20.4 电动机 ----2024-2025学年人教版物理九年级下学期

第二十章 电与磁 第4节 电动机 车床 水泵 电风扇 电力机车 洗衣机内部 电动机 生活中许许多多的机器都需要电动机来带动运作，电动机（也就是俗称的马达motor）已经应用在现代社会生活的各个方面。 前面的电学部分我们已经知道通电形成电流，如灯泡通电后会发光放热，而给电动机通电，它就能带动机械运转，这是什么原理？（回忆能量的转化） 一、磁场对通电导线的作用 S N I + _ 磁体周围存在什么？ 通电导线周围存在什么？ 磁场 磁场 电流的磁效应（电生磁） 我们知道磁体周围有磁场，而通电导线周围也有磁场， 磁场间的相互作用会不会也对通电导线产生力的作用（吸引或排斥）？ 金属导轨 导线 + - ① 闭合开关，观察导线运动情况。 ② 改变电流方向或改变磁场方向，再观察导线运动方向。 一、磁场对通电导线的作用 实验探究 I + _ 磁场 磁场 4 磁场方向不变，改变电流方向，通电导线向右运动。 闭合开关，通电导线向左运动。 电流方向不变，改变磁场方向，通电导线向右运动。 N I F 甲 S I 乙 F N S I F 丙 N S 实验现象 一、磁场对通电导线的作用 如果电流方向和磁场方向都变得相反，通电导线受力方向会怎样？ 结论：通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向与电流方向、磁场方向有关。 受力方向不变。 （实质是磁场间的相互作用） 拓展补充：并不是所有的通电直导线在磁场中都受到力的作用， 当通电导线与磁感线方向平行时不受力的作用。 实验表明：通电导线在磁场中受力的方向跟电流方向、磁场方向（磁感线方向）有关。 当电流方向或磁场方向（磁感线方向）其中一个改变时，通电导线 的受力方向也会改变；若两者同时改变，通电导线的受力方向不变。 N I F S 例：在磁场中的通电导体 ( ) A．一定受到磁场力的作用 B．可能受到磁场力的作用 C．一定不受磁场力的作用 D．以上说法均不正确 B 6 金属导轨 导线 + - 一、磁场对通电导线的作用 实质：磁场与磁场间的相互作用。 I + _ 磁场 磁场 实验结论 1.通电导线在磁场中会受到力的作用。 2.通电导线在磁场中受到力的方向与电流方向、磁场方向有关。 刚才我们是把通电导线放在磁场中，发现它会受到力的作用， 假如我们不是放一根导线，而是把一个通电的线圈放到磁场中又会怎么样呢？ N I F S 通电导线在磁场中受到力的作用。 通电线圈在磁场中可以转动一定角度，但不能持续转动。 演示 问题1：为什么线圈是转动而不是做直线运动？ 由于线圈两侧的电流方向不一样，因此两侧受到的力方向不一样，一侧受力向上，一侧受力向下，被相反的两个力扭动因此转动。 问题2：为什么线圈不能持续转动? 静止 转动 ab段受力竖直向上，cd段受力竖直向下， 这两个力大小相等，但力的作用线不在同一直线上，不属于一对平衡力，因此线圈发生转动。 当线圈转动到图乙所示位置时， 线圈的 ab 和 cd 两边受到的力 方向正好相反，属于一对平衡力，因此线圈受力平衡而保持静止。 为什么线圈不能持续转动? （平衡位置） 具体受力分析 10 可以，实际的电动机是通过换向器来控制电流方向解决这一问题的。 能不能让线圈中的电流方向变回去或保持不变？ 为什么线圈不能持续转动？ 越过平衡位置后电流方向改变了 靠近S极的一侧电流方向变成了从内向外； 靠近N极的一侧电流方向变成了从外向内 线圈两侧受到磁场力的方向就会改变 原本的顺时针转动会受到阻碍而停下， 因此不能持续转动。 若想要线圈能持续转动，需解决的问题是： 电流方向 （平衡位置） 当线圈转到竖直位置时，上下方向刚好受力平衡因此静止，但由于惯性，我们会看到线圈不会刚好在平衡位置停下，而是越过后再返回平衡位置，为什么会返回？ 二、电动机的基本构造 定子（磁体） 换向器 1.转子：能够转动的部分。 2.定子：固定不动的部分。 3.换向器 转子（线圈） 实际的电动机是通过换向器来解决这一问题的。 越过平衡位置后电流方向会改变，线圈受力方向也随之改变，因此无法沿同一方向持续转动。 若要使线圈能持续转动，需要解决的问题是： 电流方向 能不能让线圈中的电流方向变回去？ 电动机的基本构造 ：让线圈持续转动下去。 12 E、F是换向器（两个半圆铜环）： 作用：每当线圈越过平衡位置时，改变 线圈中的电流方向，使线圈持续转动下去。 A、B是电刷， 作用：使线圈和电源组成闭合电路。 换向器 △换向器改变的是线圈中的电流方向，不是外电路的电流方向。 换向器 ：让线圈持续转动下去。 13 定子（磁体） 换向器 1.转子：能够转动的部分。 2.定子：固定不动的部分。 3.换向器 转子（线圈） 线圈刚转过平衡位置时，换向器通过改变线圈中的电流方向，让磁场两侧的电流方向保持不变，线圈各部分受力方向也就保持不变，这样线圈就继续沿原来方向转动，就能实现连续转动。 ：让线圈持续转动下去。 （解决线圈无法连续转动的问题） 二、电动机的基本构造 △换向器改变的是线圈中的电流方向，不是外电路的电流方向。 14 生活中的电动机 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持续转动。 15 通电导体在磁场中受力的作用。(受磁场的作用力而转动） 1.电动机的原理： 3.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。（不像燃油机那样产生大量有害气体） 2.能量转化： 电能转化为机械能 4.电动机的分类： 直流电动机(电动玩具、录音机等小型电器) 交流电动机(电风扇、洗衣机等家用电器) 方向不变的电流叫做直流电，如干电池、蓄电池提供的电流都是直流电。 归纳总结 家庭电路是交流电。 16 拓展补充： 学校的操场上挂着扬声器（喇叭），收音机、电视机、音响中都有扬声器，每天我们都能听到扬声器发出的悠扬声音。那么，扬声器是怎样发出声音的呢？ 扬声器是怎样发声的 作用：用于将电信号转变为声信号的装置。 结构：线圈、永久性磁体、锥形纸盆。 原理：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，由于线圈中电流方向不断变化，线圈就不断来回振动，带动纸盆也不断地来回振动，于是发出声音。 声音的产生需要振动。 17 实验中，将线圈左端的漆皮全部刮掉，右端的漆皮只刮掉半周(上半周或下半周)，再将线圈放在支架上，给线圈通电并用手轻轻推一下，线圈就能持续地转动起来。 让线圈转起来(自制电动机) P134想想做做 这样设计使得线圈每转一周，只有半周获得动力，在另半周线圈将要受到阻碍它转动的力时没有电流通过，线圈不受力；当线圈靠惯性转过这半周后，又回到原来的状态，线圈又受到向同方向转动的力，以保证线圈继续持续转动下去。 课外实验： 课堂小结 一、磁场对通电导线的作用 N I F S I F N S 1.通电导线在磁场中要受到力的作用。 2.通电导线在磁场中受到力的方向与电流方向、磁场方向有关。 1.电动机原理：通电导体在磁场中受力的作用。(利用磁场间力的作用转动) 2.能量转化：电能转化为机械能 （解决线圈无法连续转动的问题） 二、电动机 3.基本构造：转子、定子、换向器（让线圈持续转动下去 ） 1．如图所示，在闭合开关K的瞬间，AB水平向左运动；若将电池 正负极反接再闭合开关K，AB的运动方向为 (　 　) A．水平向左　　　 B．水平向右 C．竖直向上 D．竖直向下 B 巩固练习 2.直流电动机能持续转动，主要是因为（ ） 线圈的作用      B. 电流的作用 C. 磁场的作用       D. 换向器的作用 D 20 3.如图是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。接通电路后，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(　　) C A．换用磁性更强的磁体 B．增大电源电压 C．将磁体的N、S极对调 D．将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向 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。现要使线圈逆时针转动，下列方法中可行的是（　　） A. 只改变电流大小 B. 只改变电流方向 C. 对换磁极同时改变电流方向 D. 换用磁性更强的磁铁 B 5.要改变直流电动机转向，可以采用( )(双选) A.改变电流方向，其他不变 B.改变磁场方向，其他不变 C.增大电流强度 D.同时改变电流方向和磁场方向 6.下列说法正确的是( ) A.直流电动机是利用线圈的转动而产生电流的 B.电动机是把机械能转化为电能的机器 C.电动机是把电能转化为机械能的机器 D.改变线圈中的电流方向，可以改变电动机线圈转动的快慢 AB C 是利用通电导体在磁场中受力的作用来工作的 只能改变线圈转动的方向 让线圈转起来(自制电动机) 课外实验： $$