第四节 电动机（导学案）物理新教材北师大版（北京）九年级全一册

该初中物理导学案聚焦“电动机”核心内容，涵盖工作原理、构造及应用，通过演示实验与自主预习衔接磁场、电流知识，搭建从基础到应用的学习支架，帮助学生理解磁场对电流的作用及电动机持续转动原理。 突出科学探究与实践，设计“自制简易电动机”等动手活动，结合实验分析培养科学思维，联系扬声器、磁悬浮列车等实例强化物理观念，例题练习层次分明，助力学生深化理解并提升解决实际问题的能力。

四、电动机 （导学案） 【学习目标】 1．知道电动机的基本工作原理，能说出通电导体在磁场中受力的方向与哪些因素有关。 2．认识电动机的基本构造，并了解各部件的作用，培养观察与分析能力。 3．能分析日常生活中电动机的应用实例，体会物理知识的广泛应用，提升将物理知识与实际生活相联系的意识。 【学习重点】 电动机工作原理；电动机能量转化。 【学习难点】 磁场对电流的作用；电动机的工作过程。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．通电导体在磁场中受力方向与磁场方向、电流方向有关。 2．通电线圈在磁场中不能持续转动的原因是：线圈中电流方向不变，磁场方向不变，所以线圈两边受力方向不变，当线圈转动至平衡位置时，线圈的上下两边受到一对平衡力，导致线圈无法继续转动。 3．电动机的原理：通电线圈在磁场中受力转动； 4．换向器的作用：是当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈能够持续地转动下去。 5．直流电动机的构造：转子、定子，具体包括线圈、磁体、换向器、电刷等。 6．能量转换效率高。运行平稳，振动和噪音小。结构简单、零部件少，便于维护，可降低维护成本。调速性能优越。在环保方面，无污染。电动机启动迅速、动力输出稳定，能快速响应工作需求，在工业生产和交通运输等领域应用前景广泛。 【探究新知】 探究一、磁场对通电导体的作用 （一）磁场对通电导体有力的作用 【演示与观察】如图17.4-1所示，把一根剥去绝缘皮的直导线ab放在磁场中的金属轨道上，接通电路，观察导线ab的运动方向。 断开开关，调整电路，使通过导线ab的电流方向与原来的相反。接通保持通过导线ab的电流方向不变，把蹄形磁体的两个磁极对调，使磁同时改变通过导线ab的电流方向和磁场方向，观察导线ab的运动方向。电路，观察导线ab的运动方向。场方向与原来相反，观察导线ab的运动方向。 【结论一】通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关。 【结论二】通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关。 导线ab的运动方向随电流方向(或磁场方向)的改变而改变的现象说明了什么? （二）通电导体在磁场中的受力方向与哪些因素有关 实验表明，通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系。当电流的方向或者磁场的方向改变时，在磁场中的通电导线受力的方向也随之改变。 （1）只改变电流方向或磁场方向，通电导线受到力的方向改变； （2）如果同时改变电流方向和磁场方向，则受到力的方向不改变。 【例题1】在探究通电导线在磁场中的受力方向与什么因素有关时，一位同学做了如图所示的三个实验。图中AB 表示闭合电路的一部分导线；导线上的箭头表示电流的方向，F 表示导线受力的方向。S、N 表示蹄形磁铁的南北极。 （1）实验a 和b 说明， 通电导线在磁场中的受力方向与 导体中的电流 的方向有关 （2）实验a 和c 说明， 通电导线在磁场中的受力方向与 磁场 的方向有关 （三）通电线圈在磁场中受力转动 【思考1】如果把一个通电线圈放在磁场中，它会怎样运动呢？ 通电线圈可以在磁场里转动过一定角度，但不能持续转动。 【思考2】为什么线圈不能持续转动呢? 从通电线圈的受力情况来分析 线框的受力和运动情况分析 甲： 通电线圈在磁场中两边受力，但方向相反，发生顺时针转动。 乙：平衡位置：由于线圈上下两个边受力大小一样，方向却相反。由于惯性，线圈会越过平衡位置。 丙：线圈靠惯性越过平衡位置后，由于磁场力的作用阻碍线圈沿顺时针方向转动，线圈不能够持续转动下去。 【例题1】如图所示实验中，闭合开关，导体ab向右运动，下列操作能让导体ab向左运动的是（　　） A．改变电压大小 B．改变电流方向 C．改变电流大小 D．改变导体ab长度 【答案】B 【详解】A．通电导体在磁场中受力的方向与磁场的方向和导线棒中电流的方向有关，且两个因素只改变其中一个导体棒受力方向才会发生改变，改变电压大小，只改变电流的大小，不能改变导体的受力方向，故A不符合题意； B．改变电流方向，磁场的方向不变，可以改变导体受力的方向，可以使导体ab向左运动，故B符合题意； C．改变电流大小，不能改变电流的方向和磁场的方向，因此不能改变导体棒受力的方向，故C不符合题意； D．改变导体ab长度，不能改变电流的方向和磁场的方向，因此不能改变导体棒受力的方向，故D不符合题意。 故选B。 探究二、电动机 （一）自制简易电动机 【做一做】把一段漆包线绕成矩形线圈，用小刀刮掉两端引线的漆皮，如图17.4-2甲所示；用硬金属丝做两个支架，固定在木板上，如图17.4-2乙所示。 将两个支架分别与电池的两极相连，把线圈放在支架上，线圈下放一块磁体，给线圈通电并用手轻推一下，观察线圈的运动情况。 【议一议】为什么磁场中的通电线圈不能持续转动? 如图17.4-3甲所示，开始时，线圈平面与磁感线平行。接通电路后，通过线圈ab和cd两边的电流方向不同，所以两边受力的方向相反，线圈便转动起来。当线圈转到图17.4-3乙所示的位置时，线圈ab和cd两边受到的力恰好在同一条直线上，且大小相等，方向相反，这一位置叫作平衡位置。线圈转过平衡位置后，受力方向与转动方向相反，线圈来回摆动几次就停在平衡位置了。 【做一做】换一个线圈，用小刀刮两端引线的漆皮，左端全部刮掉，右端只刮上半周或下半周。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不停地转下去。 【思考】线圈为什么能持续转动下去？ 【分析】线圈越过平衡位置后，右端接触到没有刮掉绝缘漆的部分，电路中没电流，不受力的作用，由于惯性，线圈继续转动。 【问题】在“小小电动机”的实验中，采用刮去引线漆皮的办法来控制电路的通断，只有半周获得动力，如果不停止给线圈供电，有什么办法使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力地转动下去？ 如果在线圈越过平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，来改变线圈的转动方向，线圈就能沿原来方向继续转下去。 【例题2】如图是小明自制的电动机：金属支架m、n固定在木板上；粗漆包线绕成矩形线圈abcd，两端伸出作为引线并放在支架上；用另一段漆包线绕在铁芯上制作电磁铁，置于线圈之下。按图示接入电路。关于自制电动机下列说法正确的是（　　） A．矩形线圈与下方电磁铁串联 B．引线上的漆皮是绝缘体，必须全部刮掉 C．闭合开关，通电线圈上端磁极是N极 D．线圈通电会转动，与扬声器的工作原理相同 【答案】D 【详解】A．线圈abcd与电磁铁分别接在电源两极，有独立的电流路径，连接方式是并联，故A错误； B．将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样在一个半周内受到磁场的力的作用为转动，另一个半周没有电流通过，不受磁场力的作用，利用惯性转动，这样才能使线圈在磁场中持续转动下去，如果两端的漆皮都刮掉，线圈每转过半圈，受力方向发生变化，会来回摆动，故B错误； C．电流从电磁铁的下端流入，上端流出，由安培定则通电线圈下端磁极是N极，上端是S极，故C错误； D．线圈通电会转动，说明通电导体在磁场中受到力的作用，扬声器是根据通电导体在磁场中受力的作用制成的，与扬声器的工作原理相同，故D正确。 故选D。 【例题3】如图所示是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，将线圈左端的漆只刮掉半周，右端全部刮掉；在线圈的下方放置一块磁体，将线圈接入电路闭合开关后转动，下列说法中正确的是（    ） A．该装置是利用电磁感应原理工作的 B．线圈在转动时，始终受到磁场作用力 C．仅调换电源的正负极，不能改变线圈的转动方向 D．若将线圈左端的漆也全部刮掉，闭合开关后线圈不能持续转动 【答案】D 【详解】A．电动机的原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，故A错误； B．由于线圈中有一端的漆只刮掉半周，会出现电路中无电流状态，当线圈转到该位置处，由于线圈中无电流，所以不会受到磁场力的作用，故B错误； C．线圈转动的方向与电流的方向有关，仅调换电源的正负极，电流的方向发生改变，改变线圈的转动方向，故C错误； D．将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周的作用是当线圈刚转过平衡位置时，切断电流，通过线圈的惯性转动半周，从而保证了线圈持续的转动下去，由此可知该过程中通过线圈的电流方向不会改变，若将线圈左端的漆也全部刮掉，闭合开关后线圈不能持续转动，故D正确。 故选D。 （二）换向器 【想一想】观察发现，通电线圈在磁场中转动到平衡位置后，来回摆动几次就停下来了。怎样才能使通电线圈在磁场中持续地转动呢? 当线圈由于惯性刚越过平衡位置时，如果立刻改变线圈中的电流方向，线圈就能够继续转动下去了。电动机中能够完成这一任务的装置叫作换向器。 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，从而实现了线圈的持续转动。 图17.4-4甲、乙分别是直流电动机的示意图和模型。两个半圆形铜片E和F彼此绝缘，它们能够改变通过线圈的电流方向，这个装置就是换向器。A和B是石墨或铜制成的电刷，使电源和线圈等组成闭合电路。 （三）电动机 （1）直流电动机：利用直流电源供电的电动机叫做直流电动机； （2）原理：通电线圈在磁场中受力而转动。 （3）能量转化：把电能转化为机械能。 （4）直流电动机的构造： ①转子：能够转动的部分；②定子：固定不动的部分。 实际使用的直流电动机由定子和转子两部分组成，如图17.4-5所示。转子的线圈有许多组，并嵌在圆柱形铁芯上，换向器由许多对铜片组成。定子由机壳和电磁铁(或永磁体)组成，转子安装在定子里。两个电刷是用石墨与铜粉压制而成的。 实际的直流电动机： 定子： 转子： （四）直流电动机的工作过程 通电线圈在磁场中两边受力，发生顺时针转动。 线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性转过平衡位置 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。 线圈越过平衡位置后，利用换向器改变电流的方向，受力方向改变。仍然顺时针转动。 【例题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，下列分析正确的是（　　） A．该装置工作原理是电磁感应原理 B．图中线圈正好处于平衡位置 C．该装置工作时，换向器的作用是改变电路中的电流方向 D．若改变电源方向，线圈将逆时针转动 【答案】D 【详解】A．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，不是电磁感应，故A错误； B．图中线圈与磁感线的方向平行，没有处于平衡位置，故B错误； C．电动机工作过程中，换向器的作用是改变线圈中的电流方向，不是整个电路中的电流方向，故C错误； D．若改变电源方向，也就是改变了线圈中的电流方向，线圈受力方向改变将逆时针转动，故D正确。 故选D。 （五）电动机与热机比较 （1）电动机的优点：构造简单、制造方便、控制方便、体积小、效率高，而且对环境污染很小，而且种类繁多，能适应不同需要。 （2）相关链接：不同功能的电动机 步进电动机和直线电动机的基本原理都是“磁场对电流有力的作用”。 摄像机中的各种部件能灵活、精准地转动和移动，就是通过步进电动机来实现的。直线电动机是一种能沿着金属轨道做直线运动的感应电动机，磁悬浮列车上用的就是直线电动机。 磁场对通电导体的作用应用十分广泛，如磁电式电流表和动圈式扬声器，以及电动玩具和机器人等。 【例题5】要改变直流电动机的转向，可以（     ） A．适当改变通过线圈的电流大小 B．升高或降低电源电压 C．对调电源两极或对调磁铁的两极 D．对调电源两极同时对调磁铁的两极 【答案】C 【详解】因为直流电动机中线圈转动的方向与电流的方向和磁场的方向有关；且两者有任何一个因素发生改变，线圈运动方向就会发生改变，但若两个因素都发生改变，线圈运动方向就不改变。所以对调电源两极或对调磁铁两极能改变直流电动机的转向。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 探究三、其他应用 （一）动圈式扬声器 1．作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。 2．结构：线圈、永久性磁体、锥形纸盆。 3．原理：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，由于线圈中的电流方向是不断的变化，线圈就不断的来回振动，带动纸盆也不断地来回振动，于是扬声器就发出了声音。 4．阅读与拓展：动圈式扬声器 扬声器俗称喇叭，动圈式扬声器(图17.4-6甲)是最常见的一种扬声器。动圈式扬声器是把电信号转换为声信号的一种装置。它主要由固定的永磁体、音圈和锥形纸盆等构成，如图17.4-6乙所示。当音圈中通过大小和方向不断变化的电流(交变电流)时，音圈会在永磁体的磁场中受到大小和方向都在变化的力的作用，从而发生振动(振动的方向和振幅的大小随着电信号的方向和大小而变化)。音圈的振动会带动纸盆振动，于是扬声器就发出了声音。 手机中的喇叭、小巧的耳塞式耳机等基本都是动圈式的，其原理与动圈式扬声器的原理相同，只是将大的纸盆换成了小的音膜。 （三）阅读与拓展：福建舰上的电磁弹射 电磁弹射技术是航空母舰上推动舰载机起飞的先进装备，其工作原理与电动机有一定的相似性，都是利用电磁感应产生的安培力来实现能量的转化。它主要由直线电机、储能系统、电力电子变换系统和控制系统等部分组成。当舰载机需要起飞时，控制系统会根据舰载机的类型和重量等参数，向电力电子变换系统发出指令，使储能系统释放出强大的电能。这些电能通过电力电子变换系统转换为特定频率和幅值的交变电流，输入到直线电机的初级线圈中。此时，初级线圈会产生一个移动的磁场，该磁场与直线电机次级（通常与舰载机的弹射滑块相连）中的感应电流相互作用，产生巨大的电磁推力，推动弹射滑块带动舰载机在短距离内迅速加速到起飞所需的速度。与传统的蒸汽弹射相比，电磁弹射具有弹射效率高、能量调节范围广、对舰载机的损伤小、维护成本低以及响应速度快等显著优势，能够适应不同重量舰载机的起飞需求，大大提升了航空母舰的作战效能。 【例题6】如图所示，扬声器是把电信号转化为声信号的装置，工作时线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流。下列说法中错误的是（  ） A．扬声器工作过程利用的是电磁感应原理 B．锥形纸盆振动越快，产生的声音音调越高 C．锥形纸盆振幅越大，产生的声音响度越大 D．线圈中通入的是方向变化的电流，所以锥形纸盆来回振动，产生声音 【答案】A 【详解】A．扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用原理工作的；故A错误； B．音调是指声音的高低，它和物体振动频率有关。物体振动频率越快，音调越高；振动频率越慢，音调越低。故B正确； C．在物理学中，把声音的强弱叫做响度，把物体振动的幅度叫做振幅，物体的振幅越大产生声音的响度越大，故C正确； D．如图，扬声器中的线圈中通过变化电流时，线圈会受到永久磁铁的磁场力的作用，而带动与线圈相连的纸盆振动，发出声音，此过程中将电信号转化成声信号，故D正确。 故选A。 【例题7】将一段裸铜导线弯成如图乙所示形状的线框，将它置于一节5号干电池上（线框上端的弯折处A与正极接触良好），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端P、Q与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会开始转动，成为一个“简易电动机”，如图丙所示。（电流受力与磁场和电流方向的关系如图甲）关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（　　） A．线框会转动是由于受到电场力的作用 B．电路中的热功率等于线框旋转的机械功率 C．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，那么从上向下看，线框做逆时针转动 D．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则线框将上下振动 【答案】C 【详解】A．通电导体在磁场中会受到力的作用，所以线框会转动是由于受到磁场力的作用，故A错误； B．本题模型为简易电动机，电动机将电能主要转化为机械能，极少部分转化为内能，所以电路中的热功率小于线框旋转的机械功率，故B错误； C．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，磁场方向是向上的，根据左手定则，左侧线框因电流流向负极而受力方向向外，右侧线框因电流流向负极而受力方向向内，从上向下看，线框将做逆时针转动，故C正确； D．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则只有半个线圈受力转动且受力方向不变，线圈转动方向也不变，所以线框不会上下振动，故D错误。 故选C。 【课堂总结】 四、电动机 【课堂练习】 1．关于电动机，下列说法错误的是（    ） A．电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理制成的 B．电动机工作时将电能转化为机械能 C．电动机就是根据电流磁效应制成的 D．电动机工作时，电流做功要消耗电能 【答案】C 【详解】AC.电动机的原理：通电导体在磁场中受力运动，故A正确，不符合题意，C错误，符合题意； B.电动机工作时，消耗电能，产生机械能，故是将电能转化为机械能的装置，故B正确，不符合题意； D.电动机工作时，电流通过导体做功，需要消耗电能，故D正确，不符合题意． 2．如图甲，磁场对导体的力F竖直向下，用Fab、Fcd、Fa′b′和Fc′d′分别表示乙、丙中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a′b′、c′d′的力，则（　　） A．Fab竖直向下，Fcd竖直向下 B．Fab竖直向上，Fcd竖直向下 C．Fa′b′竖直向上，Fc′d′竖直向下 D．Fa′b′竖直向下，Fc′d′竖直向上 【答案】C 【详解】AB．导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向均有关，图乙中导体ab中的电流方向与图甲中导体中电流方向相反，且图乙中磁场方向与图甲中磁场方向相反，故可知图乙中导体ab在磁场中的受力方向与图甲中导体的受力方向相同，即Fab竖直向下，图乙中导体cd中的电流方向与图甲中导体中电流方向相同，而图乙中磁场方向与图甲中磁场方向相反，故可知图乙中导体cd在磁场中的受力方向与图甲中导体的受力方向相反，即Fcd竖直向上，故AB不符合题意； CD．图丙中导体a′b′中的电流方向与图甲中导体中电流方向相反，而图丙中磁场方向与图甲中磁场方向相同，故可知图丙中导体a′b′在磁场中的受力方向与图甲中导体的受力方向相反，即Fa′b′竖直向上，图丙中导体c′d′中的电流方向与图甲中导体中电流方向相同，且图丙中磁场方向与图甲中磁场方向相同，故可知图丙中导体c′d′在磁场中的受力方向与图甲中导体的受力方向相同，即Fc′d′竖直向下，故C符合题意，D不符合题意。 故选C。 4．如图为直流电动机的工作原理图，分析正确的是 A．改变磁场方向可以改变线圈转动的方向 B．电动机通电后不转，一定是电路断路 C．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能 D．线圈连续转动是靠电磁继电器来实现的 【答案】A 【详解】A. 线圈转动方向可通过改变电流方向或者磁场方向来改变； B. 电动机不转，存在原因很多，短路、断路等均有可能； C. 消耗的电能部分转化为机械能，部分因发热转化为内能； D. 连续转动时靠A、B两个电刷改变线框中电流方向实现的； 5．关于如图所示的电和磁现象，说法正确的是（　　） A．图甲：地球周围存在着磁场，地磁场的两极与地理的两极重合 B．图乙：改变通电螺线管的电流大小可以改变螺线管磁极性质 C．图丙：扬声器的原理是磁场对电流有力的作用 D．图丁：同时改变电流方向和磁场方向，金属导体的受力方向也发生改变 【答案】C 【详解】A．图甲：地球周围存在着磁场，地磁场的两极在地理的两极的附近，并不重合，故A错误； B．图乙：螺线管磁极性质只与电流绕行方向有关，改变通电螺线管的电流大小不能改变螺线管磁极性质，故B错误； C．图丙：扬声器的原理是磁场对电流有力的作用，当其中通以音频电流时，纸盆会随音频电流的方向不同而受到方向不同的力，从而产生振动，发出声音，故C正确； D．图丁：改变电流方向或磁场方向，金属导体的受力方向都会发生改变，同时改变电流方向和磁场方向，金属导体的受力方向不会发生改变，故D错误。 故选C。 6．如图所示是自制交流发电机模型，风车转动，线圈在磁场中做___________磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，电流方向与___________方向和导体运动方向有关。如果把小量程电流表换成电池，把模型当作电动机，此时线圈___________（填“能”或“不能”）持续转动。 【答案】 ①．切割 ②．磁场 ③．不能 【解析】 [1][2]风车转动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，电流表的指针会发生偏转，产生感应电流，感应电流的方向与导体做切割磁感线运动的方向和磁场的方向有关。 [3]把小量程电流表换成电池，线圈中有电流通过，在磁场中受到力的作用，由于没有换向器，线圈在转动时电流方向不会改变，不会持续转动。 7．通电导体的在磁场中的受力方向与 方向和 方向有关，有规律地改变线圈中电流方向，使直流电动机不停转动的装置叫做 ． 【答案】 磁场 电流 换向器 【详解】通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关．直流电动机中的换向器是通过有规律地改变线圈中的电流方向，从而使电动机不停地转动的． 8．电动机在现代生产、生活中有广泛的应用。 （1）如图所示是电动机原理图，将通电线圈abcd置于磁场中，线圈的ab、cd边受到 ，使线圈转动起来； （2）某电动车是利用电动机来驱动车轮转动的，遇到障碍时，只要按下倒车开关就能改变线圈中 来实现倒车。 【答案】 力的作用 电流的方向 【详解】（1）[1]一方面，磁场对通电线圈有力的作用；另一方面，线圈转动了起来，运动状态发生的了改变，说明线圈受到了力的作用。 （2）[2]通电线圈在磁场中受到力的作用，受到的力的方向与电流方向和磁场方向有关，当电流方向或者磁场方向变得相反时，线圈受到的力的方向也变得相反。但如果同时改变电流方向和磁场方向，则线圈受到的力的方向则不变。按下倒车开关，改变了线圈中的电流方向，使线圈受力的方向发生改变，从而实现倒车。 9．四旋翼无人机，它依靠电池为电动机供电，带动机翼旋转实现升空。小明操纵遥控器，使无人机从地面先加速上升，然后减速上升，最后悬停在某一高度进行摄影。则无人机在加速上升过程中，电动机将 能转化为 能。 【答案】 电 机械 【详解】[1][2]电动机工作的过程中消耗电能得到机械能，故电动机将电能转化为机械能。 10．在“通电导线在磁场中受到力”的实验中，如图，当闭合开关，有电流通过导体AB时，导体AB将会 ；如果改变电流方向，同时对调两个磁极，则通电导线受力方向 （填“会”或“不会”）改变，假如把导体AB换成线框，通电时线框将会转动起来，这是 的工作原理。 【答案】 运动 不会 电动机 【详解】[1]通电导线在磁场中会受到力的作用，力能改变物体的运动状态，所以导体AB将会运动。 [2]通电导线在磁场中会受到力的作用，这个力的大小与电流的大小和磁场的强度有关，而方向则与电流的方向和磁场方向有关，当电流方向和磁场方向同时改变，力的方向不变。 [3]通电时线框在磁场中会转动起来，将电能转化为机械能，是电动机原理。 11．要改变直流电动机的转向，可以（     ） A．适当改变通过线圈的电流大小 B．升高或降低电源电压 C．对调电源两极或对调磁铁的两极 D．对调电源两极同时对调磁铁的两极 【答案】C 【详解】因为直流电动机中线圈转动的方向与电流的方向和磁场的方向有关；且两者有任何一个因素发生改变，线圈运动方向就会发生改变，但若两个因素都发生改变，线圈运动方向就不改变。所以对调电源两极或对调磁铁两极能改变直流电动机的转向。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 12．下面说法错误的是（　　） A．磁场对电流不一定有力的作用 B．一个物体受平衡力作用时机械能一定不变 C．光经凸透镜折射后可发散 D．高压锅不属于大气压的应用 【答案】B 【详解】A．当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流的力为零，故A正确，不符合题意； B．物体受平衡力时可能匀速上升（如起重机吊物体），动能不变但重力势能增加，机械能增大，故B错误，符合题意； C．凸透镜对光有会聚作用，指的是折射光线相对于入射光线向主光轴方向靠拢，当物体在凸透镜焦点以内时，折射光线相对于入射光线是向主光轴方向靠拢，但折射光线本身不相交，是发散的，故C正确，不符合题意； D．高压锅通过增大气压提高沸点，利用的是沸点与气压的关系，与大气压应用无关，故D正确，不符合题意。 故选B。 13．（2024·广东）将自制的电动机接入电路，如图所示，其中支架A是___________（选填“导体”或“绝缘体”）。闭合开关，线圈开始转动，磁场对线圈___________（选填“有”或“无”）作用力。仅调换磁体的磁极，线圈转动方向与原转动方向___________。 【答案】 ①．导体 ②．有 ③．相反 【解析】 [1]支架A是铜或者铁这些金属制成的，容易导电，是导体。 [2]闭合开关，线圈开始转动，说明磁场对线圈有力的作用，使线圈运动状态发生改变。 [3]当仅仅调换磁体的磁极时，磁场方向改变，使线圈受力方向改变，所以线圈转动方向与原转动方向相反。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 四、电动机 （导学案） 【学习目标】 1．知道电动机的基本工作原理，能说出通电导体在磁场中受力的方向与哪些因素有关。 2．认识电动机的基本构造，并了解各部件的作用，培养观察与分析能力。 3．能分析日常生活中电动机的应用实例，体会物理知识的广泛应用，提升将物理知识与实际生活相联系的意识。 【学习重点】 电动机工作原理；电动机能量转化。 【学习难点】 磁场对电流的作用；电动机的工作过程。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．通电导体在磁场中受力方向与 方向、 方向有关。 2．通电线圈在磁场中不能持续转动的原因是：线圈中电流方向不变，磁场方向不变，所以线圈两边受力方向不变，当线圈转动至 位置时，线圈的上下两边受到一对 力，导致线圈无法继续转动。 3．电动机的原理： ； 4．换向器的作用：是当线圈刚转过 位置时，自动改变线圈中的 方向，从而使线圈能够持续地转动下去。 5．直流电动机的构造： 、 ，具体包括 、 、 、 等。 6．能量转换效率 。运行平稳，振动和噪音 。结构 、零部件少，便于维护，可降低维护成本。调速性能 。在环保方面，无 。电动机启动 、动力输出 ，能快速响应工作需求，在工业生产和交通运输等领域应用前景广泛。 【探究新知】 探究一、磁场对通电导体的作用 （一）磁场对通电导体有力的作用 【演示与观察】如图17.4-1所示，把一根剥去绝缘皮的直导线ab放在磁场中的金属轨道上，接通电路，观察导线ab的运动方向。 断开开关，调整电路，使通过导线ab的电流方向与原来的相反。接通保持通过导线ab的电流方向不变，把蹄形磁体的两个磁极对调，使磁同时改变通过导线ab的电流方向和磁场方向，观察导线ab的运动方向。电路，观察导线ab的运动方向。场方向与原来相反，观察导线ab的运动方向。 【结论一】通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关。 【结论二】通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关。 导线ab的运动方向随电流方向(或磁场方向)的改变而改变的现象说明了什么? （二）通电导体在磁场中的受力方向与哪些因素有关 实验表明，通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系。当电流的方向或者磁场的方向改变时，在磁场中的通电导线受力的方向也随之改变。 （1）只改变电流方向或磁场方向，通电导线受到力的方向 ； （2）如果同时改变电流方向和磁场方向，则受到力的方向 。 【例题1】在探究通电导线在磁场中的受力方向与什么因素有关时，一位同学做了如图所示的三个实验。图中AB 表示闭合电路的一部分导线；导线上的箭头表示电流的方向，F 表示导线受力的方向。S、N 表示蹄形磁铁的南北极。 （1）实验a 和b 说明， 通电导线在磁场中的受力方向与 的方向有关 （2）实验a 和c 说明， 通电导线在磁场中的受力方向与 的方向有关 （三）通电线圈在磁场中受力转动 【思考1】如果把一个通电线圈放在磁场中，它会怎样运动呢？ 【思考2】为什么线圈不能持续转动呢? 线框的受力和运动情况分析 甲： 通电线圈在磁场中两边受力，但方向相反，发生顺时针转动。 乙：平衡位置：由于线圈上下两个边受力大小一样，方向却相反。由于惯性，线圈会越过平衡位置。 丙：线圈靠惯性越过平衡位置后，由于磁场力的作用阻碍线圈沿顺时针方向转动，线圈不能够持续转动下去。 【例题1】如图所示实验中，闭合开关，导体ab向右运动，下列操作能让导体ab向左运动的是（　　） A．改变电压大小 B．改变电流方向 C．改变电流大小 D．改变导体ab长度 探究二、电动机 （一）自制简易电动机 【做一做】把一段漆包线绕成矩形线圈，用小刀刮掉两端引线的漆皮，如图17.4-2甲所示；用硬金属丝做两个支架，固定在木板上，如图17.4-2乙所示。 将两个支架分别与电池的两极相连，把线圈放在支架上，线圈下放一块磁体，给线圈通电并用手轻推一下，观察线圈的运动情况。 【议一议】为什么磁场中的通电线圈不能持续转动? 如图17.4-3甲所示，开始时，线圈平面与磁感线平行。接通电路后，通过线圈ab和cd两边的电流方向不同，所以两边受力的方向相反，线圈便转动起来。当线圈转到图17.4-3乙所示的位置时，线圈ab和cd两边受到的力恰好在同一条直线上，且大小相等，方向相反，这一位置叫作平衡位置。线圈转过平衡位置后，受力方向与转动方向相反，线圈来回摆动几次就停在平衡位置了。 【做一做】换一个线圈，用小刀刮两端引线的漆皮，左端全部刮掉，右端只刮上半周或下半周。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不停地转下去。 【思考】线圈为什么能持续转动下去？ 【分析】线圈越过平衡位置后，右端接触到没有刮掉绝缘漆的部分，电路中没电流，不受力的作用，由于惯性，线圈继续转动。 【问题】在“小小电动机”的实验中，采用刮去引线漆皮的办法来控制电路的通断，只有半周获得动力，如果不停止给线圈供电，有什么办法使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力地转动下去？ 【例题2】如图是小明自制的电动机：金属支架m、n固定在木板上；粗漆包线绕成矩形线圈abcd，两端伸出作为引线并放在支架上；用另一段漆包线绕在铁芯上制作电磁铁，置于线圈之下。按图示接入电路。关于自制电动机下列说法正确的是（　　） A．矩形线圈与下方电磁铁串联 B．引线上的漆皮是绝缘体，必须全部刮掉 C．闭合开关，通电线圈上端磁极是N极 D．线圈通电会转动，与扬声器的工作原理相同 【例题3】如图所示是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，将线圈左端的漆只刮掉半周，右端全部刮掉；在线圈的下方放置一块磁体，将线圈接入电路闭合开关后转动，下列说法中正确的是（    ） A．该装置是利用电磁感应原理工作的 B．线圈在转动时，始终受到磁场作用力 C．仅调换电源的正负极，不能改变线圈的转动方向 D．若将线圈左端的漆也全部刮掉，闭合开关后线圈不能持续转动 （二）换向器 【想一想】观察发现，通电线圈在磁场中转动到平衡位置后，来回摆动几次就停下来了。怎样才能使通电线圈在磁场中持续地转动呢? 当线圈由于惯性刚越过平衡位置时，如果立刻改变线圈中的电流方向，线圈就能够继续转动下去了。电动机中能够完成这一任务的装置叫作换向器。 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，从而实现了线圈的持续转动。 图17.4-4甲、乙分别是直流电动机的示意图和模型。两个半圆形铜片E和F彼此绝缘，它们能够改变通过线圈的电流方向，这个装置就是换向器。A和B是石墨或铜制成的电刷，使电源和线圈等组成闭合电路。 （三）电动机 （1）直流电动机：利用直流电源供电的电动机叫做直流电动机； （2）原理：通电线圈在磁场中受力而转动。 （3）能量转化：把电能转化为机械能。 （4）直流电动机的构造： ①转子：能够转动的部分；②定子：固定不动的部分。 实际使用的直流电动机由定子和转子两部分组成，如图17.4-5所示。转子的线圈有许多组，并嵌在圆柱形铁芯上，换向器由许多对铜片组成。定子由机壳和电磁铁(或永磁体)组成，转子安装在定子里。两个电刷是用石墨与铜粉压制而成的。 实际的直流电动机： 定子： 转子： （四）直流电动机的工作过程 通电线圈在磁场中两边受力，发生顺时针转动。 线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性转过平衡位置 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。 线圈越过平衡位置后，利用换向器改变电流的方向，受力方向改变。仍然顺时针转动。 【例题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，下列分析正确的是（　　） A．该装置工作原理是电磁感应原理 B．图中线圈正好处于平衡位置 C．该装置工作时，换向器的作用是改变电路中的电流方向 D．若改变电源方向，线圈将逆时针转动 （五）电动机与热机比较 （1）电动机的优点：构造简单、制造方便、控制方便、体积小、效率高，而且对环境污染很小，而且种类繁多，能适应不同需要。 （2）相关链接：不同功能的电动机 步进电动机和直线电动机的基本原理都是“磁场对电流有力的作用”。 摄像机中的各种部件能灵活、精准地转动和移动，就是通过步进电动机来实现的。直线电动机是一种能沿着金属轨道做直线运动的感应电动机，磁悬浮列车上用的就是直线电动机。 磁场对通电导体的作用应用十分广泛，如磁电式电流表和动圈式扬声器，以及电动玩具和机器人等。 【例题5】要改变直流电动机的转向，可以（     ） A．适当改变通过线圈的电流大小 B．升高或降低电源电压 C．对调电源两极或对调磁铁的两极 D．对调电源两极同时对调磁铁的两极 探究三、其他应用 （一）动圈式扬声器 1．作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。 2．结构：线圈、永久性磁体、锥形纸盆。 3．原理：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，由于线圈中的电流方向是不断的变化，线圈就不断的来回振动，带动纸盆也不断地来回振动，于是扬声器就发出了声音。 4．阅读与拓展：动圈式扬声器 扬声器俗称喇叭，动圈式扬声器(图17.4-6甲)是最常见的一种扬声器。动圈式扬声器是把电信号转换为声信号的一种装置。它主要由固定的永磁体、音圈和锥形纸盆等构成，如图17.4-6乙所示。当音圈中通过大小和方向不断变化的电流(交变电流)时，音圈会在永磁体的磁场中受到大小和方向都在变化的力的作用，从而发生振动(振动的方向和振幅的大小随着电信号的方向和大小而变化)。音圈的振动会带动纸盆振动，于是扬声器就发出了声音。 手机中的喇叭、小巧的耳塞式耳机等基本都是动圈式的，其原理与动圈式扬声器的原理相同，只是将大的纸盆换成了小的音膜。 （三）阅读与拓展：福建舰上的电磁弹射 电磁弹射技术是航空母舰上推动舰载机起飞的先进装备，其工作原理与电动机有一定的相似性，都是利用电磁感应产生的安培力来实现能量的转化。它主要由直线电机、储能系统、电力电子变换系统和控制系统等部分组成。当舰载机需要起飞时，控制系统会根据舰载机的类型和重量等参数，向电力电子变换系统发出指令，使储能系统释放出强大的电能。这些电能通过电力电子变换系统转换为特定频率和幅值的交变电流，输入到直线电机的初级线圈中。此时，初级线圈会产生一个移动的磁场，该磁场与直线电机次级（通常与舰载机的弹射滑块相连）中的感应电流相互作用，产生巨大的电磁推力，推动弹射滑块带动舰载机在短距离内迅速加速到起飞所需的速度。与传统的蒸汽弹射相比，电磁弹射具有弹射效率高、能量调节范围广、对舰载机的损伤小、维护成本低以及响应速度快等显著优势，能够适应不同重量舰载机的起飞需求，大大提升了航空母舰的作战效能。 【例题6】如图所示，扬声器是把电信号转化为声信号的装置，工作时线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流。下列说法中错误的是（  ） A．扬声器工作过程利用的是电磁感应原理 B．锥形纸盆振动越快，产生的声音音调越高 C．锥形纸盆振幅越大，产生的声音响度越大 D．线圈中通入的是方向变化的电流，所以锥形纸盆来回振动，产生声音 【例题7】将一段裸铜导线弯成如图乙所示形状的线框，将它置于一节5号干电池上（线框上端的弯折处A与正极接触良好），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端P、Q与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会开始转动，成为一个“简易电动机”，如图丙所示。（电流受力与磁场和电流方向的关系如图甲）关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（　　） A．线框会转动是由于受到电场力的作用 B．电路中的热功率等于线框旋转的机械功率 C．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，那么从上向下看，线框做逆时针转动 D．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则线框将上下振动 【课堂总结】 四、电动机 【课堂练习】 1．关于电动机，下列说法错误的是（    ） A．电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理制成的 B．电动机工作时将电能转化为机械能 C．电动机就是根据电流磁效应制成的 D．电动机工作时，电流做功要消耗电能 2．如图甲，磁场对导体的力F竖直向下，用Fab、Fcd、Fa′b′和Fc′d′分别表示乙、丙中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a′b′、c′d′的力，则（　　） A．Fab竖直向下，Fcd竖直向下 B．Fab竖直向上，Fcd竖直向下 C．Fa′b′竖直向上，Fc′d′竖直向下 D．Fa′b′竖直向下，Fc′d′竖直向上 4．如图为直流电动机的工作原理图，分析正确的是 A．改变磁场方向可以改变线圈转动的方向 B．电动机通电后不转，一定是电路断路 C．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能 D．线圈连续转动是靠电磁继电器来实现的 5．关于如图所示的电和磁现象，说法正确的是（　　） A．图甲：地球周围存在着磁场，地磁场的两极与地理的两极重合 B．图乙：改变通电螺线管的电流大小可以改变螺线管磁极性质 C．图丙：扬声器的原理是磁场对电流有力的作用 D．图丁：同时改变电流方向和磁场方向，金属导体的受力方向也发生改变 6．如图所示是自制交流发电机模型，风车转动，线圈在磁场中做___________磁感线运动时，电路中就会产生感应电流，电流方向与___________方向和导体运动方向有关。如果把小量程电流表换成电池，把模型当作电动机，此时线圈___________（填“能”或“不能”）持续转动。 7．通电导体的在磁场中的受力方向与 方向和 方向有关，有规律地改变线圈中电流方向，使直流电动机不停转动的装置叫做 ． 8．电动机在现代生产、生活中有广泛的应用。 （1）如图所示是电动机原理图，将通电线圈abcd置于磁场中，线圈的ab、cd边受到 ，使线圈转动起来； （2）某电动车是利用电动机来驱动车轮转动的，遇到障碍时，只要按下倒车开关就能改变线圈中 来实现倒车。 9．四旋翼无人机，它依靠电池为电动机供电，带动机翼旋转实现升空。小明操纵遥控器，使无人机从地面先加速上升，然后减速上升，最后悬停在某一高度进行摄影。则无人机在加速上升过程中，电动机将 能转化为 能。 10．在“通电导线在磁场中受到力”的实验中，如图，当闭合开关，有电流通过导体AB时，导体AB将会 ；如果改变电流方向，同时对调两个磁极，则通电导线受力方向 （填“会”或“不会”）改变，假如把导体AB换成线框，通电时线框将会转动起来，这是 的工作原理。 11．要改变直流电动机的转向，可以（     ） A．适当改变通过线圈的电流大小 B．升高或降低电源电压 C．对调电源两极或对调磁铁的两极 D．对调电源两极同时对调磁铁的两极 12．下面说法错误的是（　　） A．磁场对电流不一定有力的作用 B．一个物体受平衡力作用时机械能一定不变 C．光经凸透镜折射后可发散 D．高压锅不属于大气压的应用 13．（2024·广东）将自制的电动机接入电路，如图所示，其中支架A是___________（选填“导体”或“绝缘体”）。闭合开关，线圈开始转动，磁场对线圈___________（选填“有”或“无”）作用力。仅调换磁体的磁极，线圈转动方向与原转动方向___________。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $