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第八章 电磁相互作用及应用
2.磁场对电流的作用
知识梳理 导学园地
1.通电导体在 磁场 中受力的作用,力的方向与 电流 的方向和 磁场 的方向有关。当 电流 的方向或者 磁场 的方向变得相反时,通电导体的受力方向也变得 相反 。
2.通电线圈在磁场中受力而 转动 ,从而将电能转化为 机械 能。
磁场
电
流
磁场
电流
磁场
相反
转动
机械
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3.如图所示,线圈的两端各连一个铜制半环E和F,它们彼此绝缘,并随线圈一起转动。A和B是电刷,它们跟半环接触,使电源和线圈组成闭合电路,这两个半环叫做 换向 器。它的作用是每当线圈刚转过 平衡 位置,就改变一次 电流 方向,线圈可以不停地 转动 下去。
在直流电动机的外部电路中,电流的方向始终保持不变,在内部电路中,通过换向器,电流方向做周期性变化,从而使线圈在磁场中连续转动。
换向
平衡
电流
转动
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4.利用磁场对电流的作用使线圈 转动 ,同时利用 换向器 及时改变线圈中的电流方向,从而保持线圈持续 转动 。这就是直流电动机的工作原理。
5.电动机有许多优点:构造 简单 、控制 方便 、体积 小 、效率 高 ,而且对环境污染 很小 ,因此它的应用极其广泛,例如:家庭中的电风扇、洗衣机,生产中的水泵、机床、电力机车等都是由电动机驱动的。
转动
换向器
转动
简单
方
便
小
高
很小
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知识点一:磁场对通电导线的作用
【典题1】如图所示是小明同学探究“磁场对通电导体的作用”的实验装置,ab是一根金属棒,通过金属导轨连接到电路中,闭合开关后,金属棒没有运动(仪器、电路都完好),要想使金属棒运动起来,下列措施不可行的是( A )
A.将蹄形磁体的N、S极对调
B.换用磁性强一些的蹄形磁体
C.换用能提供较大电流的直流电源
D.使用轻质金属棒,减小金属棒与导轨之间的摩擦力
A
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【变式1】
如图所示,用两根橡皮筋悬挂的均匀金属棒水平处于磁场中。当棒中通以由A到B的电流时,金属棒静止,橡皮筋刚好处于松弛状态(导线对金属棒的作用力忽略不计),此时金属棒受到的磁场力方向为 竖直向上 。若要使橡皮筋处于拉伸状态,在不人为对棒施力的条件下,请提出一项可行的措施: 改变电流方向(或使磁场反向或减小电流或减弱磁场等) 。
竖直向上
改变电流方向(或使磁场反向或减
小电流或减弱磁场等)
名师点睛
影响电流在磁场中受力的因素
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知识点二:电动机及其原理
【典题2】如图所示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中,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。在图示位置,电流沿dcba流过线圈,dc边受到磁场的作用力向下,则 ( D )
A.线圈在图示位置时,ab边受到磁场的作用力向下
B.线圈由图示位置转过180°时,电流沿dcba流过线圈
C.线圈由图示位置转过180°时,dc边受到磁场的作用力向下
D.线圈由图示位置转过180°时,ab边受到磁场的作用力向下
D
解析:ab边电流方向与dc边电流方向相反,所以受力方向相反,故A错误;线圈由图示位置转过180°时,电流沿abcd流过线圈,故B错误;线圈在图示位置时,电流由d流向c,dc边受力方向向下,转过180°时,电流由c流向d,电流方向发生变化,受力方向变为向上,故C错误;线圈由图示位置转过180°时,ab边电流由a流向b,与图示位置cd边电流方向相同,所以受力方向也向下,故D正确。
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名师点睛
影响电动机转动方向的因素
电流方向和磁场方向影响转动方向,只改变其中一个,转动方向相反,同时改变,转动方向不变。
【变式2】关于电动机的说法不正确的是( C )
A.电动机是利用磁场对电流的作用的现象制成的
B.电动机工作时,电能转化为机械能
C.直流电动机的换向器的作用就是改变磁场方向
D.直流电动机用一段时间后会发热