16.3 磁场对电流的作用 电动机（教学课件）-【上好课】九年级物理下册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 下册 义务教育教科书 第十六章 电磁转换 琳琅满目的电动玩具散发着诱人的魅力 . 淘气的小鸭扑棱着翅膀； 调皮的小狗摇动着尾巴； 可爱的熊猫晃动着脑袋； 还有那奔驰的小汽车…… 你知道这些电动玩具为什么会动吗？ 从玩具世界到生活空间，处处都离不开电 . 那么，电是从哪里来的呢？ 说明 视频资源 免责声明 致老师、同学 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约90MB. 本ppt共有48张、3段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. ①演示实验——《磁场对通电直导线的作用》 ②演示实验——《通电线圈在磁场中的扭转》 ③课堂总结——《换向器与电动机的工作过程》 ppt中的部分视频来源于媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 导入新课 第三节 磁场对电流的作用 电动机 想一想 生活、生产中、科学技术中都离不开电动机，为什么电动机通电后，它就能够转动呢？ 洗衣机 电风扇 电梯 学习目标 1 知道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 了解电动机工作时的能量转化情况。 第三节 磁场对电流的作用 电动机 磁场对电流的作用 第三节 磁场对电流的作用 电动机 一 一、磁场对电流的作用 【观察】电动玩具通常是由小电动机驱动的。观察玩具中的小电动机。 试一试，怎样使小电动机转动起来? 看一看，小电动机是由哪些部件组成的? 想一想，小电动机为什么会转动? 1. 磁场对通电直导线的作用 一、磁场对电流的作用 小电动机的一些部件：外壳、磁体、线圈、轴等。 电动机通电后为什么能够转动呢？ 说明通电的导线在磁场中会受到力的作用。下面先研究一根通电直导线放在磁场中，观察它的运动。 一、磁场对电流的作用 【演示实验】观察磁场对通电直导线的作用 【设计并进行实验】 （1）按照图组装实验器材。 （2）给直导线（铝棒）通电，观察它的运动情况。 （3）改变直导线中的电流方向，观察直导线的运动情况。 （4）将磁极对调，改变磁场的方向，再次观察运动情况。 一、磁场对电流的作用 【分析论证】 （1）给直导线（铝棒）通电，观察它的运动情况。 闭合开关后，直导线由静止开始向左运动。为什么通电直导线会由静止变成运动？ 因为通电直导线受到了蹄形磁体的磁场对它的作用。 结论：磁场对通电导线有力的作用. 一、磁场对电流的作用 （2）改变直导线中的电流方向，观察直导线的运动情况。 实验现象：改变导线中的电流方向，通电导线的运动方向也随之改变。 结论：通电导线在磁场中受力的方向与电流方向有关. 一、磁场对电流的作用 （3）将磁极对调，改变磁场的方向，再次观察运动情况。 实验现象：改变磁场方向，通电导线的运动方向也随之改变。 结论：通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关. 一、磁场对电流的作用 实验结论： ①如图所示， 导线向左运动 S N 电流I F ②改变电流方向， 导线向右运动 S N 电流I F ③改变磁场方向， 导线向左运动 N S 电流I F 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。 一、磁场对电流的作用 视频欣赏——《磁场对通电直导线的作用》 一、通电直导线周围的磁场 A．只对调电源的正、负极，电路中电流方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故A不符合题意； B．将磁体的N、S极对调，磁场方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故B不符合题意； C．导线①接A、C接线柱，导线②接B、D接线柱，改变了电路中电流的方向，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故C不符合题意； D．将电源正、负极对调，同时将磁体N、S极对调，影响磁场力方向的两个因素同时改变，则通电导体的受力方向不变，仍然向左运动，故D符合题意。 【例题1】如图所示，闭合开关，铜棒向左运动，为使铜棒向右运动，下列操作不可行的是（　　） A．只对调电源的正、负极 B．只对调磁体的N、S极 C．导线①接A、C接线柱，导线②接B、D接线柱 D．同时对调电源正、负极和磁体N、S极 D 所以选D。 直流电动机的原理 第三节 磁场对电流的作用 电动机 二 二、直流电动机的原理 【实验】用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图所示。闭合开关，线圈将怎样运动？ 你观察到什么现象？ 【现象】通电线圈在磁场中会发生转动，但是当线圈的平面与磁场垂直时，就会停止转动。 1. 观察磁场对通电线圈的作用 线圈平面与磁感线垂直时，这个位置叫平衡位置. 想一想：磁场中的通电线圈为什么会这样运动？ 二、直流电动机的原理 视频观看——《通电线圈在磁场中的扭转》 二、直流电动机的原理 ①在图所示位置时，通电线圈ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下， 方向相反，发生顺时针转动。 ②当通电线圈转到平衡位置时，ab边与cd边受到的磁场力相互平衡。这时由于惯性，线圈还会继续转动。 【分析】通电矩形线圈在磁场中不能持续转动的原因 二、直流电动机的原理 ③线圈靠惯性越过平衡位置后， ab边受力方向向上，cd边受力方向向下，磁场力会使线圈逆时针旋转。 ④ 通电线圈最后静止在平衡位置。 二、直流电动机的原理 【想一想】通电线圈在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。怎样才能使通电线圈持续地转动下去？ 由上述分析可知，当线圈刚转过平衡位置时，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。 实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。 二、直流电动机的原理 2. 换向器 （1）换向器：在通电线圈的两端各连有一个半圆铜环E、F，称为换向器，它们随线圈一起转动。A、B是电刷，分别与一个半圆铜环接触，使电源和线圈组成闭合回路。当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。 二、直流电动机的原理 （2）换向器的工作过程 当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。 换向器使靠近磁体S极一边线圈中的电流方向永远向里，从而使该边线圈的受力方向始终向上；而靠近磁体N极一边的受力方向始终向下，从而使线圈持续转动。 3. 直流电动机的工作过程 二、直流电动机的原理 ①通电线圈ab、cd边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动. ②线圈转到平衡位置，无电流通过，依靠惯性转过平衡位置. ③线圈越过平衡位置后，电流方向发生改变，线圈在磁场力的作用下继续顺时针转动. ④线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，继续转动. 二、直流电动机的原理 视频欣赏——《换向器与电动机的工作过程》 二、直流电动机的原理 （1）换向器的作用 当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向（每半周改变一次），从而实现了线圈的持续转动。 （2）原理：利用了通电线圈在磁场中受力转动的原理来工作的。 （3）能量转化：电动机工作时将电能转化为机械能。 （4）电动机的优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高，而且对环境污染很小。 4. 总结——直流电动机 二、直流电动机的原理 5. 实际的电动机 实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。 换向器 转子 直流电动机的结构 二、直流电动机的原理 6. 家用电器中的电动机 有一部分家用电器用到了电动机。 ①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______，根据该原理可制成______； ②乙、丙两个图中，______图的线圈恰好处于平衡位置； ③丁图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了______，该装置能在线圈______ （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 【例题2】研究磁场对电流有力的作用。 电源 电动机 丙 换向器 刚转过 二、直流电动机的原理 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当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈处于平衡状态，此时线圈受力平衡，所以图丙的线圈恰好处于平衡位置，另一个图中线圈左右两边所受力不满足二力平衡条件中的不在同一直线上。 ③丁图中加装了换向器，所以线圈可以持续转动，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 二、直流电动机的原理 【例题3】下图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析不正确的是（　　） A．导线ab在这两个时刻受到的磁场力方向不同 B．甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置 C．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向 D．如果电动机持续转动，则电动机内外流的都是直流电 D 二、直流电动机的原理 A．由图可知，导线ab在这两个时刻电流方向不同，由于导体受力方向与磁场方向和电流方向有关，所以两次导线ab的受力方向不同，故A正确，不符合题意； B．平衡位置是指线圈平面与磁感线垂直的位置，图中磁感线从左向右，故甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置，故B正确，不符合题意； C．读图由左手定则可知：电源的左侧为正极，从上往下看，线圈中电流都是顺时针方向，故C正确，不符合题意； D．电动机之所以能转动，是因为换向器每当转过平衡位置就会改变线圈中电流的方向，即电动机线圈外是直流电，线圈内是交流电，故D错误，符合题意。所以选D。 二、直流电动机的原理 磁悬浮列车 生活•物理•社会 2002年12月31日，我国第一条高速磁悬浮铁路商业运行线在上海试运行成功。磁悬浮列车是一种快速、舒适、经济、无污染、低能耗的现代化交通工具。 磁悬浮列车就是利用磁极间相互作用的原理设计的。通过以强大电流的电磁铁产生巨大的磁场力使列车浮起，由于列车和轨道之间没有直接接触，大大减小了运行阻力，速度可达500Km/h。 课堂总结 三 第三节 磁场对电流的作用 电动机 课堂总结 磁场对电流的作用 ①磁场对通电导体有力的作用. ②力的方向与电流方向和磁场方向有关. ①原理：通电线圈在磁场中受力而转动. ②基本组成：换向器、转子、定子. ③换向器作用：线圈转过平衡位置时， 自动改变线圈中电流的方向. ④能量转化：把电能转化为机械能. 电动机 磁场对电流的作用 电动机 实践与练习 四 第三节 磁场对电流的作用 电动机 实践与练习 可以将列出的家用电器按所用的是直流电动机还是交流电动机进行分类，也可以按用途不同进行分类。 技术参数主要了解额定电压、额定功率、转速等. 1. 列出你家中带有电动机的家用电器和电动工具的清单，并从铭牌上了解它们的技术参数. 实践与练习 （b）中通电导线的受力方向向左，因为磁场方向不变，只是改变了电流方向. 2. 通电导线中电流的方向向右时，它在磁场中的受力情况如图（a）所示。若导线中电流的方向变成向左，请在图（b）中画出通电导线的受力方向。 实践与练习 3. 如图所示，一个不能打开的盒子外面露出一段细长的导线。试设计两种不同的实验方法，在不损坏导线的情况下，判断导线中是否有电流，并完成下表。 方法 所用的器材 主要实验步骤及判断导线 中是否有电流的方法 ① ② 大铁钉、 一些大头针 ①把细长导线紧密排绕在大铁钉上制成一个电磁铁； ②把电磁铁一端靠近大头针，如果吸引大头针，导线中有电流，如果不吸引大头针，导线中没电流。 小磁针 (带支架) ①把小磁针支起来，使小磁针能够在水平面内自由转动。 ②小磁针静止时，将细长导线拉直并且平行小磁针使之处在小磁针的上方。若小磁针发生偏转，导线中有电流；如果小磁针不发生偏转，导线中没有电流。 实践与练习 4. 如图所示是最简单的直流电动机模型，怎样才能使它连续转动?试一试，按图示的方法把线圈两端导线上的漆刮去，通电后线圈将怎样运动? 实践与练习 选取直为0.25~0.35mm的漆包线，在横截面为长方形的物体上密绕10~40匝，制成面积为20mm×30mm的线圈，然后按照图对线圈的两根引线分别进行刮漆处理，并将线圈架在支架上。注意:当线圈静止时，被刮掉半周漆的那部分导线应与支架接触，这样当给线圈通电时，线圈就可以转动起来了。通电后，如果线圈不转动，可以用手轻轻推一下。 对自己制作的电动机进行评价。其实，按以上方法制作的电动机只利用了一半的电力（想一想，为什么?）：当线圈转到没有被刮掉漆的那半周时，线圈中没有电流，线圈是在惯性的作用下继续转动的。当转动到被刮掉漆的那半周时，线圈又通上电。这样周而复始，电动机就连续转动起来了。 综合提升训练 五 第三节 磁场对电流的作用 电动机 综合提升训练 1. 下列哪种设备是根据如图所示的实验原理制成的（ ） A. 电熨斗 B. 电动机 C. 电磁铁 D. 发电机 B 如图所示的实验是研究通电导体在磁场中受力运动的情景，是电动机原理。根据该原理制成的设备有电动机；电熨斗是电流的热效应；电磁铁是电流的磁效应；发电机是电磁感应原理。 所以选B. 综合提升训练 2. 如图是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路，原来静止的导线ab向右运动。要使导线ab向左运动，可行的措施是（　　） A．将磁体的N、S极对调 B．增大电源电压 C．换用磁性更强的磁体 D．将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向 A 通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向两个因素有关。如果只改变一个因素，则导体受力方向改变，如果同时改变两个因素，则导体受力方向不变。改变电流大小，只能改变受力大小，不能改变受力方向。 所以选A。 综合提升训练 电动机是根据通电导体在磁场中会受到力的作用原理制成的，在虚线框中接入电源时，通电导体在磁场中会受到力的作用，可以探究磁场对电流的作用，与电动机的原理相同。 故选A。 3. 如图所示，两根绝缘细线悬挂着的导体 ，放在U形磁铁中央， 两端连接着导线。若要探究电动机的工作原理，虚线方框中接入的实验器材是（　　） A．电源 B．电压表 C．灵敏电流计 D．滑动变阻器 A 综合提升训练 A．电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能，是电流做功的过程，故A错误。 B．线圈由图示位置转动180°时，ab边的电流方向改变，故受力方向改变，B错误； CD．通电线圈受力与电流大小和磁场强度有关，用磁性更强的磁铁，作用力更大，可加快线圈转动速度，对调磁极同时改变电流方向，受力大小不变，方向不变，转速不变，故C正确，D错误。 4. 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，下列说法正确的是（　　） A．电动机在工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能 B．线圈由图示位置转动 时，ab边受力方向不改变 C．换用磁性更强的磁铁，可加快线圈转动速度 D．对调磁极同时改变电流方向，可加快线圈转动速度 C 故选C。 综合提升训练 5. 如图甲中的线圈abcd 位于磁场中： ①通电后，cd段导线的电流方向_________(填“由c到d ”或“由d 到c”)。 ②cd段导线受磁场力的方向如图甲所示，在图甲中画出ab段导线受磁场力的方向。 ③当线圈转到竖直位置时，如图乙所示，ab段和cd段导线受到的力是平衡力。在物理学中把这一位置叫做__________，线圈最终将在这一位置静止。 ④为了使线圈能够持续转动，可以在电路中接入___________。 乙 换向器 由c到d 竖直向上 平衡位置 综合提升训练 6. 小明为观察磁场对通电线圈的作用。用漆包线做成线圈，线圈两端的漆全部刮去，放在接有电源的金属支架上并放入磁体中（如图所示）。闭合开关后，看到线圈 ___________ （“持续转动”/“左右摆动”/“静止不动”）。为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是下列哪两种_______ 。 A．两侧全刮 B．一侧全刮，另一侧刮半周 C．两侧均刮上半周 D．一侧刮上半周，一侧刮下半周 BC 左右摆动 综合提升训练 由图可知，闭合开关后，通电线圈在磁场中受力运动；线圈受力的方向与磁场的方向和电流的方向有关；当线圈转过平衡位置时，线圈受到的磁场力发生变化，使得线圈在平衡位置摆动几次后很快就停下来，故闭合开关后，看到线圈左右摆动。 为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是将线圈两端的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，或两侧均刮上半周；按这两种方法刮漆，线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，线圈 由于惯性能够按原方向持续转动，故BC符合题意， AD不符合题意。 故选BC。 Lavf58.45.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$