了解电磁感应现象；初步了解感应电流方向与导体运动方向、磁场方向有关。
【要点梳理】
要点一、磁场对电流的作用
1.磁场对电流的作用：磁场对通电导体有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。
2.直流电动机的原理：
（1）平衡位置：通电线圈的平面与磁感线垂直时，线圈受到的磁场的作用力相互平衡，我们把这个位置称为平衡位置。
（2）线圈不能持续转动：通电线圈在磁场力的作用下顺时针转动，当通电线圈转到平衡位置时，它受到的磁场力相互平衡。这时由于惯性，线圈会继续转动。通电线圈越过平衡位置后，磁场力会使它逆时针旋转。通电线圈最终会静止在平衡位置。
（3）让线圈持续转动：当线圈转过平衡位置时，如果立即改变其中的电流方向，那么通电线圈就能在磁场力的作用下继续转动。
（4）换向器的作用：当线圈刚转过平衡位置时，换向器就能自动改变线圈中电流的方向。
3.直流电动机：
（1）直流电动机的转动方向与磁场方向、导线电流方向有关。
（2）电动机的转动速度与磁场强弱、电流的大小有关。
要点诠释：
1.电动机的工作原理是：通电直导线在磁场中受到力的作用；能量转化是：磁场把电能转化为机械能。
2.磁场对电流的作用中磁场方向、电流方向、导体受力方向三者应互相垂直，同时改变其中两个方向另一个方向不变，若首先改变其中一个方向而另一个方向不变，则第三者方向一定改变。
3.当通电直导线的方向与磁感线的方向平行时（如图甲所示），磁场对通电直导线（图甲中直导线ab）没有力的作用。当通电直导线的方向与磁感线的方向不平行（斜交）时，磁场对通电直导线（图乙中直导线ab）有力的作用（垂直纸面向内）。当通电直导线的方向与磁场的方向垂直时，磁场对通电导线（图丙中直导线ab）的作用力最大（方向垂直纸面向内）。
　　　　　　　　　　　
　　在图丙中，保持磁感线B的方向不变，而使直导线ab内电流方向相反时，ab受力的方向也相反；保持直导线内电流方向不变，而使磁感线B的方向相反时，ab受力的方向也相反。
但如果在图丙中，同时使磁感线B的方向及ab内电流方向都变为相反，则直导线ab的受力方向不发生变化。
要点二、磁生电
1.电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象。
2.感应电流：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时电路中就会产生感应电流。
3. 产生感应电流必须同时满足三个条件：
（1）电路是闭合的；
（2）导体要在磁场中做切割磁感线的运动；
（3）切割磁感线运动的导体只能是一部分，三者缺一不可。如果不是闭合电路，即使导体做切割磁感线运动，导体中也不会有感应电流产生，只是在导体的两端产生感应电压。
3.感应电流的方向：感应电流的方向跟导体切割磁感线运动方向和磁感线方向有关。因此要改变感应电流的方向，可以从两方面考虑，一是改变导体的运动方向，即与原运动方向相反；二是使磁感线方向反向。但是若导体运动方向和磁感线方向同时改变，则感应电流的方向不发生改变。
4.发电机：
（1）交变电流：线圈在磁场中转动时，产生的感应电流的大小和方向随时间发生周期性的变化，这种电流叫作交变电流。
（2）发电机的原理是电磁感应，发电机的基本构造是磁场和在磁场中转动的线圈。其能量转换是把机械能转化为电能。
要点诠释：
1.学完三种电磁现象，容易混淆，为了记忆和理解，特列表如下：
现象 发现者 能量转化 判定方法
电流的磁场 奥斯特 电能→磁能 安培定则
电磁感应 法拉第 机械能→电能 （右手定则）
磁场对电流的作用 安培 电能→机械能 （左手定则）
说明：判定方法中的右手定则和左手定则，在初中物理暂不做要求。
2.三种电磁现象的重要应用对比如下：
应用 原理 要点
电磁铁 电流的磁场
通电螺线管内插入铁芯，磁场大大增强 磁性有无可用通断电控制，磁性强弱可用电流大小及匝数多少控制。
交流发电机 电磁感应 交流电：周期性改变方向的电流。
集流环（两个铜环）和一对电刷的作用
直流电动机 通电线圈在磁场中受力转动 用换向器（两个铜束环）和一对电刷使线圈持续转动
【典型例题】
类型一、电动机
1.关于直流电动机和发电机，下列说法正确的是（ ）
A.电动机是利用磁场对电流作用的现象制成的，工作时把机械能转化为电能
B.发电机是利用法拉第的发现制成的，工作时把机械能转化为电能
C.电动机是利用电磁感应现象制成的，工作时把电能转化为机械能
D.交流发电机和直流电动机构造相同，因此它们的工作原理是一样的
【思路点拨】记住发电机和电动机原理。
【答案】B
【解析】闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，利用这种现象制成了发电机，实现机械能转化为电能。通电线圈在磁场里受到力的作用，在磁场里会发生转动，利用这一现象发明了电动机，实现了电能转化为机械能。
【总结升华】本题主要考查学生对：发电机和电动机原理图的区别和联系的了解和掌握。
举一反三：
【变式】电动机是一种高效率、低污染的动力设备。下面四幅实验装置图中，对电动机的发明有直接影响的是（ ）
【答案】C
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。现要线圈逆时针转动，下列方法中可行的是（　　）
A．只改变电流大小
B．只改变电流方向
C．对换磁极同时改变电流方向
D．换用磁性更强的磁铁
【答案】B
【解析】电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动，电动机线圈的转动方向与磁场方向和电流方向有关，因此要改变电动机的转动方向有两种方法：①可保持磁场方向不变，改变电流方向；②可保持电流方向不变，改变磁场方向。因此选项B符合题意。
【总结升华】知道电动机转动方向与电流方向、磁场方向有关，注意只能改变其中一个因素，如果两个因素同时改变时，线圈转动的方向不变。
类型二、磁生电
3.如图所示，闭合电路的一部分导体在磁极间运动，图中小圆圈表示导体的横截面，下列说法中正确的是（ ）
A.图a和图b的导线中电流方向相同
B.图b和图c的导线中电流方向相同
C.图b和图c的导线中电流方向相反
D.图a和图c的导线中电流方向相同
【思路点拨】要解答本题需掌握：感应电流的方向和磁极的方向、导体运动的方向有关。
【答案】B
【解析】感应电流产生的条件：①闭合电路里的一部分导体；②在磁场中做切割磁感线运动.由图可知，a、b、c中导线都在磁场中做切割磁感线运动，且又是闭合电路里的一部分导体，所以导线中都有感生电流产生。图a、b中导体运动方向相同，但磁感线方向相反，故电流方向相反。图b、c中导体运动方向和磁感线方向都相同，故电流方向也相同。
【总结升华】此题考查的是产生感应电流的条件，我们要知道什么才是切割磁感线运动。
举一反三：
【变式】如图所示是小冬探究感应电流产生条件的实验装置，其中能够产生感应电流的是（　　）
A．ab不动，磁铁上下移动
B．ab不动，磁铁左右移动
C．磁铁不动，ab上下移动
D．磁铁和ab同时向左或右移动
【答案】B
4.下列说法中，正确的是（ ）
A．只要导体在磁场中运动，就会产生感应电流 B．电动机是利用电磁感应现象制成的
C．发电机是把电能转化为机械能的机器 D．电流周围存在着磁场
【答案】D
【解析】A错在不是闭合电路的部分导体；电磁感应应用是发电机，B错；发电机是把其他形式的能转化为电能的机器。
【总结升华】熟记产生感应电流的条件，理解发电机的原理。
举一反三：
【变式】小明在仔细观察如图甲所示的微型电扇结构之后，设想利用微型电扇和电流表制成简易风速计：当风吹动风扇叶片时，电流表指针偏转，且风速越大，电流表示数也越大，图示乙实验中，能说明简易风速计工作原理的是（　　）

【答案】A
【巩固练习】
一、选择题
1、如图所示的是直流发电机的工作原理图，关于直流发电机下列说法中正确的是（ ）
A．直流发电机线圈内产生的是交流电，供给外部电路的是直流电
B．直流发电机线圈内产生的是直流电，供给外部电路的也是直流电
C．它是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理工作的
D．图中的E、F称为换向器，它的作用是改变线圈中的电流方向
2、如图所示的四个图的装置可以用来演示物理现象，则下列表述正确的是（ ）
A．图甲可用来演示电磁感应现象??????????????
???? B．图乙可用来演示磁场对电流的作用
???? C．图丙可用来演示电流的磁效应
D．图丁可用来演示电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系
3、有关产生感应电流的条件，下列说法中正确的是（ ）
A. 只要导体在磁场中运动，就产生感应电流
B. 闭合电路的一部分导体在磁场中运动，就产生感应电流
C. 闭合电路的一部分导体，在磁场中运动或静止都能产生感应电流
D. 闭合电路中的一部分导体，做切割磁力线运动时，就产生感应电流
4、如图是分析发电机工作原理的剖面图，小圆圈“○”表示垂直于纸面、绕垂直纸面的轴转动的一根导线，它是闭合电路的一部分，当它在如图所示磁场中1、2、3、4位置按箭头方向运动时，会产生感应电流的是（　　）
A．1和2 B．1、2和3 C．1、3和4 D．2、3和4
5、如图所示，有两闭合铝环，挂在一根水平光滑的绝缘杆上，当条形磁铁N极向左插向圆环时，两个铝环（ ）
A. 有感应电流但无相互作用 B. 有感应电流且有相互作用
C. 无感应电流和相互作用 D. 无感应电流有相互作用
6、下列装置中利用电磁感应工作的是( )
A.发电机 B.电灯 C.电熨斗 D.电烙铁
7、下列说法中，正确的是（ ）
A．只要导体在磁场中运动，就会产生感应电流
B．电动机是利用电磁感应现象制成的
C．发电机是把电能转化为机械能的机器
D．电流周围存在着磁场
8、在微型电扇的插头处接一只发光二极管，用手旋转叶片，发现二极管发光。上述实验现象说明了（ ）
A.磁能生电 B.磁场对电流有力的作用 C.电流的磁效应 D.电流的热效应
二、填空题
9、现代磁悬浮列车就是利用磁极间的相互______，将车身托起，这就大大减少了______，使列车能高速运行。
10、如图所示，是灵敏电流计内部结构示意图，它的工作原理是利用通电导体在 中会受到 的作用，使指针发生偏转，此时如果改变线圈中的电流方向，指针的偏转方向 （选填“会”或“不会”）发生改变。
11、直流电动机是利用_______的原理制成的。它在工作过程中，把_____能转化为______能，它的构造分为四大部分，分别叫_____、_____、_____和____。
12、闭合电路中的 ，在磁场中做 磁感线运动时，电路中有电流产生。产生的电流叫 电流。
13、交流发电机是利用 的原理制成的，它发出的交变电流的大小、方向都在做周期性变化，我国供生产和生活用的交流电的频率 Hz。
三、实验题
14、课堂上，老师做了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)实验现象说明________有力的作用，________机就是利用这种现象制成的。
(2)判断“有力的作用”的依据是________。
A．力是维持物体运动的原因 B．一切物体都有惯性 C．物体运动状态改变时，一定受到力的作用
(3)将磁极上下对调，观察直导线的运动情况，这样操作是为了研究________。
15、在研究“磁场对通电导体（电流）有力的作用”实验中。
（1）利用图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”、“b”之间接入 （填“灵敏电流计”“电源”或“灯泡”），根据该原理可制成 。
（2）如图乙、丙中，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（也称匀强磁场）。
（a）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段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这两个力不是一对平衡力，这是因为
A．二力不是作用在同一物体上 B．二力不是作用在同一直线上
C．二力的作用点不同 D．二力大小不是相等
（b）图丙中的线圈可以持续转动，是在外部加装了 ，该装置能使线圈平面刚处于 （填“平行磁感线”“垂直磁感线”或“任一”）位置时，自动改变线圈中的电流方向。
（c）写出一种让图丙中线圈转动更快的措施： 。
【答案与解析】
一、选择题
1、【答案】A
【解析】直流发电机的原理是电磁感应，是通过闭合电路的两条边来切割磁感线产生的感应电流，由于矩形线圈在磁场中不停地转动，每转一周，切割磁感线的方向改变两次，所产生的电流方向也改变两次，使线圈内部产生方向做周期性变化的电流即交流电，换向器的作用是将线圈产生的交流电变为对外输出的直流电，因此答案为A。
2、【答案】C
【解析】本题涵盖了电与磁中三个重要的实验。对这三个实验要理解记忆。例如第一个图中所给器材有电（源）有磁（场）那就是要探究磁场对电流的作用；第二图器材中有磁（场）没电（源）一定是探究磁生电即电磁感应现象；第三图中器材有电没磁，因此研究电生磁即电流的磁效应。
3、【答案】D
【解析】根据电磁感应的概念：闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动，导体中就产生感应电流，所以D选项正确，而A项未指明导体是否为闭合电路中的一部分，也未指明导体是否做切割磁感线运动；B项未指明运动的是整个电路，还是闭合电路中一部分导体；C项是说静止也能产生感应电流，这显然是错误的。故答案为D。
4、【答案】D
【解析】小圆圈“○”表示垂直于纸面、绕垂直纸面的轴转动的一根导线，它是闭合电路的一部分。
由图磁感线方向水平向左，1的运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，不能产生感应电流；2、3、4的运动方向切割磁感线，能产生感应电流．所以ABC错误，D正确。故选D。
5、【答案】B
【解析】当条形磁铁的N极插向圆形铝环时，则闭合的铝环部分在做切割磁感线运动的铝环中会有感应电流产生，当铝环中有电流通过时，此时它们又都在磁场中。通电导体在磁场中会受力的作用，根据左手定则它们之间相互作用，所以答案为B。
6、【答案】：A
【解析】：知道发电机的工作原理是电磁感应，电灯、电熨斗、电烙铁工作是利用电流的热效应。
7、【答案】D
【解析】A错在不是闭合电路的部分导体；电磁感应应用是发电机，B错；发电机是把其他形式的能转化为电能的机器。
8、【答案】A
【解析】闭合电路中并无电源，当发光二极管发光，说明闭合电路中产生了电流，即磁产生了电。电动机的原理是通电导体在磁场中受力，能量转化是电能转化为机械能；发电机的原理是电磁感应现象，能量转化是机械能转化为电能。尽管电风扇里装的是电动机，但此题中是当作发电机用的，故说明的是磁场中运动的线圈可以产生电流，能量转化是机械能转化为电能，磁可以生电，故选A。
二、填空题
9、【答案】排斥；摩擦阻力
10、【答案】磁场；力；会
11、【答案】通电线圈能在磁场中转动，电，机械，磁铁，线圈，两个电刷，换向器。
12.【答案】一部分导体；切割；感应
【解析】电磁感应现象是指闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流的现象。产生的电流叫做感应电流。
13.【答案】电磁感应；50
【解析】解答本题需掌握：发电机是把机械能转化为电能的装置，它的原理是电磁感应现象；同时再结合我国交流电的频率解答即可交流发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，其在工作过程中能量的；我国供生产和生活用的交流电的频率是50Hz。
三、实验题
14、【答案】(1)磁场对电流 ??电动； (2)C ；(3)通电导体在磁场中受力方向与磁场方向是否有关
【解析】把导体放入磁场中，给导体通电时导体会发生运动，因为力是改变物体运动状态的原因，这说明通电导体在磁场中受到了力的作用，电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而转动的原理制成的。将磁极对调，这是在保持电流方向不变的前提下，探究通电导体在磁场中受力方向与磁场方向是否有关。
15、【答案】（1）电源；?电动机；?（2）（a）B；（b）换向器；垂直磁感线；（c）增大线圈中的电流（或增加线圈的匝数、换更强的磁场等）
【解析】（1）因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图可知缺少一个电源，因此利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”、“b”之间接入电源，根据此原理制成了电动机。
（2）（a）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段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这两个力不是一对平衡力，这是因为这两个力不作用在一条直线上，所以选项B符合题意。
（b）图丙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。
（c）线圈转动的快慢与电流的大小、线圈的匝数、磁场的强弱等因素有关，所以要使线圈转动的更快，可以增大线圈中的电流、增加线圈的匝数、换更强的磁场等。

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