1.4～1.5电动机 磁生电-【压轴题】2024-2025 学年八年级科学下册同步培优训练（浙教版）

1.4电动机 1.5磁生电 学习目标 1. 通过演示实验，知道磁场对电流有力的作用。 2. 知道通电导线在磁场中受到力的方向与哪些因素有关（重点） 3. 通过演示实验，知道矩形线圈在磁场中的转动情况。 4. 了解直流电动机的构造和工作原理，理解换向器的作用。 知识重点 知识点一： 磁场对通电导体的作用 1．通电导体在磁场中会受到 力 的作用，其受力方向与 磁场方向 、导体中的 电流方向 有关。当两者中任意一个的方向 改变 ，导体的受力方向就会 改变 。 2.实验探究-线圈在磁场中的转动 （1）实验过程分析 过程分析 甲图 线圈受到的力使它顺时针转动 线圈的ab边受到一个向上的力，cd边中的电流与ab边中的电流方向相反，磁场方向相同，故cd边受到一个向下的力，这两个力不在同一直线上，所以，使线圈沿顺时针方向转动。 乙图 线圈由于惯性会越过平衡位置 与甲图相似，线圈的ab边受到向上的力、cd边受到向下的力，但此时两个力在同一直线上，大小相等、方向相反，彼此平衡，故这一位置称作平衡位置，由于惯性线圈会越过平衡位置，继续转动 丙图 线圈受到的力阻碍线圈顺时针转动 线圈越过平衡位置后，与甲图原理相似，线圈的ab边受到向上的力，cd边受到向下的力，此两个力大小相等、方向相反，不在同一直线上，阻碍线圈顺时针转动（线圈不能连续转动的原因）。 归纳总结 通电后的线圈会转动，转过平衡位置后，受到的力要阻碍它的转动，故线圈又会减速至零，向反方向转动，这样线圈在平衡位置左右来回摆动，慢慢停下来，最后停在平衡位置。 知识点二：直流电动机 1．直流电动机靠 直流 电源供电，利用通电线圈在磁场里受到力的作用而转动的原理制成，是把 电 能转化为 机械 能的装置 2．如图所示，直流电动机主要由 定子(磁体) 、 转子(线圈) 、 换向器 和 电刷 等构成。 3．如何使线圈连续转动 方法一：当线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，让线圈靠惯性转过后半周。但因为后半周线圈不受力的作用，故这种方法线圈的转动不稳定，动力弱。 方法二：在线圈转动的后半周，设法改变电流方向，使线圈在后半周也获得同转动方向相同的动力，这样线圈会平稳、有力地转动下去。实际的电动机就是采用该方法使线圈连续转动的，实现该目的的装置叫换向器。 换向器由两个 铜质半环 构成，与 电刷 配合使用。当线圈刚转过平衡位置时，能交换电刷与换向器铜质半环的接触，从而改变线圈中的 电流 方向和 线圈 的受力方向。 4．电动机构造 简单 、控制 方便 、 效率高 、 无污染 ，广泛地应用在日常生活和各种生产中。 5.电动机中的能量转化 电动机在使用过程中，主要将电能转化为机械能对外做功，同时因为电流的热效应，电流流经线圈时也会将部分电能转化为内能，即产生电热，所以电动机在正常工作时会发热。只要通风良好，电热一般不会影响电动机的正常运转，但如果散热不及时就会导致温度过高而烧坏电动机，故在使用电动机时要注意散热。 6.直流电动机的转向、转速的调节 影响电动机线圈转向的因素是电流方向和磁场方向，影响电动机线圈转速的因素是电流大小和磁场的强弱。所以，对直流电动机来说，改变转向只需改变电流方向或磁场方向；改变转速大小，只需改变电流大小和磁场强弱。 知识点三： 电磁感应现象 1．1831年，英国物理学家 法拉第 发现了磁生电的条件和规律，实现了利用磁场获得电流的愿望。这个重大发现，带来了 电能 的大规模生产和利用，开辟了电气化的新纪元。 2． 闭合 电路的一部分导体在磁场中做 切割磁感线 的运动时，导体中就会产生 电流 ，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫 感应电流 3．感应电流的方向跟导体的 运动方向 和 磁场方向 有关。 4．如果电路不闭合，当导体做切割磁感线运动时，导体中 没有 感应电流，但导体两端会有 感应电压 。 5．在电磁感应中， 机械 能转化为 电能。 注意点：1．切割运动不一定需要垂直，导体的运动方向与磁感线有一定的角度也可以。 2．不是切割运动的情况有两种：一是导体沿磁感线方向运动；二是导体沿自身所在的直线运动。 3．感应电流的大小与导体切割磁感线的速度和磁场的强度等有关。(1)当磁场强弱一定时，导体切割磁感线的速度越大，产生的感应电流越大。(2)当导体切割磁感线的速度一定时，磁场越强，产生的感应电流越大 知识点五： 交流发电机 1． 大小和方向都发生周期性变化 的电流叫交流电，如手摇发电机产生的电流就是交流电； 方向不随时间改变的电流叫直流电，如从干电池中获得的电流就是直流电。 2．我们所用的电网以 交流 电供电，周期是 0.02 秒，频率为 50 赫。 3．交流发电机是利用线圈切割磁感线而产生感应电流，它主要由 转子 (线圈)和 定子 (磁体)组成，再利用铜环和电刷把线圈产生的电输送给用电器。大型交流发电机为了得到较强的磁场，用 电磁铁 代替永磁体。 直流电动机和交流发电机的比较： 直流电动机 交流发电机 原理 通电线圈在磁场中受到力的作用转动 电磁感应现象 构造 转子(线圈)、定子(磁体)、换向器、电刷等 转子(线圈)、定子(磁体)、铜环、电刷等 能量转化 电能转化为机械能 机械能转化为电能 线圈内部电流 交流电 交流电 线圈外部电流 直流电 交流电 在电路中的作用 用电器 电源 题型一．通电导线在磁场中受到力的作用 [例题1] 有一种轮子会发光的溜冰鞋，轮子是透明的，磁环固定在轮周上，由金属线圈和发光二极管LED组成的电路固定在轮的轴上。溜冰时，轮子发光，下列分析不正确的是（　　） A．由金属线圈和发光二极管组成的电路一定是闭合电路 B．利用的原理是磁场对电流的作用 C．发光二极管LED是一种半导体材料 D．这个过程中能量的转化：先机械能转化为电能，再把电能转化为光能 题型二．探究磁场对通电导线的作用 [例题2] 在观察“磁场对通电直导线的作用”活动中，小明用导线在固定的接线柱MN下悬挂一根轻质的铝棒ab，然后将其作为通电导线接入电路放在蹄形磁体的磁场里，如图甲所示。 （1）小明闭合开关，看到铝棒稳定时如图乙所示。 （选填“发电机”或“电动机”）就是利用这一原理制成的。 （2）在探究导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的关系时，小明先对调磁极位置，闭合开关，观察到铝棒ab稳定时如图丙所示，由此可知通电导线在磁场中受力的方向与 方向有关。然后小明保持图甲中的磁极位置不动，将铝棒ab两端对调后接入电路，发现铝棒ab的摆动方向依然如图乙所示，由此小明认为通电导线在磁场中的受力方向与电流方向无关。你认为小明的做法错在哪里？ 。 （3）小明进一步猜想：在同一磁场中，磁场对导线的作用力是否与通过导线的电流大小有关呢？为此小明决定在图丙所示的实验基础上，在电路中串入电流表，并通过将铝棒ab换成长短、粗细均相同但电阻更大的铁棒和电阻更小的铜棒来改变电路中的电流，进行对比实验过程中，小明应根据 （选填“电流表的示数”或“导线摆动角度”）来推断通电导线在磁场中的受力大小。 题型三．通电导线在磁场中的受力情况 [例题3] （多选）如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相同的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（　　） A．F2 B．2F1﹣F2 C．2F1+F2 D．F2﹣2F1 题型四．直流电动机的应用 [例题4] 研究电动机的工作过程。 （1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。 （2）乙图中的线圈所在的位置 （选填“是”或“不是”）平衡位置，图中C、D组成的装置叫 ，它的作用是在线圈 （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，从而使线圈持续转动。 （3）①小明将丙图中直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，结果电动机却不能转动，他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动。模型刚开始不转的原因可能是 A．直流电动机的铜半环与电刷接触不良 B．电源电压太低 C．线圈刚好处于平衡位置 D．线圈中的电流太小 ②调换器件 （填器件名称）的放置可方便改变电动机的转动方向。 题型五．电磁感应现象 [例题5] 由金属杆组成如图甲所示的导轨，其中水平面上两平行导轨足够长且全部置于竖直向上的磁场中，与倾斜放置的导轨ABCD平滑且固定连接。将一金属棒ab从倾斜导轨上一定高度由静止释放，运动过程中始终与导轨垂直接触且不受摩擦，金属棒在平行导轨上移动了s1的距离后停了下来；撤去磁场，如图乙所示，重复原来的实验，金属棒移动的距离为s2。根据你所学的物理知识猜想s1 （选填“大于”“小于”或“等于”）s2。请你用能量转化的角度加以解释： 。 题型六．探究产生感应电流的条件 [例题6] 法拉第电磁感应现象是指：“闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时。导体中就会产生感应电流。”小明和芳芳根据课文中的描述进行了进一步探究。 （1）芳芳同学思考：线圈的一边在磁场中做切割磁感线运动与单根导线在磁场中做切割磁感线运动，产生的感应电流的大小可能不一样。于是她验证如下： （a）先用大约25圈的漆包线圈的一条边框较快地切割磁感线运动 （b）然后用单根导线以相同的情况切割磁感线运 动。你认为两次灵敏电流计指针偏转程度 A．（a）较大 B．（b）较大 C．一样大 D．无法确定 （2）实验过程中小明与芳芳又用线圈和条形磁铁来做实验（如图乙所示），发现灵敏电流计指针发生偏转。你认为在此实验中产生感应电流大小跟什么因素有 关？请你总结一下。 ① ； ② ； （3）在（1）、（2）两个实验中，如何改变感应电流的方向？ 每个实验各写出一种方法。 ① ； ② 。 题型七．产生感应电流的条件 [例题7] 科技创新活动中，小雅的作品“隔板推物”引起了同学们的极大兴趣，其原理如图甲所示，a、b两个导体棒分别悬挂在两个蹄形磁铁的磁场中，两导体棒通过导线相连，构成了一个闭合回路，用手推动导体棒a左右摆动时，导体棒b会随之摆动，下列关于这一现象的说法中不正确的是（　　） A．导体棒a左右摆动时，闭合回路中能够产生感应电流 B．导体棒a左右摆动时，实现了电能向机械能的转化 C．导体棒b随之摆动的原理与图乙所示装置的原理相同 D．用手推动导体棒b左右摆动时，导体棒a也会随之摆动 题型八．发电机能量转化 [例题8] 阅读材料，回答问题。 血液是人体输送氧气与营养的主要载体，心脏就像发动机，为这一输送提供了动力。医生给心脏疾病的患者做手术时，往往要用一种称为“人工心脏泵”的体外装置来代替心脏，以推动血液循环。如图甲是该装置的示意图，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），通电时线圈与活塞柄组成的系统与固定在左侧的磁体相互作用，从而带动活塞运动。活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启。手术时，还需要利用电磁血流计来检测血流速度和血流量（血流量指单位时间内通过血管横截面的血液体积），其示意图如图乙所示。使用时，将血管放置于两磁极之间，两金属电极a、b与血管壁接触，就会有微弱电流流过仪表显示出血流速度。研究表明，血管内血流速度会随血管横截面积的变化而变化，且血液匀速通过血管时，受到的阻力与血液的流速成正比。当血管横截面积为正常值的n倍时，测得心脏主动脉血管内血液匀速流动的速度v与n的数值如下表所示。 n 1.00 0.90 0.80 0.75 0.60 v/ms﹣1 0.18 0 0.20 0 0.22 5 0.24 0 0.30 0 （1）甲图中，当线圈中的电流从A流向B时，活塞向 （选填“左”或“右”）运动，血液从 （选填“S1流出”或“S2流入”）。 （2）电磁血流计的原理与 （选填“电动机”或“发电机”）的原理相似。 （3）图乙中若仅调换两磁极的位置，则流过仪表电流的方向将 （选填“不变”或“相反”），若 某次测得血流速度为0.2m/s，血流量为10﹣4m3/s，则对应血管的横截面积为 m2。 （4）若某人心脏主动脉血管的横截面积为正常人的0.85倍时，血管内血液匀速流动的速度应为 m/s。 巩固提高 [练习1] 科学家发现两根平行导线通电后有如图所示的现象（图中实线、虚线分别表示通电前、后的情况）。 （1）由图可知，当通入的电流方向相同时，导线相互 ，原因是：通电导线a周围产生的磁场对通电导线b有 的作用。实际生活中有些直流电动机就是利用 来产生强磁场的。 （2）判断通电直导线周围磁场方向的方法是：用右手握导线，大拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是通电直导线周围的磁场方向。根据这个方法，请你判定甲图中导线a在导线b处产生的磁场方向为垂直于纸面 （填“向里”或“向外”）。 [练习2] 网络上有一个国外“牛人”制作的“电池磁力小火车”的视频。视频中，“牛人”把由铁铷合金制作的超强磁铁分别吸附在电池的正负极两端制成“小火车”，并将其整个放入自制的铜质螺线管中，发现电池与磁铁竟然沿着螺线管向右运动起来，直到从螺线管的另一端穿出（如图1）。小明对“小火车”为什么会运动非常感兴趣，便动手进行了实验。 （1）图1中，两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是 ； （2）预测图2中的小火车将向 运动（选填“左”或“右”）； （3）要让小火车快地过螺线管，可以采取的措施是 （写出一种方法）； （4）欲使小火车由静止开始顺利通过螺线管，下列摆放方式可行的是 。 [练习3] 为了探究电动机为什么会转动，小明根据电动机构造制作了一台简易电动机。他用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连，用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。 （1）要想改变线圈的转动方向，小明可采用措施是 （多选，填序号）。 A．改变电流的方向　　B．提高电源的电压 C．增加线圈的匝数　　D．改变磁场的方向 （2）开关闭合后，如果电动机不转，原因可能是 （多选，填序号）。 A．磁铁磁性太弱　B．线圈处于平衡位置 C．通过线圈的电流太大　D．电池电压太低 （3）为了提高电动机转速，可采取的方法是 ； （4）小明想设计一个能调节电动机转速的实验装置，还需要的主要器材是 。 [练习4] 阅读短文，回答问题： 电动自行车是如何调速的 常用电动自行车调速系统主要由磁铁、霍尔传感器、控制器和开关K四部分组成。 霍尔传感器是将磁信号转变成电信号的装置，它产生的电压U0随磁场增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中磁铁与固定在手柄中的 霍尔传感器的距离发生改变，使U0发生变化。 控制器的作用是将自身产生的电压U1与霍尔传感器的电压U0比较后，输出控制电压UK，控制开关K的通断，当U1小于U0时，UK＝1V，图甲中开关K闭合；U1大于U0时，UK＝0，K断开。 正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间周期性变化，如图乙所示，控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约一万次。U0不同，每次开关K闭合与断开时间的比值就不同，电动机的转速与每次K闭合与断开时间的比值相对应。 （1）控制电压UK＝1V时，电动机中 （有/无）电流通过。 （2）如图丙所示，将霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近。在此过程中，霍尔传感器产生电压的变化情况是 。 （3）U1的变化周期T约为 。 A.6×10﹣6s B.6×10﹣3s C.6×10﹣2s D.6×10﹣1s （4）图丁中折线A和直线B分别是U1和U0随时间变化的关系图线，在图戊中画出UK随时间变化的关系图线。 （5）电动自行车在行驶过程中，转动手柄旋转套后，车速增大，与转动前相比，下列判断正确的是 。 A．霍尔传感器产生的电压U0减小 B．磁铁与霍尔传感器的距离减小 C．每次K闭合与断开时间之比变小 D．每次K闭合与断开时间之和变大。 [练习5] 电动自行车调速系统 常用电动自行车调速系统主要由磁铁、霍尔传感器、控制器和开关K四部分组成。 霍尔传感器是将磁信号转变成电信号的装置，它产生的电压U0随磁场增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中磁铁与固定在手柄中的霍尔传感器的距离发生改变，使U0发生变化。 控制器的作用是将自身产生的电压U1与霍尔传感器的电压U0比较后，输出控制电压UK，控制开关K的通断，当U1小于U0时，UK＝1V，图甲中开关K闭合；U1大于U0时，UK＝0，K断开。 正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间周期性变化，如图乙，控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约一万次。 （1）电动自行车在行驶过程中主要的能量转化与 相同。 A．发电机　　　　　B．扬声器 C．话筒　　　　　D．电热水壶 （2）当控制电压UK＝0时，电动机中 （选填“有”或“无”）电流通过。 （3）已知每次开关K闭合与断开时间的比值增大，电动机的转速也随之增大。请结合图乙判断当U0增大时，电动机转速 （选填“增大”或“减小”）。 （4）如图丙，将霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近。在此过程中，霍尔传感器产生电压的变化情况是 。 （5）图丁中折线A和直线B分别是U1和U0随时间变化的关系图线，则图中的四个时刻中 时刻电动车获得动力。 （6）U1的变化周期T约为 。 A．6×10﹣6s B．6×10﹣3s C．6×10﹣2s D．6×10﹣1s （7）当电动车在行驶过程中，转动手柄旋转套后，车速增大，与转动前相比较，下列判断正确的是： 。 A．电动车蓄电池输出功率变小 B．霍尔传感器产生的电压U0变小 C．磁铁与霍尔传感器距离变小 D．每次开关K闭合与断开时间的比值变小 [练习6] 小明发现爸爸给手机充电时，不到十分钟可把电池充达一半以上，查阅资料得知，原来该手机搭配了超级快充功能，已知该手机电池的部分参数如下表所示，如图甲所示为该手机充电器，通过阅读说明书，小明还知道了原来在充电器的内部存在降压变压器使充电器输出电压为4.4V。可将变压器原理简化为如图乙：原线圈匝数n1，副线圈匝数n2，若输入电压U1，输出电压U2，则电压与匝数关系式为：。 电池名称 锂离子电池 电压 3.7V 容量 4400mAh （1）充电器为手机电池充电时，将 能转化为 能； （2）若原线圈的匝数为1100圈，要使充电器的输出电压为4.4V，副线圈匝数为 圈； （3）变压器主要应用电磁感应原理来工作，下列选项中和变压器工作原理相同的是 ； A．①通电导线在磁场受到了力的作用 B．②动圈式话筒 C．③电磁继电器 D．④奥斯特实验 [练习7] 如图所示，在蹄形磁体的磁场中放置一根与螺线管连接的导体棒ab，当ab棒静止时，小磁针N极指向下（如图甲）；当ab棒水平向右运动时，棒内电流方向由a到b，小磁针N极指向右（如图乙）． （1）当ab棒竖直向上运动时，小磁针N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）； （2）当ab棒水平向左运动时，棒内电流方向 （选填“由a到b或“由b到a”），小磁针N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）； （3）保持ab棒水平向左运动，同时把蹄形磁体的N、S上下对调，棒内电流方向由a到b，小磁针N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）。 [练习8] 如图所示，小彤同学利用两块磁铁、一个线圈等材料制作了一台小型发电机，并用一个LED灯（发光二极管）和开关连接了图中电路。 （1）二极管具有单向导电性，当以一定的速度连续转动线圈，当线圈转动到如图a所示位置时，LED恰好发光，则当线圈转到图b位置时，LED 发光（选填“能”或“不能”）； （2）闭合电路中的感应电流与磁场方向、导线运动方向有关。在实验图c中，发光的是LED （选填“甲”或“乙”）；线圈持续转动时，LED灯甲和乙 （选填“同时发光”或“交替发光”）。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 1.4电动机 1.5磁生电 学习目标 1. 通过演示实验，知道磁场对电流有力的作用。 2. 知道通电导线在磁场中受到力的方向与哪些因素有关（重点） 3. 通过演示实验，知道矩形线圈在磁场中的转动情况。 4. 了解直流电动机的构造和工作原理，理解换向器的作用。 知识重点 知识点一： 磁场对通电导体的作用 1．通电导体在磁场中会受到 力 的作用，其受力方向与 磁场方向 、导体中的 电流方向 有关。当两者中任意一个的方向 改变 ，导体的受力方向就会 改变 。 2.实验探究-线圈在磁场中的转动 （1）实验过程分析 过程分析 甲图 线圈受到的力使它顺时针转动 线圈的ab边受到一个向上的力，cd边中的电流与ab边中的电流方向相反，磁场方向相同，故cd边受到一个向下的力，这两个力不在同一直线上，所以，使线圈沿顺时针方向转动。 乙图 线圈由于惯性会越过平衡位置 与甲图相似，线圈的ab边受到向上的力、cd边受到向下的力，但此时两个力在同一直线上，大小相等、方向相反，彼此平衡，故这一位置称作平衡位置，由于惯性线圈会越过平衡位置，继续转动 丙图 线圈受到的力阻碍线圈顺时针转动 线圈越过平衡位置后，与甲图原理相似，线圈的ab边受到向上的力，cd边受到向下的力，此两个力大小相等、方向相反，不在同一直线上，阻碍线圈顺时针转动（线圈不能连续转动的原因）。 归纳总结 通电后的线圈会转动，转过平衡位置后，受到的力要阻碍它的转动，故线圈又会减速至零，向反方向转动，这样线圈在平衡位置左右来回摆动，慢慢停下来，最后停在平衡位置。 知识点二：直流电动机 1．直流电动机靠 直流 电源供电，利用通电线圈在磁场里受到力的作用而转动的原理制成，是把 电 能转化为 机械 能的装置 2．如图所示，直流电动机主要由 定子(磁体) 、 转子(线圈) 、 换向器 和 电刷 等构成。 3．如何使线圈连续转动 方法一：当线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，让线圈靠惯性转过后半周。但因为后半周线圈不受力的作用，故这种方法线圈的转动不稳定，动力弱。 方法二：在线圈转动的后半周，设法改变电流方向，使线圈在后半周也获得同转动方向相同的动力，这样线圈会平稳、有力地转动下去。实际的电动机就是采用该方法使线圈连续转动的，实现该目的的装置叫换向器。 换向器由两个 铜质半环 构成，与 电刷 配合使用。当线圈刚转过平衡位置时，能交换电刷与换向器铜质半环的接触，从而改变线圈中的 电流 方向和 线圈 的受力方向。 4．电动机构造 简单 、控制 方便 、 效率高 、 无污染 ，广泛地应用在日常生活和各种生产中。 5.电动机中的能量转化 电动机在使用过程中，主要将电能转化为机械能对外做功，同时因为电流的热效应，电流流经线圈时也会将部分电能转化为内能，即产生电热，所以电动机在正常工作时会发热。只要通风良好，电热一般不会影响电动机的正常运转，但如果散热不及时就会导致温度过高而烧坏电动机，故在使用电动机时要注意散热。 6.直流电动机的转向、转速的调节 影响电动机线圈转向的因素是电流方向和磁场方向，影响电动机线圈转速的因素是电流大小和磁场的强弱。所以，对直流电动机来说，改变转向只需改变电流方向或磁场方向；改变转速大小，只需改变电流大小和磁场强弱。 知识点三： 电磁感应现象 1．1831年，英国物理学家 法拉第 发现了磁生电的条件和规律，实现了利用磁场获得电流的愿望。这个重大发现，带来了 电能 的大规模生产和利用，开辟了电气化的新纪元。 2． 闭合 电路的一部分导体在磁场中做 切割磁感线 的运动时，导体中就会产生 电流 ，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫 感应电流 3．感应电流的方向跟导体的 运动方向 和 磁场方向 有关。 4．如果电路不闭合，当导体做切割磁感线运动时，导体中 没有 感应电流，但导体两端会有 感应电压 。 5．在电磁感应中， 机械 能转化为 电能。 注意点：1．切割运动不一定需要垂直，导体的运动方向与磁感线有一定的角度也可以。 2．不是切割运动的情况有两种：一是导体沿磁感线方向运动；二是导体沿自身所在的直线运动。 3．感应电流的大小与导体切割磁感线的速度和磁场的强度等有关。(1)当磁场强弱一定时，导体切割磁感线的速度越大，产生的感应电流越大。(2)当导体切割磁感线的速度一定时，磁场越强，产生的感应电流越大 知识点五： 交流发电机 1． 大小和方向都发生周期性变化 的电流叫交流电，如手摇发电机产生的电流就是交流电； 方向不随时间改变的电流叫直流电，如从干电池中获得的电流就是直流电。 2．我们所用的电网以 交流 电供电，周期是 0.02 秒，频率为 50 赫。 3．交流发电机是利用线圈切割磁感线而产生感应电流，它主要由 转子 (线圈)和 定子 (磁体)组成，再利用铜环和电刷把线圈产生的电输送给用电器。大型交流发电机为了得到较强的磁场，用 电磁铁 代替永磁体。 直流电动机和交流发电机的比较： 直流电动机 交流发电机 原理 通电线圈在磁场中受到力的作用转动 电磁感应现象 构造 转子(线圈)、定子(磁体)、换向器、电刷等 转子(线圈)、定子(磁体)、铜环、电刷等 能量转化 电能转化为机械能 机械能转化为电能 线圈内部电流 交流电 交流电 线圈外部电流 直流电 交流电 在电路中的作用 用电器 电源 题型一．通电导线在磁场中受到力的作用 [例题1] 有一种轮子会发光的溜冰鞋，轮子是透明的，磁环固定在轮周上，由金属线圈和发光二极管LED组成的电路固定在轮的轴上。溜冰时，轮子发光，下列分析不正确的是（　　） A．由金属线圈和发光二极管组成的电路一定是闭合电路 B．利用的原理是磁场对电流的作用 C．发光二极管LED是一种半导体材料 D．这个过程中能量的转化：先机械能转化为电能，再把电能转化为光能 【解答】解：ABD、产生感应电流的条件是：闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动，就会产生感应电流；产生感应电流的导体相当于电源；溜冰时磁环随轮周转动，相当于金属线圈做切割磁感线运动，电路中产生感应电流；在此过程中能量的转化情况是：机械能转化为电能，电能再转化为光能，故B错误，AD正确； C、发光二极管LED是由半导体做成的器件，它具有单向导电性，故C正确。 本题选错误的，故选：B。 题型二．探究磁场对通电导线的作用 [例题2] 在观察“磁场对通电直导线的作用”活动中，小明用导线在固定的接线柱MN下悬挂一根轻质的铝棒ab，然后将其作为通电导线接入电路放在蹄形磁体的磁场里，如图甲所示。 （1）小明闭合开关，看到铝棒稳定时如图乙所示。 （选填“发电机”或“电动机”）就是利用这一原理制成的。 （2）在探究导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的关系时，小明先对调磁极位置，闭合开关，观察到铝棒ab稳定时如图丙所示，由此可知通电导线在磁场中受力的方向与 方向有关。然后小明保持图甲中的磁极位置不动，将铝棒ab两端对调后接入电路，发现铝棒ab的摆动方向依然如图乙所示，由此小明认为通电导线在磁场中的受力方向与电流方向无关。你认为小明的做法错在哪里？ 。 （3）小明进一步猜想：在同一磁场中，磁场对导线的作用力是否与通过导线的电流大小有关呢？为此小明决定在图丙所示的实验基础上，在电路中串入电流表，并通过将铝棒ab换成长短、粗细均相同但电阻更大的铁棒和电阻更小的铜棒来改变电路中的电流，进行对比实验过程中，小明应根据 （选填“电流表的示数”或“导线摆动角度”）来推断通电导线在磁场中的受力大小。 【解答】解：（1）据图可知，当金属棒中通电后，金属棒会受力运动，即说明通电导线在磁场中受力的作用，电动机就是利用该原理制成的； （2）在探究导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的关系时，小明先对调磁极位置，闭合开关，观察到铝棒ab稳定时如图丙所示，即此时的磁场方向改变，电流方向没有变，所以由此可知通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关。然后小明保持图甲中的磁极位置不动，将铝棒ab两端对调后接入电路，发现铝棒ab的摆动方向依然如图乙所示，由此小明认为通电导线在磁场中的受力方向与电流方向无关。你认为小明的做法是错误的，因为在该过程中，相对于磁场而言，电流方向没有改变。 （3）为了探究磁场对导线的作用力是否与通过导线的电流大小有关，即改变电流的大小，观察金属棒受力的大小即可，故通过观察金属棒摆动的幅度即可。 故答案为：（1）电动机；（2）磁场；相对于磁场而言，电流方向没有改变；（3）导线摆动角度。 题型三．通电导线在磁场中的受力情况 [例题3] （多选）如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相同的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（　　） A．F2 B．2F1﹣F2 C．2F1+F2 D．F2﹣2F1 【解答】解： 如图所示，两根长直导线，电流大小相同，方向相同。由安培定则可知a右侧磁场方向向外，b左侧的磁场方向向里， 由左手定则知，a受到b产生磁场的作用力向右，大小为F1，那么b受到a产生磁场的作用力向左大小也为F1，但方向相反（向左）。 再加入匀强磁场时产生的磁场力大小为F0，则a、b受到加入匀强匀强磁场的作用力均为F0，且方向相同。 （1）如果加入匀强磁场方向垂直导线平面向里时，F0方向向右，则a受到的作用力为F2＝F1+F0， 若此时F1＞F0，则b受到的作用力为F2′＝F1﹣F0＝F1﹣（F2﹣F1）＝2F1﹣F2，故B正确； 若此时F1＜F0，则F2′＝F0﹣F1＝（F2﹣F1）﹣F1＝F2﹣2F1，故D正确； （2）如果加入匀强磁场方向垂直导线平面向外时，F0方向向左， 若F1＞F0，则a受到的作用力为F2＝F1﹣F0，则b受到的作用力为F2′＝F1+F0＝F1+（F1﹣F2）＝2F1﹣F2，故B正确； 若F1＜F0，则a受到的作用力为F2＝F0﹣F1，则b受到的作用力为F2′＝F1+F0＝F1+（F2+F1）＝2F1+F2，故C正确。 故选：BCD。 题型四．直流电动机的应用 [例题4] 研究电动机的工作过程。 （1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。 （2）乙图中的线圈所在的位置 （选填“是”或“不是”）平衡位置，图中C、D组成的装置叫 ，它的作用是在线圈 （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，从而使线圈持续转动。 （3）①小明将丙图中直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，结果电动机却不能转动，他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动。模型刚开始不转的原因可能是 A．直流电动机的铜半环与电刷接触不良 B．电源电压太低 C．线圈刚好处于平衡位置 D．线圈中的电流太小 ②调换器件 （填器件名称）的放置可方便改变电动机的转动方向。 【解答】解：（1）电动机的工作原理是磁场对通电线圈有力的作用。 线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关；甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，是因为两侧的电流方向不同。 （2）乙图中的线圈所在的位置是平衡位置，线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，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。 （3）①A．直流电动机的铜半环与电刷接触不良，形成开路，电路中没有电流，形不成通电导体，故电动机始终不会工作。不符合题意； B、若是线圈两端的电压太低，即线圈中的电流很小，线圈所受的磁场力小于摩擦力时，即使我们轻推一下，电动机也不会转动，不符合题意； C、平衡位置时电动机的转子和定子形成了开路，导体中没有电流通过，磁场对其没有作用力，电动机不会转动，但是用手轻轻地碰了一下线圈后，线圈越过平衡位置，继续转动；符合题意； D、若是线圈中的电流太小，同样线圈所受的磁场力小于摩擦力时，即使我们轻推一下，电动机也不会转动，不符合题意； ②因为线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关，所以丙图所示的电动机模型中，调换器件①磁体的放置，即改变磁场的方向，可方便改变电动机的转动方向。 故答案为：（1）通电线圈；电流方向不同； （2）是；换向器；刚转过；（3）C；磁体。 题型五．电磁感应现象 [例题5] 由金属杆组成如图甲所示的导轨，其中水平面上两平行导轨足够长且全部置于竖直向上的磁场中，与倾斜放置的导轨ABCD平滑且固定连接。将一金属棒ab从倾斜导轨上一定高度由静止释放，运动过程中始终与导轨垂直接触且不受摩擦，金属棒在平行导轨上移动了s1的距离后停了下来；撤去磁场，如图乙所示，重复原来的实验，金属棒移动的距离为s2。根据你所学的物理知识猜想s1 （选填“大于”“小于”或“等于”）s2。请你用能量转化的角度加以解释： 。 【解答】解：金属棒在下滑过程中，金属棒的质量不变，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，所以是重力势能转化为动能；金属棒滑到水平导轨上后，金属棒做切割磁感线运动，产生感应电流，即一部分机械能转化为电能，因此s1小于s2。 故答案为：小于；金属棒在下滑过程中，重力势能转化为动能；甲图中金属棒在磁场中运动时会发生电磁感应现象，一部分机械能转化为电能，机械能减少，所以s1小于s2。 题型六．探究产生感应电流的条件 [例题6] 法拉第电磁感应现象是指：“闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时。导体中就会产生感应电流。”小明和芳芳根据课文中的描述进行了进一步探究。 （1）芳芳同学思考：线圈的一边在磁场中做切割磁感线运动与单根导线在磁场中做切割磁感线运动，产生的感应电流的大小可能不一样。于是她验证如下： （a）先用大约25圈的漆包线圈的一条边框较快地切割磁感线运动 （b）然后用单根导线以相同的情况切割磁感线运 动。你认为两次灵敏电流计指针偏转程度 A．（a）较大 B．（b）较大 C．一样大 D．无法确定 （2）实验过程中小明与芳芳又用线圈和条形磁铁来做实验（如图乙所示），发现灵敏电流计指针发生偏转。你认为在此实验中产生感应电流大小跟什么因素有 关？请你总结一下。 ① ； ② ； （3）在（1）、（2）两个实验中，如何改变感应电流的方向？ 每个实验各写出一种方法。 ① ； ② 。 【解答】解：（1）因为多匝线圈在磁场中运动时，相当于多根导线同时切割磁感线，即相当于多个电源串联，则电路中电流较大，即（a）中较大，故选A； （2）我们知道导体切割磁感线可以产生感应电流，即导体和磁场中发生了相对运动；本题中磁场运动，可以认为导线相对于磁场发生了运动，故也可以产生感应电流；感应电流应与磁场的强弱、磁体运动的变慢及线圈的匝数等有关。 （3）感应电流的方向与切割方向及磁场方向有关，故二者都可以通过改变磁极方向和运动方向改变电流方向。 即①改变切割方向（或改变磁极方向）；②改变磁极方向（或改变磁铁的运动方向） 故答案为：（1）A；（2）磁体磁性的强弱；磁体运动的快慢；（3）改变磁体的运动方向；改变磁极（或磁场）方向。 题型七．产生感应电流的条件 [例题7] 科技创新活动中，小雅的作品“隔板推物”引起了同学们的极大兴趣，其原理如图甲所示，a、b两个导体棒分别悬挂在两个蹄形磁铁的磁场中，两导体棒通过导线相连，构成了一个闭合回路，用手推动导体棒a左右摆动时，导体棒b会随之摆动，下列关于这一现象的说法中不正确的是（　　） A．导体棒a左右摆动时，闭合回路中能够产生感应电流 B．导体棒a左右摆动时，实现了电能向机械能的转化 C．导体棒b随之摆动的原理与图乙所示装置的原理相同 D．用手推动导体棒b左右摆动时，导体棒a也会随之摆动 【解答】解：AB、导体棒a左右摆动的过程做切割磁感线运动，闭合的回路中有感应电流产生，工作时将机械能转化为电能，故A正确，B错误； C、左边作为电源给右边提供电能，右边导体棒b随之摆动相当于通电导体在磁场中受力运动，与图乙所示装置的原理相同，故C正确； D、用手推动导体棒b左右摆动的过程中，导体棒做切割磁感线运动，闭合的回路中有感应电流产生，导体棒a也会随之摆动，故D正确。 故选：B。 题型八．发电机能量转化 [例题8] 阅读材料，回答问题。 血液是人体输送氧气与营养的主要载体，心脏就像发动机，为这一输送提供了动力。医生给心脏疾病的患者做手术时，往往要用一种称为“人工心脏泵”的体外装置来代替心脏，以推动血液循环。如图甲是该装置的示意图，线圈AB固定在用软铁制成的活塞柄上（相当于一个电磁铁），通电时线圈与活塞柄组成的系统与固定在左侧的磁体相互作用，从而带动活塞运动。活塞筒通过阀门与血管相通，阀门S1只能向外开启，S2只能向内开启。手术时，还需要利用电磁血流计来检测血流速度和血流量（血流量指单位时间内通过血管横截面的血液体积），其示意图如图乙所示。使用时，将血管放置于两磁极之间，两金属电极a、b与血管壁接触，就会有微弱电流流过仪表显示出血流速度。研究表明，血管内血流速度会随血管横截面积的变化而变化，且血液匀速通过血管时，受到的阻力与血液的流速成正比。当血管横截面积为正常值的n倍时，测得心脏主动脉血管内血液匀速流动的速度v与n的数值如下表所示。 n 1.00 0.90 0.80 0.75 0.60 v/ms﹣1 0.18 0 0.20 0 0.22 5 0.24 0 0.30 0 （1）甲图中，当线圈中的电流从A流向B时，活塞向 （选填“左”或“右”）运动，血液从 （选填“S1流出”或“S2流入”）。 （2）电磁血流计的原理与 （选填“电动机”或“发电机”）的原理相似。 （3）图乙中若仅调换两磁极的位置，则流过仪表电流的方向将 （选填“不变”或“相反”），若 某次测得血流速度为0.2m/s，血流量为10﹣4m3/s，则对应血管的横截面积为 m2。 （4）若某人心脏主动脉血管的横截面积为正常人的0.85倍时，血管内血液匀速流动的速度应为 m/s。 【解答】解： （1）当线圈中的电流从A流向B时，由右手螺旋定则可知，螺线管左端为S极，此时异名磁极相互吸引，故活塞左移，S1关闭，S2打开，血液从S2流入； （2）血液流动就会有微弱电流流过仪表显示出血流速度，能量：机械能转化为电能，故原理与发电机原理相似； （3）图乙中若仅调换两磁极的位置，则流过仪表电流的方向将相反； 已知v＝0.2m/s，血流量为10﹣4 m3/s，所以血管的横截面积S5×10﹣4m2； （4）由题意可知，正常的血流速度v＝0.18m/s，要使流过的液体相等，则有：Sv＝S′v′， 则变细后的血液的流速v′v0.18m/s≈0.212m/s； 故答案为：（1）左；S2流入；（2）发电机；（3）相反；5×10﹣4；（4）0.212。 巩固提高 [练习1] 科学家发现两根平行导线通电后有如图所示的现象（图中实线、虚线分别表示通电前、后的情况）。 （1）由图可知，当通入的电流方向相同时，导线相互 ，原因是：通电导线a周围产生的磁场对通电导线b有 的作用。实际生活中有些直流电动机就是利用 来产生强磁场的。 （2）判断通电直导线周围磁场方向的方法是：用右手握导线，大拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是通电直导线周围的磁场方向。根据这个方法，请你判定甲图中导线a在导线b处产生的磁场方向为垂直于纸面 （填“向里”或“向外”）。 【解答】解： （1）由图可知，当通入的电流方向相同时，导线靠拢，说明两导线相互吸引；当通入电流方向相反时，导线远离，说明两导线相互排斥； 通电导线a周围产生的磁场对通电导线b有力的作用； 实际生活中有些直流电动机就是利用电流来产生强磁场的； （2）用右手握导线，大拇指指向电流方向（向上），则四指环绕的方向就是通电直导线周围的磁场方向：a的左侧垂直于纸面向外，b处垂直于纸面向里； 故答案为：（1）吸引；力；电流；（2）向里。 [练习2] 网络上有一个国外“牛人”制作的“电池磁力小火车”的视频。视频中，“牛人”把由铁铷合金制作的超强磁铁分别吸附在电池的正负极两端制成“小火车”，并将其整个放入自制的铜质螺线管中，发现电池与磁铁竟然沿着螺线管向右运动起来，直到从螺线管的另一端穿出（如图1）。小明对“小火车”为什么会运动非常感兴趣，便动手进行了实验。 （1）图1中，两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是 ； （2）预测图2中的小火车将向 运动（选填“左”或“右”）； （3）要让小火车快地过螺线管，可以采取的措施是 （写出一种方法）； （4）欲使小火车由静止开始顺利通过螺线管，下列摆放方式可行的是 。 【解答】解：（1）两侧磁铁之间的线圈中会有电流通过，他由此推测：只有当线圈中有电流通过时，火车才会受力运动。为验证这一假设，他需要进一步的操作是将电池的一端与磁铁断开； （2）“小车”全部推入螺线管后，与磁铁接触的那一段螺线管通电产生磁场，螺线管内部的磁场向左，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，小车向左运动； （3）磁极间相互作用力越大，小车速度就越大，所以可以增强磁铁的磁性（或者使螺线管的绕线更密集以增加与磁铁接触的那一段螺线管匝数、或增加电池电压以增大螺线管中电流从而增强其磁场）。 （4）A、A图中，螺线管内部的磁场向右，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，与电池正极相吸的磁铁受到向左的力，小车向左，故A正确； B、B图中，螺线管内部的磁场向左，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，与电池正极相吸的磁铁受到向右的力，小车不动，故B错误； C、C图中，螺线管内部的磁场向右，与电池负极相吸的磁铁受到向左的力，与电池正极相吸的磁铁受到向右的力，小车不动，故C错误； D、D图中，电池正极一端没有进入磁场，小车不动，故D错误。 故选：A。 故答案为：（1）将电池的一端与磁铁断开；（2）左；（3）增强磁铁的磁性（或者使螺线管的绕线更密集以增加与磁铁接触的那一段螺线管匝数、或增加电池电压以增大螺线管中电流从而增强其磁场）；（4）A。 [练习3] 为了探究电动机为什么会转动，小明根据电动机构造制作了一台简易电动机。他用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连，用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。 （1）要想改变线圈的转动方向，小明可采用措施是 （多选，填序号）。 A．改变电流的方向　　B．提高电源的电压 C．增加线圈的匝数　　D．改变磁场的方向 （2）开关闭合后，如果电动机不转，原因可能是 （多选，填序号）。 A．磁铁磁性太弱　B．线圈处于平衡位置 C．通过线圈的电流太大　D．电池电压太低 （3）为了提高电动机转速，可采取的方法是 ； （4）小明想设计一个能调节电动机转速的实验装置，还需要的主要器材是 。 【解答】解：（1）知道通电导线在磁场中所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，所以要想改变线圈的转动方向，可以改变线圈中电流的方向，也可以改变磁场的方向，故选AD； （2）线圈不转可能是由于线圈处于平衡位置；线圈不转也说明线圈可能不受磁场力，即电路中没有电流，一般来说可能是接线柱接触不良造成的； 同时因线圈和转轴之间有阻力存在，故还有可能就是，线圈受力，但是磁场力较小，无法带动线圈。故导致这种现象的原因有：磁铁的磁性不强、线圈的匝数太少，电池电压不够导致电流较小。 故选ABD； （3）通电导线在磁场中受力的作用，所受力的大小与电流的强弱、磁场的强弱有关，故为了提高电动机转速，可采取的方法增大电流或增强磁场，即可以提高线圈两端的电压或改用强磁场做该实验； （4）要想控制线圈的转速，可以控制电流的大小，故可以接入滑动变阻器，将滑动变阻器与电机串联即可起到控制电流的作用； 故答案为：（1）AD；（2）ABD；（3）提高电源电压；（4）滑动变阻器。 [练习4] 阅读短文，回答问题： 电动自行车是如何调速的 常用电动自行车调速系统主要由磁铁、霍尔传感器、控制器和开关K四部分组成。 霍尔传感器是将磁信号转变成电信号的装置，它产生的电压U0随磁场增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中磁铁与固定在手柄中的 霍尔传感器的距离发生改变，使U0发生变化。 控制器的作用是将自身产生的电压U1与霍尔传感器的电压U0比较后，输出控制电压UK，控制开关K的通断，当U1小于U0时，UK＝1V，图甲中开关K闭合；U1大于U0时，UK＝0，K断开。 正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间周期性变化，如图乙所示，控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约一万次。U0不同，每次开关K闭合与断开时间的比值就不同，电动机的转速与每次K闭合与断开时间的比值相对应。 （1）控制电压UK＝1V时，电动机中 （有/无）电流通过。 （2）如图丙所示，将霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近。在此过程中，霍尔传感器产生电压的变化情况是 。 （3）U1的变化周期T约为 。 A.6×10﹣6s B.6×10﹣3s C.6×10﹣2s D.6×10﹣1s （4）图丁中折线A和直线B分别是U1和U0随时间变化的关系图线，在图戊中画出UK随时间变化的关系图线。 （5）电动自行车在行驶过程中，转动手柄旋转套后，车速增大，与转动前相比，下列判断正确的是 。 A．霍尔传感器产生的电压U0减小 B．磁铁与霍尔传感器的距离减小 C．每次K闭合与断开时间之比变小 D．每次K闭合与断开时间之和变大。 【解答】解：（1）由材料可知UK＝0，K断开，则UK＝1V时，开关K闭合，即电动机工作，有电流通过。 （2）已知条形磁铁的磁性是两端最强，中间弱；则霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近过程中，根据磁场的磁性是由强变弱，然后由弱变强，所以根据U0随磁场增强而增大的特点可知霍尔传感器产生电压U0变化是先减小后增大。 （3）已知控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约一万次，则变化周期T6×10﹣3s，故选B。 （4）∵当U1小于U0时，UK＝1V，U1大于U0时，UK＝0。 ∴在0～t1、t2～t3、t4～t5、t6～3T内，UK＝1。 在t1～t2、t3～t4、t5～t6内，UK＝0。 则UK随时间变化的关系图线如下图： （5）∵电动机的转速与每次K闭合与断开时间的比值相对应， ∴电动机的转速增大时，K闭合时间比断开时间长，则K闭合与断开时间的比值变大； ∵电动自行车在行驶过程中，转动手柄旋转套后，车速增大， ∴每次K闭合与断开时间的比值变大，故C错误， 由于变化周期T为每次K闭合与断开时间之和，而变化周期T不变，故D错误； ∵正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间周期性变化是一定的，则K闭合时间变长，即U1小于U0的时间段变长，UK＝1V的时间变长， ∴U0变大，故A错误； ∵U0随磁场增强而增大， ∴霍尔传感器周围的磁性变强，即与磁铁的距离减小，故B正确。 故答案为：（1）有；（2）先减小后增大；（3）B；（4）图略；（5）B。 [练习5] 电动自行车调速系统 常用电动自行车调速系统主要由磁铁、霍尔传感器、控制器和开关K四部分组成。 霍尔传感器是将磁信号转变成电信号的装置，它产生的电压U0随磁场增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中磁铁与固定在手柄中的霍尔传感器的距离发生改变，使U0发生变化。 控制器的作用是将自身产生的电压U1与霍尔传感器的电压U0比较后，输出控制电压UK，控制开关K的通断，当U1小于U0时，UK＝1V，图甲中开关K闭合；U1大于U0时，UK＝0，K断开。 正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间周期性变化，如图乙，控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约一万次。 （1）电动自行车在行驶过程中主要的能量转化与 相同。 A．发电机　　　　　B．扬声器 C．话筒　　　　　D．电热水壶 （2）当控制电压UK＝0时，电动机中 （选填“有”或“无”）电流通过。 （3）已知每次开关K闭合与断开时间的比值增大，电动机的转速也随之增大。请结合图乙判断当U0增大时，电动机转速 （选填“增大”或“减小”）。 （4）如图丙，将霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近。在此过程中，霍尔传感器产生电压的变化情况是 。 （5）图丁中折线A和直线B分别是U1和U0随时间变化的关系图线，则图中的四个时刻中 时刻电动车获得动力。 （6）U1的变化周期T约为 。 A．6×10﹣6s B．6×10﹣3s C．6×10﹣2s D．6×10﹣1s （7）当电动车在行驶过程中，转动手柄旋转套后，车速增大，与转动前相比较，下列判断正确的是： 。 A．电动车蓄电池输出功率变小 B．霍尔传感器产生的电压U0变小 C．磁铁与霍尔传感器距离变小 D．每次开关K闭合与断开时间的比值变小 【解答】解：（1）电动机是利用通电线圈在磁场里受力运动的原理制成的。 A、发电机是利用电磁感应现象来工作的； B、扬声器运用了通电线圈在磁场里受力运动的原理制成的； C、话筒是利用电磁感应的原理，将声信号转化成电信号的； D、电热水壶是利用电流的热效应原理制成的； 故选B； （2）由材料可知UK＝0，K断开，电路中无电流通过； （3）U0变大时，U1小于U0的时间段变长，UK＝1V的时间变长，即K闭合时间变长，K闭合时间比断开时间长，开关K闭合与断开时间的比值增大，根据“每次开关K闭合与断开时间的比值增大，电动机的转速也随之增大”知，电动机的转速增大； （4）已知条形磁铁的磁性是两端最强，中间弱；则霍尔传感器从条形磁铁的S极附近水平移动到N极附近过程中，根据磁场的磁性是由强变弱，然后由弱变强，所以根据U0随磁场增强而增大的特点可知霍尔传感器产生电压U0变化是先变小后变大； （5）当U1小于U0时，UK＝1V，图甲中开关K闭合，电动车获得动力，图象中的t4时刻U1小于U0，电动车获得动力； （6）已知控制器输出的UK使开关交替通断，每分钟约一万次，则变化周期T6×10﹣3s，故选B； （7）电动车蓄电池的输出功率是不变的，故A错误； 正常行驶时，电动自行车U1的大小随时间周期性变化示意是一定的，则K闭合时间变长，即U1小于U0的时间段变长，UK＝1V的时间变长，U0变大，故B错误； U0随磁场增强而增大，所以霍尔传感器周围的磁性变强，即与磁铁的距离减小，故C正确； 电动机的转速与每次K闭合与断开时间的比值相对应，电动机的转速增大时，K闭合时间比断开时间长，则K闭合与断开时间的比值变大；故D错误。 故答案为：（1）B；（2）无；（3）增大；（4）先变小后变大；（5）t4；（6）B；（7）C。 [练习6] 小明发现爸爸给手机充电时，不到十分钟可把电池充达一半以上，查阅资料得知，原来该手机搭配了超级快充功能，已知该手机电池的部分参数如下表所示，如图甲所示为该手机充电器，通过阅读说明书，小明还知道了原来在充电器的内部存在降压变压器使充电器输出电压为4.4V。可将变压器原理简化为如图乙：原线圈匝数n1，副线圈匝数n2，若输入电压U1，输出电压U2，则电压与匝数关系式为：。 电池名称 锂离子电池 电压 3.7V 容量 4400mAh （1）充电器为手机电池充电时，将 能转化为 能； （2）若原线圈的匝数为1100圈，要使充电器的输出电压为4.4V，副线圈匝数为 圈； （3）变压器主要应用电磁感应原理来工作，下列选项中和变压器工作原理相同的是 ； A．①通电导线在磁场受到了力的作用 B．②动圈式话筒 C．③电磁继电器 D．④奥斯特实验 【解答】解：（1）给手机电池充电时消耗电能，变成了手机电池的化学能，故是将电能转化为化学能的过程。 （2）若原线圈的匝数为1100圈，要使充电器的输出电压为4.4V，由可知副线圈匝数为n2； （3）A．①通电导线在磁场受到了力的作用，据此制成了电动机，故A不符合题意； B．②当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，产生随声音变化的电流，动圈式话筒利用了电磁感应原理，故B符合题意； C．③电磁继电器利用了电流的磁效应，故C不符合题意； D．④奥斯特实验说明了电流的周围存在磁场，故D不符合题意。 故选B。 [练习7] 如图所示，在蹄形磁体的磁场中放置一根与螺线管连接的导体棒ab，当ab棒静止时，小磁针N极指向下（如图甲）；当ab棒水平向右运动时，棒内电流方向由a到b，小磁针N极指向右（如图乙）． （1）当ab棒竖直向上运动时，小磁针N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）； （2）当ab棒水平向左运动时，棒内电流方向 （选填“由a到b或“由b到a”），小磁针N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）； （3）保持ab棒水平向左运动，同时把蹄形磁体的N、S上下对调，棒内电流方向由a到b，小磁针N极指向 （选填“上”、“下”、“左”或“右”）。 【解答】解：在磁体外部，磁感线是从N极指向S极的，则图中ab棒所处磁场的方向是向下的； （1）当ab棒竖直向上运动时，没有做切割磁感线运动，不能够产生感应电流，螺线管不能够产生磁场，故小磁针N极仍然指向下； （2）已知ab棒水平向右运动时，棒内电流方向由a到b，小磁针N极指向右； 当ab棒水平向左运动时，切割磁感线的运动方向相反，棒内电流方向相反，螺线管的磁场方向改变，所以棒内电流方向由b到a，小磁针的N极指向左； （3）已知ab棒水平向右运动时，棒内电流方向由a到b，小磁针N极指向右； 保持ab棒水平向左运动，同时把蹄形磁体的N、S上下对调，切割磁感线的运动方向和磁场方向同时改变，感应电流的方向不变，所以棒内电流的方向由a到b；螺线管的磁场方向不变，小磁针仍指向右。 故答案为：（1）下；（2）由b到a；左；（3）右。 [练习8] 如图所示，小彤同学利用两块磁铁、一个线圈等材料制作了一台小型发电机，并用一个LED灯（发光二极管）和开关连接了图中电路。 （1）二极管具有单向导电性，当以一定的速度连续转动线圈，当线圈转动到如图a所示位置时，LED恰好发光，则当线圈转到图b位置时，LED 发光（选填“能”或“不能”）； （2）闭合电路中的感应电流与磁场方向、导线运动方向有关。在实验图c中，发光的是LED （选填“甲”或“乙”）；线圈持续转动时，LED灯甲和乙 （选填“同时发光”或“交替发光”）。 【解答】解：（1）当线圈转动到如图所示位置时，LED恰好发光；因线圈在转动过程中产生的是交流电，则当线圈转到图b位置时，外部电流方向发生了改变，而二极管的正负极不变，此时电流从二极管的负极流入，所以LED不能发光； （2）实验图c和实验图a相比较，电流的方向是相同的，所以发光的是LED乙； 线圈持续转动时，电流的方向发生了改变，且发光二极管具有单向导电性，所以把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与发电机串联，两个发光二极管会交替发光。 故答案为：（1）不能；（2）乙；交替发光。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$