第3节 通电导线在磁场中受到的作用力 （导学案）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

第3节 通电导线在磁场中受到的作用力 （导学案） 【学习目标】 1.经历探究通电导线在磁场中受力情况的实验，提升观察、分析及操作能力；通过制作简易电动机，锻炼动手与解决问题能力。 2.了解扬声器、电磁弹射技术及直流电动机的工作原理 3.了解电动机的基本构造以及换向器在直流电动机中的作用 【学习重点】 通过自学，分组实验探究，总结电动机的原理和组成与实际应用。 【学习难点】 知道电动机的基本原理是通电导线在磁场中受到力的作用 【自主学习】 1. 通电导线在 中 的作用，力的方向跟 ， ， 都有关系 2. 通电线圈在 中会受力而转动， 持续转动。 3.电动机原理: 。 能量转化： 转化为 。 4.扬声器结构： 。 【课堂探究】 探究一 通电导线在磁场中受到力的作用 【设计实验】①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动. ②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察现象 ③保持N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察现象. ④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象. ⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象. 【实验现象】在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。 由实验③可知：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。 由实验④可知：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。 ① ③ ④ 【实验结论】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。 【例题01】如图所示实验。说法正确的是（　　） A. 甲图说明通电导体周围存在磁场 B. 乙图说明电磁铁磁性强弱与电流大小有关 C. 丙图说明通电导体在磁场中要受到力的作用 D. 丁图说明导体在磁场中运动能产生感应电流 【例题02】如图所示为学校地理教研组新到的一个磁悬浮地球仪。底座隔空托起地球仪与下列哪个实验原理相同 A． B． C． D． 探究二 通电导线在磁场中的受力方向与哪些因素有关 【设计实验】①如图甲所示，把一个可以绕中心轴转动的矩形线圈放入磁场中并通电，其电流方向为a→b → c → d，观察线圈的转动情况。 现象：线圈沿顺时针方向转过一定角度，但不能持续转动。 ②如图乙所示，改变电流方向，其电流方向为d→c → b → a，观察线圈的转动情况。 现象：线圈沿逆时针方向转过一定角度，但不能持续转动。 ③如图丙所示，保持电流方向不变a→b → c → d，对调磁极（改变磁感线的方向），观察线圈的转动情况。 现象：线圈沿逆时针转过一定角度，但不能持续转动。 【分析论证】分析实验①与②现象，磁场的方向不变，当电流的方向发生改变时，线圈的转动方向发生改变，但不能持续转动。 【实验结论】 通电线圈在磁场中的转动方向跟电流的方向、磁场方向都有关系。 通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动。 【例题03】以下是《电磁转换》的相关知识结构图，请你补充完整． ①_________ ②_________ 探究三 电动机的构成与原理 【组成结构】电动机由两部分组成：能够转动的线圈，也叫转子；固定不动的磁体，也叫定子；电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。 换向器工作原理: 当线圈转到另一半和电刷接触时就改变了电流方向,从而受力方向改变使线圈连续转动下去。 电动机原理: 通电线圈在磁场中受力而转动。 能量转化： 电能转化为机械能。 【例题04】电动自行车的主要动力装置是电动机。下列选项中与电动机工作原理相同的是（ ） A. B. C. D. 探究四 电动机的日常生活的应用 【典例】 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、永久磁体、锥形纸盆。 （3） 优点 有些电动机直径只有几毫米，比如用于智能手机的微型电动机。电动机具有效率 高、噪声小等优点，被广泛应用于工业、交通运 输、家用电器等领域，并且随着技术的进步，电 动机的应用会越来越广泛 【例题05】如图为一种防灾应急手摇电筒。中部固定有线圈，沿着筒身方向摇动手电筒，使其内部的小物块来回穿过线圈，灯泡发光。小物块可能是（　　） A. 木块 B. 石块 C. 铜块 D. 磁铁块 【课堂练习】 1.下列设备或用电器中，利用了电动机工作的是（ ） A. 发电机 B. 洗衣机 C. 电视机 D. 汽油机 2.现代武器中有一种新型电磁炮，它是利用电磁技术的一种先进武器，具有速度快、命中率高等特点，其原理是利用磁场对通电导体的作用。下图中与此工作原理相同的是  A. B. C. D. 3.如图甲是直流电动机模型，图乙是小明制作的一台简易电动机线圈左侧轴的漆皮被刮去一半，线圈右侧轴的漆皮被全部刮掉。下列说法中正确的是 A. 电动机是利用电磁感应原理工作的装置 B. 图乙中刮去一半漆皮的轴与图甲中换向器的作用相同，都是为了改变线圈中的电流方向 C. 将图甲中电源的正负极对调，线圈的转动方向不变 D. 将图乙中金属支架的高度降低，线圈的转速会加快 4.为构建新型能源体系，河南省已建成多个抽水蓄能电站。如图，在用电低谷时，用电将水从下水库抽至上水库蓄能；在用电高峰期，上水库放水至下水库发电。下列说法正确的是（　　） A. 抽水蓄能时，水的重力势能转化为电能 B. 上水库放水时，流下的水的重力势能减小 C. 放水发电时，发电机是利用电动机工作原理工作的 D. 放水发电时，水的机械能全部转化为了电能 5.电动机是利用通电线圈在磁场中的原理制成的。如图所示，在做“让线圈转起来 ”的实验中，将线 圈两端引线的漆皮的一端全部刮掉，另一端只刮半周，其作用与直流电动机中 （填结构名称） 的作用相同。线圈通电后是沿顺时针转动，若将电源两极对调，线圈的转动方向为 (填“顺时针 ”或“逆时针 ”），除此之外，还可以通过改变 的办法， 来改变电动机转动方向。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 通电导线在磁场中受到的作用力 （导学案） 【学习目标】 1.经历探究通电导线在磁场中受力情况的实验，提升观察、分析及操作能力；通过制作简易电动机，锻炼动手与解决问题能力。 2.了解扬声器、电磁弹射技术及直流电动机的工作原理 3.了解电动机的基本构造以及换向器在直流电动机中的作用 【学习重点】 通过自学，分组实验探究，总结电动机的原理和组成与实际应用。 【学习难点】 知道电动机的基本原理是通电导线在磁场中受到力的作用 【自主学习】 1. 通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。 2. 通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动。 3.电动机原理: 通电线圈在磁场中受力而转动。 能量转化：电能转化为机械能。 4.扬声器结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆。 【课堂探究】 探究一 通电导线在磁场中受到力的作用 【设计实验】①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动. ②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察现象 ③保持N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察现象. ④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象. ⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象. 【实验现象】在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。 由实验③可知：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。 由实验④可知：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。 ① ③ ④ 【实验结论】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。 【例题01】如图所示实验。说法正确的是（　　） A. 甲图说明通电导体周围存在磁场 B. 乙图说明电磁铁磁性强弱与电流大小有关 C. 丙图说明通电导体在磁场中要受到力的作用 D. 丁图说明导体在磁场中运动能产生感应电流 【答案】A 【解析】A．甲图为奥斯特实验，通电后小磁针发生偏转，说明通电导体周围存在磁场，故A正确； B．乙图中两电磁铁串联，电流相等，但两电磁铁线圈匝数不同，吸引铁钉数不同，说明电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关，故B错误； C．丙图中没有电源，导体棒在磁场中做切割磁感线运动会产生感应电流，是电磁感应现象，故C错误； D．丁图中有电源，闭合开关导体棒会运动，说明通电导体在磁场中要受到力的作用，故D错误。 故选 A。 【例题02】如图所示为学校地理教研组新到的一个磁悬浮地球仪。底座隔空托起地球仪与下列哪个实验原理相同 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】 磁悬浮地球仪利用了同名磁极相互排斥的原理。 A.图中实验探究了通电导体在磁场中受到力的作用，故A不合题意； B.图中实验探究了电磁感应现象，故B不合题意； C.图中实验的原理是同名磁极相互排斥，故C符合题意； D.图中实验的原理是通电导体周围存在磁场，故D不合题意。 故选C。 探究二 通电导线在磁场中的受力方向与哪些因素有关 【设计实验】①如图甲所示，把一个可以绕中心轴转动的矩形线圈放入磁场中并通电，其电流方向为a→b → c → d，观察线圈的转动情况。 现象：线圈沿顺时针方向转过一定角度，但不能持续转动。 ②如图乙所示，改变电流方向，其电流方向为d→c → b → a，观察线圈的转动情况。 现象：线圈沿逆时针方向转过一定角度，但不能持续转动。 ③如图丙所示，保持电流方向不变a→b → c → d，对调磁极（改变磁感线的方向），观察线圈的转动情况。 现象：线圈沿逆时针转过一定角度，但不能持续转动。 【分析论证】分析实验①与②现象，磁场的方向不变，当电流的方向发生改变时，线圈的转动方向发生改变，但不能持续转动。 【实验结论】 通电线圈在磁场中的转动方向跟电流的方向、磁场方向都有关系。 通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动。 【例题03】以下是《电磁转换》的相关知识结构图，请你补充完整． ①_________ ②_________ 【答案】 ①. 磁效应 ②. 发电机 【解析】 [1]奥斯特发现通电导体周围存在磁场，把这种现象叫做电流的磁效应。 [2]法拉第发现闭合回路中，导体切割磁感线会产生感应电流，把这种现象叫做电磁感应现象，并利用此原理发明了发电机。 探究三 电动机的构成与原理 【组成结构】电动机由两部分组成：能够转动的线圈，也叫转子；固定不动的磁体，也叫定子；电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。 换向器工作原理: 当线圈转到另一半和电刷接触时就改变了电流方向,从而受力方向改变使线圈连续转动下去。 电动机原理: 通电线圈在磁场中受力而转动。 能量转化： 电能转化为机械能。 【例题04】电动自行车的主要动力装置是电动机。下列选项中与电动机工作原理相同的是（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】A．该图是电铃工作原理图，利用电流的磁效应工作，故A不符合题意； B．该图是发电机工作原理图的一部分，基于电磁感应原理（闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流），故B不符合题意； C．该图是奥斯特实验原理图，表明电流周围存在磁场，体现电流的磁效应，故C不符合题意； D．该图有电源，闭合开关后，导体在磁场中会受力运动，与电动机工作原理（通电导体在磁场中受力运动 ）相同，故D符合题意。 故选D。 探究四 电动机的日常生活的应用 【典例】 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、永久磁体、锥形纸盆。 （3） 优点 有些电动机直径只有几毫米，比如用于智能手机的微型电动机。电动机具有效率 高、噪声小等优点，被广泛应用于工业、交通运 输、家用电器等领域，并且随着技术的进步，电 动机的应用会越来越广泛 【例题05】如图为一种防灾应急手摇电筒。中部固定有线圈，沿着筒身方向摇动手电筒，使其内部的小物块来回穿过线圈，灯泡发光。小物块可能是（　　） A. 木块 B. 石块 C. 铜块 D. 磁铁块 【答案】D 【解析】沿着筒身方向摇动手电筒为了让线圈切割磁感线运动产生感应电流，这是利用了电磁感应原理；由于线圈是固定的，因此那个滑动的物块是磁铁，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【课堂练习】 1.下列设备或用电器中，利用了电动机工作的是（ ） A. 发电机 B. 洗衣机 C. 电视机 D. 汽油机 【答案】B 【解析】电动机的原理是通电导体在磁场中受力而运动。 A．发电机工作时线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生了感应电流，利用了电磁感应原理，故A不符合题意； B．洗衣机的主要部件是电动机，电动机的前提是供电，结果是产生运动，利用的是通电导体在磁场中受力运动，故B符合题意； C．电视机的基本原理主要是利用了电磁波传播和接受原理来实现声音和图像信号的传递与接收，故C不符合题意； D．各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机称为热机，汽油机属于热机，没有利用电动机工作，故D不符合题意。 故选B。 2.现代武器中有一种新型电磁炮，它是利用电磁技术的一种先进武器，具有速度快、命中率高等特点，其原理是利用磁场对通电导体的作用。下图中与此工作原理相同的是  A. B. C. D. 【答案】B; 【解析】  此题主要考查了学生对磁场对通电导体的作用的掌握情况，明确通电导体在磁场中受力的作用这一原理，主要应用于电动机，对选项中各电器的工作原理进行分析，最后做出判断。  磁场对通电导体有力的作用，人类根据这一原理制造了电动机，而电动机在生活中应用广泛．注意与其它电器元件的区分。   A.电热水壶利用了电流的热效应工作的，故A不符合题意；  B.图中实验装置，有电源，研究通电导体在磁场中受力，故B符合题意；  C.图中实验装置，无电源，研究电磁感应现象，故C不符合题意；  D.电磁继电器的主要部件是电磁铁，是利用了电流的磁效应，故D不符合题意。  故选B。  3.如图甲是直流电动机模型，图乙是小明制作的一台简易电动机线圈左侧轴的漆皮被刮去一半，线圈右侧轴的漆皮被全部刮掉。下列说法中正确的是 A. 电动机是利用电磁感应原理工作的装置 B. 图乙中刮去一半漆皮的轴与图甲中换向器的作用相同，都是为了改变线圈中的电流方向 C. 将图甲中电源的正负极对调，线圈的转动方向不变 D. 将图乙中金属支架的高度降低，线圈的转速会加快 【答案】D; 【解析】解：  A、电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，故A错误；  B、将图乙中线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，线圈在转动的过程中，电流的方向不变，只有半周有电流，线圈由于具有惯性能持续的转动下去，与图甲的换向器的作用不同，故B错误；  C、将图甲中电源的正负极对调，线图中电流的方向改变，线圈的转动方向改变，故C错误； D、将图乙中金属支架的高度降低，磁性增强，线圈的转速会加快，故D正确。  故选：D。  4.为构建新型能源体系，河南省已建成多个抽水蓄能电站。如图，在用电低谷时，用电将水从下水库抽至上水库蓄能；在用电高峰期，上水库放水至下水库发电。下列说法正确的是（　　） A. 抽水蓄能时，水的重力势能转化为电能 B. 上水库放水时，流下的水的重力势能减小 C. 放水发电时，发电机是利用电动机工作原理工作的 D. 放水发电时，水的机械能全部转化为了电能 【答案】B 【解析】A．蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的重力势能，故A错误； B．上水库放水时，流下的水的高度降低，重力势能减小，故B正确； C．发电时，发电机将水的动能转化为电能，是利用电磁感应现象原理工作的，故C错误； D．在能量转化过程中，总存在一定的能量损耗，所以放水发电时不可能将水的机械能全部转化为电能，故D错误。 故选B。 5.电动机是利用通电线圈在磁场中的原理制成的。如图所示，在做“让线圈转起来 ”的实验中，将线 圈两端引线的漆皮的一端全部刮掉，另一端只刮半周，其作用与直流电动机中 （填结构名称） 的作用相同。线圈通电后是沿顺时针转动，若将电源两极对调，线圈的转动方向为 (填“顺时针 ”或“逆时针 ”），除此之外，还可以通过改变 的办法， 来改变电动机转动方向。 【答案】换向器；逆时针；磁极方向 【解析】（1）在直流电动机中，当线圈平面转过 180°后，由于线圈中的电流方向与原来正好相反，因 此受到磁力的方向与转动方向相反， 会导致线圈不能继续转动下去。为了改变电流方向，使用两个铜 半环解决这个问题； （2）线圈在磁场中的受力方向与两个因素有关：①电流方向； ②磁场方向。 1 学科网（北京）股份有限公司 $