第三节 磁场对通电导线的作用（导学案）物理沪科版2024九年级全一册

第三节 磁场对通电导线的作用 【学习目标】 知道磁场对通电导线有力的作用，理解其作用力方向与磁场、电流方向有关；了解扬声器、电磁弹射技术及直流电动机的工作原理。 【学习重点】 通过实验观察，理解通电导线在磁场中会受到力的作用。 结合实例分析，掌握通电导线受力方向与电流方向、磁场方向的关系。 【学习难点】 准确判断通电导线在磁场中的受力方向与电流方向、磁场方向的关系。 理解电动机工作原理中换向器的作用及其对线圈持续转动的影响。 【自主预习】 1.磁场对通电导线有 力的作用 ； 2.通电导线在磁场中受力的方向与 电流方向 有关，通电导线在磁场中受力的方向与 磁场方向 有关。 【课堂探究】 任务一：探究通电导线在磁场中的受力规律 1. 实验探究：受力方向的影响因素 实验器材：U 形磁体（提供磁场）、金属杆（铝棒）、电源、开关、导线、金属轨道（支撑金属杆）； 实验方法：控制变量法 实验步骤与现象记录： 实验序号 磁场方向（N 极→S 极） 电流方向 金属杆运动方向（受力方向） 结论 1 水平向右 从左到右 向前（垂直纸面向外） 磁场对通电导线有力的作用 2 水平向右（不变） 从右到左（反向） 向后（垂直纸面向里） 受力方向与电流方向有关 3 水平向左（反向） 从左到右（不变） 向后（垂直纸面向里） 受力方向与磁场方向有关 4 水平向左（反向） 从右到左（反向） 向前（垂直纸面向外） 同时改变磁场和电流方向，受力方向不变 归纳总结： 通电导线在磁场中受到的力的方向，与______（磁场方向）和______（电流方向）都有关，且三者两两垂直（可借助左手定则辅助判断）。 2. 原理应用实例分析 案例 1：动圈式扬声器 结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆； 工作过程：电信号通过线圈→线圈在磁场中受力振动→带动纸盆振动→发出声音； 能量转化：（电能）转化为（机械能）。 案例 2：电磁弹射技术（福建舰） 原理：强大电流通过弹射车内的导体→导体在强磁场中受到巨大推力→推动舰载机加速起飞； 优势：相比蒸汽弹射，推力更可控、效率更高，体现了 “磁场对通电导线的作用” 在前沿科技中的应用。 任务二：理解直流电动机的工作原理（结构 + 过程） 1. 电动机的核心结构 观察简易电动机模型，填写各部件作用： 部件 作用 线圈 通电后在磁场中受力转动，是电动机的转子 磁体 提供稳定磁场，是电动机的定子 换向器 由两个彼此绝缘的铜半环组成，随线圈转动，自动改变线圈中的电流方向 电刷 固定不动，与换向器接触，接通电源与线圈的电路 2. 工作过程拆解（结合下图） 阶段 1：线圈受力转动 线圈通入电流后，两侧导线在磁场中受到相反方向的力，形成力矩，驱动线圈绕轴转动（如 AB 边向上、CD 边向下）； 阶段 2：平衡位置的问题 当线圈转到 “线圈平面与磁场垂直” 的平衡位置时，线圈两边受力方向相反且在同一直线，线圈失去转动动力，靠惯性越过平衡位置； 阶段 3：换向器的关键作用 线圈越过平衡位置瞬间，换向器与电刷接触位置改变，自动改变线圈中的电流方向，使 AB 边受力方向变为向下、CD 边变为向上，线圈持续朝同一方向转动。 能量转化：（电能）→（机械能）。 3. 实验：制作简易电动机 器材：漆包铜线（绕成线圈）、回形针（支架）、电池、磁体、小刀； 关键操作：用小刀刮去线圈引线一端的全部绝缘漆，另一端只刮去上半周绝缘漆（替代换向器，使线圈在平衡位置时切断电流，靠惯性持续转动）； 现象：闭合开关，轻轻拨动线圈，线圈会持续顺时针（或逆时针）转动。 任务三：易错点辨析（对比 + 总结） 区分 “电流的磁效应” 与 “磁场对通电导线的作用”： 现象 原理 应用 通电螺线管产生磁场 电流的磁效应（电生磁） 电磁铁、电磁继电器 通电导线在磁场中运动 磁场对通电导线的作用（磁对电的作用） 电动机、扬声器 总结：电动机与发电机的核心区别（后续学习铺垫）： 电动机：需要通电才能转动，能量转化为 “电能→机械能”，原理是 “磁场对通电导线的作用”； 发电机：无需通电，靠外力带动线圈转动产生电流，能量转化为 “机械能→电能”，原理是电磁感应。 【归纳整理】 第三节 磁场对通电导体的作用 【课堂练习】 一、单选题 一、单选题 1．如图所示的四种设备中，与电动机工作原理相同的是（　　） A．电钻 B．电热水壶 C．电灯 D．电磁起重机 【答案】A 【详解】电动机工作原理是通电导线在磁场中受到力的作用，将电能转化为机械能； A．电钻工作时，消耗电能，将电能转化为机械能，实质是一个电动机，工作原理是通电导体在磁场中受力运动，故A符合题意； B．电热水壶工作时，消耗电能，将电能转化为内能，利用的是电流的热效应工作，故B不符合题意； C．电灯工作时，消耗电能，将电能转化为光能和内能，故C不符合题意； D．电磁起重机工作时，利用的是电流的磁效应，故D不符合题意。 故选A。 2．如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是（　　） A．电动机是利用电磁感应的原理工作的 B．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能 C．使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的 D．仅改变磁感线的方向不能改变线圈转动的方向 【答案】C 【详解】A．电动机是是根据通电流的导体在磁场中会受力的原理来工作的，故A错误； B．电动机工作过程中，消耗的电能主要转化为机械能，小部分转化为内能，故B错误； C．使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的，换向器在电动机中起着关键作用，它的主要功能是改变电流方向，从而确保电动机可以连续旋转而不需要经常地停止和启动，故C正确； D．线圈转动的方向与电流方向、磁场方向有关，仅改变磁感线的方向能改变线圈转动的方向，故D错误。 故选C。 3．“福建舰”配备了电磁弹射车。当弹射车内的导体通过强大的电流时，战斗机就受到强大的电磁力而向前弹射飞出。下列设备与电磁弹射原理相同的是（　　） A．磁悬浮列车 B．电风扇 C．电熨斗 D．发电机 【答案】B 【详解】当弹射车内的导体通过强大的电流时，战斗机就受到强大的推力而向前弹射飞出，由此可知，其工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用。 A．磁悬浮列车的原理是同名磁极相互排斥，故A不符合题意； B．电风扇中电动机的原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故B符合题意； C．电熨斗的工作原理是电流的热效应，故C不符合题意； D．发电机的原理是电磁感应现象，故D不符合题意。 故选B。 4．如图所示实验装置的原理与电动机的工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．电动机是根据通电导线在磁场中受力原理制成的。图为动圈式话筒，利用电磁感应原理工作的，故A不符合题意； B．图为探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，说明线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁磁性越强，故B不符合题意； C．图为探究电磁感应实验装置，说明闭合电路部分导体切割磁感线时会产生感应电流，故C不符合题意； D．闭合开关，通电导体在磁场中受力运动，是电动机的原理图，故D符合题意。 故选D。 5．如图所示是小明制作的金属转框。金属转框的上部中央与5号电池正极相连，电池下部的负极连接着两块强磁粒，金属转框套在强磁粒的周围。轻轻推动金属转框，其可以绕电池持续转动。下列说法正确的是（　　） A．该装置的工作原理是电磁感应 B．只将电池的正负极对调后，金属转框的转动方向会改变 C．只将5号电池换成7号电池，金属转框的转速会变快 D．金属转框转动时，其能量转化是机械能转化为电能 【答案】B 【详解】A．金属转框能转动是由于通电导体在磁场中受到力的作用，并非电磁感应。电磁感应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，导体中会产生感应电流，是发电机的工作原理，故A错误； B．通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关。仅对调电池正负极，会改变电流方向，进而使金属转框的转动方向改变，故B正确； C．5号电池和7号电池的电压通常均为1.5V，把5号电池换成7号电池，电路中的电流大小基本不变，金属转框受力情况不变，其转速基本不会发生变化，故C错误； D．该装置类似电动机，转动时是将电能转化成机械能，而非机械能转化为电能，故D错误。 故选B。 二、填空题 6．小聪利用如图所示的装置做“探究磁场对通电导体的作用”实验。 (1)导体ab应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）； (2)接通电源，导体ab向右运动，说明磁场对通电导体有 的作用，该过程中 能转化为 能； (3)将图中磁体的N、S极对调或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向 运动，说明通电导体在磁场中受到力的方向与 、 方向有关； (4)如果将滑动变阻器的滑片向左移动，闭合开关，发现导体ab不动或运动得很慢，这说明通电导体所受磁场力的大小与 有关。 【答案】(1)铝棒 (2) 力 电 机械 (3) 左 磁场方向 电流 (4)电流大小 【详解】（1）为了确保实验中导体不受磁场的额外影响，应选择非磁性材料。铁棒是磁性材料，而铝棒是非磁性材料，因此应选择铝棒。 （2）[1][2][3]力可以改变物体的运动状态，当导体ab通电后在磁场中运动，说明磁场对通电导体有力的作用。在这个过程中，消耗电能，得到导体ab的机械能，因此是将电能转化为机械能。 （3）[1][2][3]将磁体的N、S极对调（磁场方向改变）或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向左运动，说明导体ab受到磁体对其的作用力方向发生变化，从而说明通电导体在磁场中受到力的方向与磁场方向、电流方向有关。 （4）滑动变阻器滑片向左移动，闭合开关，变阻器连入电路的电阻变大，导致电路中电流减小，导体ab不动或运动得很慢，可知导体ab所受磁场力的大小发生变化，这说明通电导体所受磁场力的大小与电流大小有关。 7．自制的简易电动机模型如图所示。 (1)绕制线圈的铜丝外面有漆皮，必须对线圈引出线的两端（搁置于铜质弯钩的部位）进行刮漆处理，刮漆方法见放大图。按这种方法刮漆，目的是使线圈能够 。 (2)如果整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应做哪些尝试？ （多选）。 A．使线圈中电流减小 B．将线圈转动一定角度 C．增大电源电压 D．更换一块磁性更强的磁体 (3)通电后线圈能转动，若要改变转动方向，可采取的做法： ； 。 【答案】(1)连续转动 (2)BCD (3) 只改变电流方向 只改变磁场方向 【详解】（1）如放大图显示，线圈两端引线的上半边刮掉漆皮，下半边保留漆皮。这种“半截刮漆”的作用是：当线圈转到某一位置时，只有一半周期接通电流，另一半周期靠惯性转过平衡位置，从而实现持续供电，避免线圈在平衡位置附近来回振动，保证持续转动。 （2）A．使线圈中电流减小，电流减小，更不容易启动，故A不符合题意； B．将线圈转动一定角度，可能线圈通电时刚好停在平衡位置，稍微转动即可启动，故B符合题意； C．增大电源电压，可增大电流，线圈受力变大，从而转动，故C符合题意； D．更换一块磁性更强的磁体，增大磁场力，从而使线圈受力变大，从而转动，故D符合题意。 故选BCD。 （3）[1][2]直流电动机转动方向由磁场方向和电流方向共同决定，改变其中任意一个即可反转。 8．如图所示，扬声器的工作原理：当线圈中通有电流时，线圈受到永久磁体的作用而 ，当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向 。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回 ，于是扬声器就发出了 。 【答案】 运动 运动 振动 声音 【解析】【小题1】[1]当线圈中通有电流时，线圈受到永久磁体的作用而受力运动。 [2]通电线圈或导体在磁场中受力方向与磁场方向和电流方向有关，当线圈中的电流反向时，线圈将向相反方向运动（或振动）。 [3][4]由于电流是交变电流，方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，从而扬声器就发出了声音。 9．如图所示，把导线AB放在蹄形磁铁的磁场中，接通电源，让电流通过导线AB，发现导线AB会在导轨上向左运动，若把电源的正负极对调后接入电路，则导线AB （选填“向左”或“向右”）运动；若保持导线AB中的电流方向（由A到B）不变，把磁极对调，则导线AB （选填“向左”或“向右”）运动；若同时改变磁场方向和电流方向，则导线AB运动方向 （选填“变化”或“不变”）。实验表明： 对 有力的作用，通电导线受力的方向跟 方向和 方向有关。 【答案】 向右 向右 不变 磁场 通电导线 电流 磁场 【详解】[1]原来导线AB向左运动，当把电源正负极对调后，电流方向改变，而磁场方向不变。根据通电导线在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关，电流方向改变时，受力方向也会改变，所以导线AB会向右运动。 [2]保持导线AB中的电流方向不变，把磁极对调，此时磁场方向改变。同样依据通电导线在磁场中受力方向与电流、磁场方向的关系，磁场方向改变，受力方向改变，导线AB会向右运动。 [3]若同时改变磁场方向和电流方向，根据受力方向的规律，当电流方向和磁场方向同时改变时，通电导线的受力方向不变，导线AB运动方向不变。 [4][5][6][7]综合前面的实验情况，磁场对通电导线有力的作用，通电导线受力方向跟电流方向和磁场方向有关。 10．请结合图甲、乙回答下列有关电动机工作过程的问题。 (1)电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。图甲中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。 (2)图乙中线圈所在的位置 （选填“是”或“不是”）平衡位置，图中A、B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。电动机工作时是把电能转化为 。 【答案】(1) 通电线圈 电流方向不同 (2) 是 换向器 刚转过 机械能 【详解】（1）[1][2]电动机的工作原理是磁场对通电导体（或流）有力的作用。图甲中，线圈左右两边框 ab、cd 的受力方向相反，原因是两边电流方向相反。 （2）[1][2][3][4]图乙中，线圈平面与磁感线垂直，这个位置叫做平衡位置（因为此时两边受力大小相等、方向相反且在同一直线上，合力为零）。图中 A、B 组成的部件叫做换向器。它的作用是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。电动机工作时把电能转化为机械能。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 磁场对通电导线的作用 【学习目标】 知道磁场对通电导线有力的作用，理解其作用力方向与磁场、电流方向有关；了解扬声器、电磁弹射技术及直流电动机的工作原理。 【学习重点】 通过实验观察，理解通电导线在磁场中会受到力的作用。 结合实例分析，掌握通电导线受力方向与电流方向、磁场方向的关系。 【学习难点】 准确判断通电导线在磁场中的受力方向与电流方向、磁场方向的关系。 理解电动机工作原理中换向器的作用及其对线圈持续转动的影响。 【自主预习】 1.磁场对通电导线有 ； 2.通电导线在磁场中受力的方向与 有关，通电导线在磁场中受力的方向与 有关。 【课堂探究】 任务一：探究通电导线在磁场中的受力规律 1. 实验探究：受力方向的影响因素 实验器材：U 形磁体（提供磁场）、金属杆（铝棒）、电源、开关、导线、金属轨道（支撑金属杆）； 实验方法：控制变量法 实验步骤与现象记录： 实验序号 磁场方向（N 极→S 极） 电流方向 金属杆运动方向（受力方向） 结论 1 水平向右 从左到右 向前（垂直纸面向外） 磁场对通电导线有力的作用 2 水平向右（不变） 从右到左（反向） 向后（垂直纸面向里） 受力方向与电流方向有关 3 水平向左（反向） 从左到右（不变） 向后（垂直纸面向里） 受力方向与磁场方向有关 4 水平向左（反向） 从右到左（反向） 向前（垂直纸面向外） 同时改变磁场和电流方向，受力方向不变 归纳总结： 通电导线在磁场中受到的力的方向，与______（磁场方向）和______（电流方向）都有关，且三者两两垂直（可借助左手定则辅助判断）。 2. 原理应用实例分析 案例 1：动圈式扬声器 结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆； 工作过程：电信号通过线圈→线圈在磁场中受力振动→带动纸盆振动→发出声音； 能量转化：（电能）转化为（机械能）。 案例 2：电磁弹射技术（福建舰） 原理：强大电流通过弹射车内的导体→导体在强磁场中受到巨大推力→推动舰载机加速起飞； 优势：相比蒸汽弹射，推力更可控、效率更高，体现了 “磁场对通电导线的作用” 在前沿科技中的应用。 任务二：理解直流电动机的工作原理（结构 + 过程） 1. 电动机的核心结构 观察简易电动机模型，填写各部件作用： 部件 作用 线圈 通电后在磁场中受力转动，是电动机的转子 磁体 提供稳定磁场，是电动机的定子 换向器 由两个彼此绝缘的铜半环组成，随线圈转动，自动改变线圈中的电流方向 电刷 固定不动，与换向器接触，接通电源与线圈的电路 2. 工作过程拆解（结合下图） 阶段 1：线圈受力转动 线圈通入电流后，两侧导线在磁场中受到相反方向的力，形成力矩，驱动线圈绕轴转动（如 AB 边向上、CD 边向下）； 阶段 2：平衡位置的问题 当线圈转到 “线圈平面与磁场垂直” 的平衡位置时，线圈两边受力方向相反且在同一直线，线圈失去转动动力，靠惯性越过平衡位置； 阶段 3：换向器的关键作用 线圈越过平衡位置瞬间，换向器与电刷接触位置改变，自动改变线圈中的电流方向，使 AB 边受力方向变为向下、CD 边变为向上，线圈持续朝同一方向转动。 能量转化：（电能）→（机械能）。 3. 实验：制作简易电动机 器材：漆包铜线（绕成线圈）、回形针（支架）、电池、磁体、小刀； 关键操作：用小刀刮去线圈引线一端的全部绝缘漆，另一端只刮去上半周绝缘漆（替代换向器，使线圈在平衡位置时切断电流，靠惯性持续转动）； 现象：闭合开关，轻轻拨动线圈，线圈会持续顺时针（或逆时针）转动。 任务三：易错点辨析（对比 + 总结） 区分 “电流的磁效应” 与 “磁场对通电导线的作用”： 现象 原理 应用 通电螺线管产生磁场 电流的磁效应（电生磁） 电磁铁、电磁继电器 通电导线在磁场中运动 磁场对通电导线的作用（磁对电的作用） 电动机、扬声器 总结：电动机与发电机的核心区别（后续学习铺垫）： 电动机：需要通电才能转动，能量转化为 “电能→机械能”，原理是 “磁场对通电导线的作用”； 发电机：无需通电，靠外力带动线圈转动产生电流，能量转化为 “机械能→电能”，原理是电磁感应。 【归纳整理】 第三节 磁场对通电导体的作用 【课堂练习】 一、单选题 1．如图所示的四种设备中，与电动机工作原理相同的是（　　） A．电钻 B．电热水壶 C．电灯 D．电磁起重机 2．如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是（　　） A．电动机是利用电磁感应的原理工作的 B．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能 C．使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的 D．仅改变磁感线的方向不能改变线圈转动的方向 3．“福建舰”配备了电磁弹射车。当弹射车内的导体通过强大的电流时，战斗机就受到强大的电磁力而向前弹射飞出。下列设备与电磁弹射原理相同的是（　　） A．磁悬浮列车 B．电风扇 C．电熨斗 D．发电机 4．如图所示实验装置的原理与电动机的工作原理相同的是（　　） A． B． C． D． 5．如图所示是小明制作的金属转框。金属转框的上部中央与5号电池正极相连，电池下部的负极连接着两块强磁粒，金属转框套在强磁粒的周围。轻轻推动金属转框，其可以绕电池持续转动。下列说法正确的是（　　） A．该装置的工作原理是电磁感应 B．只将电池的正负极对调后，金属转框的转动方向会改变 C．只将5号电池换成7号电池，金属转框的转速会变快 D．金属转框转动时，其能量转化是机械能转化为电能 二、填空题 6．小聪利用如图所示的装置做“探究磁场对通电导体的作用”实验。 (1)导体ab应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）； (2)接通电源，导体ab向右运动，说明磁场对通电导体有 的作用，该过程中 能转化为 能； (3)将图中磁体的N、S极对调或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向 运动，说明通电导体在磁场中受到力的方向与 、 方向有关； (4)如果将滑动变阻器的滑片向左移动，闭合开关，发现导体ab不动或运动得很慢，这说明通电导体所受磁场力的大小与 有关。 7．自制的简易电动机模型如图所示。 (1)绕制线圈的铜丝外面有漆皮，必须对线圈引出线的两端（搁置于铜质弯钩的部位）进行刮漆处理，刮漆方法见放大图。按这种方法刮漆，目的是使线圈能够 。 (2)如果整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应做哪些尝试？ （多选）。 A．使线圈中电流减小 B．将线圈转动一定角度 C．增大电源电压 D．更换一块磁性更强的磁体 (3)通电后线圈能转动，若要改变转动方向，可采取的做法： ； 。 8．如图所示，扬声器的工作原理：当线圈中通有电流时，线圈受到永久磁体的作用而 ，当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向 。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回 ，于是扬声器就发出了 。 9．如图所示，把导线AB放在蹄形磁铁的磁场中，接通电源，让电流通过导线AB，发现导线AB会在导轨上向左运动，若把电源的正负极对调后接入电路，则导线AB （选填“向左”或“向右”）运动；若保持导线AB中的电流方向（由A到B）不变，把磁极对调，则导线AB （选填“向左”或“向右”）运动；若同时改变磁场方向和电流方向，则导线AB运动方向 （选填“变化”或“不变”）。实验表明： 对 有力的作用，通电导线受力的方向跟 方向和 方向有关。 10．请结合图甲、乙回答下列有关电动机工作过程的问题。 (1)电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。图甲中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。 (2)图乙中线圈所在的位置 （选填“是”或“不是”）平衡位置，图中A、B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。电动机工作时是把电能转化为 。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $