17.2 探究电动机转动的原理-【教材解读】2023秋九年级下册初三物理（沪粤版)

１７．２　探究电动机转动的原理 控制变量法 磁场对电流的作用力的方 向受磁场方向、电流方向的 影响.探究磁场对电流的 作用力的方向时利用了控 制变量法. 通电导体在磁场中会受到 力的作用. 知识点一　探究磁场对电流的作用　【重点＋难点】 实验:探究磁场对电流的作用 【提出问题】 通电导体在磁场中是否受到力的作用? 如果受到力 的作用,力的方向和什么因素有关? 【实验过程及现象】 按照下图所示连接电路,金属导轨分别与电源的正、 负极连接,导体棒ab放在导轨上. ０５ 【实验结论】 通电导体在磁场中会受到力的作用,力的方向跟电 流的方向、磁场的方向都有关系.当只有电流的方 向(或磁场的方向)变得相反时,通电导体受力的方 向也变得相反.同时改变电流的方向和磁场的方 向,通电导体受力的方向不变. 【拓展】影响通电导体在磁场中所受磁场力大小的因素 通电导体在磁场中受力而运动,通电导体在磁场中所 受磁场力的大小与通过导体的电流大小和磁场的强 弱有关,通过导体的电流越大,磁场越强,导体受到的 磁场力就越大. 通电线圈在磁场中转动过程分析 磁场为什么会对电流产 生力的作用 我们知道磁体周围有磁场, 电流周围也存在着磁场,我 们可 以 把 通 电 导 线 看 成 一 个磁体,当通电导线跟磁体 接近时,它们之间通过磁场 发生作用.也就是说,磁场 对电 流 的 作 用 与 磁 体 对 磁 体的 作 用 一 样 都 是 通 过 磁 场发生的. 通电导线在磁场中受力的 影响因素 通电 导 线 在 磁 场 中 的 受 力 情况与磁感线的方向、电流 方向 以 及 它 们 之 间 的 相 对 位置 有 关.当 通 电 导 线 与 磁感线方向平行时,通电导 线不受力,当通电导线与磁 感 线 方 向 垂 直 时,受 力 最大. １５ 图解换向器和电刷 A、B 为电刷,E、F 为换向 器,此时A 与F 接触,B 与 E 接 触,电 路 形 成 闭 合 回 路,线圈受到力的作用,开 始转动. 线圈转至平衡位置时,电刷 与换向器断开,线圈中没有 电流,线圈不受力的作用, 线圈由于惯性而越过平衡 位置. 　通电线圈在磁场中受磁场力而转动,但越过平衡位置 以后,线圈受到的力要阻碍它的转动,线圈不能连续转 动,最终静止在平衡位置. 能量转化 通电导体(或通电线圈)在磁场中受力而运动(或转 动)时,消耗了电能,得到了机械能. 【例１】如图所示,线圈abcd 位于磁场中,当闭合开关时, ab段导线受磁场力F 的方向向上,此时,cd 段导线受 磁场力 (　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．方向向上 B．方向向下 C．为０,因为线圈处于水平位置 D．为０,因为ab段导线向上转动 解析:根据图示信息,电流从电源的正极出发回到负 极,所以线圈中ab 段导线的电流方向由a 到b,cd 段 导线的电流方向由c到d;在磁场方向相同的情况下, ab段的电流方向和cd 段的电流方向相反,则可以判断 ab段导线受磁场力的方向与cd 段相反,ab 段受力向 上,所以cd 段受力向下. 答案:B 知识点二　换向器的作用　【难点】 换向器的概念 当线圈由于惯性刚越过平衡位置时,如果立刻改变线 圈中的电流方向,线圈就能够继续转动下去了.在电 动机上能够完成这一任务的装置叫做换向器. 构造:如图所示,最简单的换向器由两个金属半圆环 E、F 组成.两个半圆环E 和F 分别跟线圈两端相 连,可随线圈一起转动,两半环中间断开,彼此绝缘. 两电刷A 和B 分别和两半环接触,使电源和线圈组成 闭合电路. ２５ 作用:每当线圈刚越过平衡位置时,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,使线圈 连续转动. 【例２】(多选)换向器自动改变线圈中的电流方向,这时 电动机的线圈刚转过 (　　) A．平衡位置　　B．线圈平面与磁感线相垂直的位置 C．水平位置 D．线圈平面与磁感线相平行的位置 解析:线圈刚转过平衡位置,即线圈平面与磁感线相 垂直的位置,换向器自动改变线圈中的电流方向,故 A、B正确,C、D错误. 答案:AB 知识点三　电动机的工作原理　【难点】 直流电动机 用直流电源供电的电动机叫做直流电动机.它主要 由磁体、线圈、换向器和电刷等构成. 直流电动机的工作过程 电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制 成的.直流电动机的工作过程如图所示. 换向器F 与电刷A 接触,换向器E 与电刷B 接触.线圈ab 边中的电 流由a 到b,受到向上的磁场力,cd 边中的电流由c 到d,受到向下的 磁场力,线圈沿顺时针方向转动. 　　　 线圈转过９０°,到达左图的位置(平 衡位置),这时两电刷跟两个半环间 的绝缘部分接触,线圈中无电流,不 再受磁场力的作用.由于惯性,线 圈会越过平衡位置转动