3电动机工作原理 -2023-2024学年浙教版八年级下册科学

K-8 寒假早学习3——电动机工作原理 一、磁场对通电导体的作用 1. 磁场对通电直导线的作用 实验表明，把导线AB放在磁场中光滑的金属导轨上，接通电源，让电流通过导线AB,则导线AB在磁场中运动起来，说明磁场对通电导线有力的作用。 (1)只把电源正、负极对调后接人电路，从而改变导线AB中的电流方向，则导线AB运动方向发生改变，即导线AB受力的方向发生改变。 (2)只把磁极对调一下，改变磁场方向，导线AB运动方向发生改变，即导线AB受力的方向也发生改变。 (3)如果把电源正、负极对调后接入电路，同时对调一下磁极，即同时改变导线AB中的电流方向和磁场方向，导线AB的运动方向不变，即导线AB受力的方向不变。 结论： ①通电导线在磁场中受到力的作用。 ②受力方向与电流方向和磁场方向有关。 ③只改变电流方向或磁场方向，导线的受力方向改变；同时改变电流方向和磁场方向，导线受力方向不变。 ④受力大小与电流大小和磁场强弱以及导线长度有关:电流越大，磁场越强，导线越长，受力越大。 2. 磁场对通电线圈的作用 (1)通电线圈在磁场中的运动情况 通电线圈所在平面与磁场平行时，线圈发生转动。通电线圈所在平面与磁场垂直时，线圈不发生转动。 (2)通电线圈在磁场中的转动分析 甲 乙 丙 如图所示，使线圈位于磁体两磁极之间的磁场中。 ①使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，发现线圈并没有转动，这是由于线圈上、下两边受力大小相等、方向相反，即线圈受力平衡。这个位置是线圈的平衡位置。 ②使线圈静止在图甲位置上，闭合开关，线圈受力沿顺时针方向转动，能靠惯性转过平衡位置，但不能继续转动下去。因为转过平衡位置，线圈的受力如图丙所示，使得线圈受到逆时针转动的力，最终要返回平衡位置静止。 ③使线圈静止在图丙位置上，闭合开关，线圈受力沿逆时针方向转动，同样，能靠惯性转过平衡位置，但同样不能持续转动，最终返回平衡位置。 (3)通电线圈在磁场里受到力的作用而发生转动时，电能转化为机械能。电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而发生转动的原理制成的。 【能力拓展】 ①通电导体中的电流方向与磁场方向相同或相反时(即两者方向平行时)，导体不受磁力的作用；当两者方向相互垂直时，导体受到的磁力最大。 ②磁体周围存在磁场，通电导体周围也存在磁场，把一个磁体靠近一根通电导线时，磁体会受到通电导线力的作用，而力的作用是相互的，所以通电导线也受到力的作用，这种相互作用是通过磁场发生的。所以，磁场对电流产生力的作用，实际上也是磁体之间通过磁场而发生的相互作用。 ③通电导线在磁场中所受力的大小与磁场强弱、电流的大小有关，电流越大，磁场越强，通电导线受到的作用力就越大。 ④判断通电导线的受力方向的方法:左手定则。如图所示，伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向。 二、直流电动机 1. 直流电动机的工作原理 直流电动机靠直流电源供电，是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理制成的，是把电能转化为机械能的装置。 2. 直流电动机的构造 如图所示，直流电动机主要由磁体(定子)、线圈(转子)、换向器和电刷等构成。 3. 换向器的结构与作用 (1)结构:由两个相互绝缘的铜质半环构成，两个铜质半环与线圈相连，并随线圈一起转动，跟电刷接触与电源组成闭合电路。 (2)作用:当线圈刚转过平衡位置时，能改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。 4. 影响直流电动机转动方向和速度的因素重点 (1)转动方向与电流方向和磁场方向有关:只改变电流方向或磁场方向，转动方向改变；电流方向和磁场方向同时改变，则转动方向不变。 (2)转速大小与电流大小和磁场强弱以及线圈的匝数有关:电流越大，磁场越强，匝数越多，转速越快。 5. 直流电动机模型装好通电后电动机不转动的主要原因 (1)电流不通:①电刷与铜制半环接触不良；②开关处接触不良；③电源处接触不良。 (2)摩擦太大:①轴与轴之间摩擦太大；②电刷和换向器接触太紧。 (3)电流太小:①电源电压太低；②使用的滑动变阻器的阻值太大。 (4)磁场太小:磁铁或者磁石产生的磁场强度不够，可以换强磁铁。 (5)仪器装配位置不正确:线圈处于平衡位置，只要将线圈轻轻转动一下就可以。 三、典型例题 （一）考点：磁场对通电导体的作用 【例1】（2022杭州期末）探究通电导体在磁场中的受力方向与哪些因素有关时，小明同学做了如图所示的实验，图中AB表示闭合电路中的直导线，导线上的箭头方向表示电流方向，F表示导线受力方向，S、N表示