第2节 磁场对电流的作用（教学课件）物理教科版2024九年级上册

第2节 磁场对电流的作用 九年级物理上册 •教科版2024年 第八章　电磁相互作用 学习目标 01 02 03 04 物理观念 ①了解通电导线在磁场中会受到力的作用,并知道力的方向与哪些因素有关。②了解电动机的基本构造、工作原理和涉及的能量转化。 科学思维 ①经历研究通电导线在磁场中受力方向的过程，培养归纳推理能力。②能基于“平衡位置”与“惯性”现象提出“需改变电流方向才能持续转动”的假设，并通过换向器结构分析验证假设，形成批判性思维。 科学探究 能设计并实施“探究通电导体在磁场中受力方向与哪些因素有关”的实验方案，规范操作并记录现象，培养解决问题的能力。 科学态度与责任 ①能认识到电动机作为现代科技核心部件，在节能减排、智能制造等领域的重要价值。②能在小组合作中主动承担角色，尊重他人观点，勇于表达质疑，养成严谨求实的科学态度。 重点难点 ①掌握通电导体在磁场中受力的方向与电流方向、磁场方向的关系，能用左手定则判断受力方向。 ②理解换向器的作用及其实现电流方向自动切换的原理，明确其在电动机连续转动中的关键地位。 教学重点 ①从“线圈越过平衡位置后受力阻碍继续转动”这一现象中，抽象出“改变电流方向”的解决方案，建立“动态调控”思维。 ②理解换向器中两个铜半环与电刷接触时，如何确保线圈中电流方向始终使受力方向一致。 教学难点 课堂导入 电动玩具通电后动起来，电风扇通电后扇叶转动，电动车启动后便可行驶，充满电的机器人能做家务……这些物体通电后运动状态发生了改变， 是得益于其中一个重要的部件 电动机 电动机通电后会转动，你知道这是为什么吗？ 课堂导入 磁体在磁场中会受到力的作用， 磁体间通过磁场相互作用。 通电导体周围存在磁场 那么通电导线是不是也会在磁场中受到力的作用呢？ N S 磁体周围存在磁场 知识回顾 探究新知一　磁场对通电导线的作用 磁场对通电导线的作用 【实验】让通电导线在磁场中动起来 实验器材 蹄形磁铁1个 金属导轨1套 直导线1根 学生电源1台 开关1个 导线若干 演示实验 探究新知一　磁场对通电导线的作用 　　1. 如图所示，把一根直导线 ab 放在磁铁的磁场中，导线两端通过光滑金属导轨与电源、开关相连。接通电源，电流通过导线ab，观察发生的现象。 结论一： 通电导体在磁场中会受到力的作用。 实验过程 通电导体在磁场中受力运动方向可能与哪些因素有关呢？ 探究新知一　磁场对通电导线的作用 　　2. 断开开关，调整电路，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导体ab的电流方向与原来的相反。接通电路，观察直导体ab的运动情况。 闭合开关，原来静止在磁场中的导体发生运动。 只改变电流方向，磁场中导体运动方向发生了改变。 N S I F N S I F 结论二：磁场方向一定时，改变电流方向，磁场中导体运动方向改变。 探究新知一　磁场对通电导线的作用 　　3. 保持通过直导体ab的电流方向不变，把蹄形磁体的两个磁极对调，使磁场方向与原来相反，观察直导体ab的运动情况。 只改变磁场方向，磁场中导体运动方向发生了改变。 S N I F 闭合开关，原来静止在磁场中的导体发生运动。 N S I F 结论三：电流方向一定时，改变磁场方向，磁场中导体运动方向改变。 探究新知一　磁场对通电导线的作用 　　4. 同时改变通过直导体ab的电流方向和磁场方向，接通电路，观察直导体ab的运动情况。 S N I F S N F I 同时改变电流方向和磁场方向，磁场中导体运动方向不变。 闭合开关，原来静止在磁场中的导体发生运动。 结论四：电流方向和磁场方向同时改变时，磁场中导体运动方向不变。 探究新知一　磁场对通电导线的作用 ①通电导线在磁场中________作用。 ②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____时，通电导线受力的方向____。 当电流的方向和磁场的方向________时，通电导线受力的方向____。 总结归纳 受到力的 改变 改变 不变 同时改变 探究新知一　磁场对通电导线的作用 　　从能量角度来看，磁场对电流的作用，表明电能可以转化为机械能。据此，许多科学家提出了电动机的设想，经过几十年的努力，实用的电动机的制造技术才逐渐完善。现在，电动机已成为电气时代的标志。 探究新知一　磁场对通电导线的作用 【学习任务一】通电导线在磁场中受到力的作用 如图所示小明用导线将电池、铁钉和纽扣强磁铁连接起来， 这时铁钉和下面的磁铁一起旋转起来，这表明（　　） A．磁能生电 C．通电导体周围存在磁场 B．地球周围存在磁场 D．通电导体在磁场中受力 D 解：题中有电源，构成闭合回路，电路中有电流，通电导体在磁场中受到力的作用而转动，是电动机的工作原理，故只有D说法正确。 故选：D。 探究新知一　磁场对通电导线的作用 【变式训练】通电导线在磁场中受到力的作用 如图，在“探究让通电导线在磁场中动起来”的实验中，下列说法不正确的是（ ） A. ab处应该接入电源 B. 根据该原理可以制成电动机 C. 同时改变磁场方向和电流方向，导体棒的运动方向要改变 D. 导体棒在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关 C 解：A、在“探究让通电导线在磁场中动起来”的实验中，需要有电源,因此ab处应该接入电源，故A正确; B、电动机是根据通电导线在磁场中受力的原理制成的，因此根据图中原理可以制成电动机，故B正确; CD、通电导体棒在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关，改变磁场方向或电流方向，导体棒的运动方向会改变，但同时改变磁场方向和电流方向，导体棒的运动方向不变，故C错误，D正确。 故选：C。 探究新知一　磁场对通电导线的作用 探究新知一　磁场对通电导线的作用 【学习任务二】影响通电导线在磁场中所受磁场力方向的因素 如图所示电路中,导体棒ab放在蹄形磁体的磁场里,小磁针放在螺线管正下方。闭合开关，发现导体棒ab向右运动，小磁针的N极向下偏转,则下列说法正确的是（　　） A. c、d分别是电源的负极、正极 B. 仅对调电源正负极,闭合开关,则导体棒ab向左运动, 小磁针N极向上偏转 C. 对调电源正负极和蹄形磁体N、S极，闭合开关， 则导体棒ab向左运动 D. 对调电源正负极和蹄形磁体N、S极，闭合开关， 则小磁针N极仍然向下偏转 B 解：A.小磁针的N极向下偏转,说明螺线管正下方为N极，电流从上方流入，下方流出，故c、d分别是电源的正极、负极，故A错误； B.仅对调电源正负极，闭合开关,则导体棒ab向左运动，小磁针N极向上偏转,故B正确； C.对调电源正负极和蹄形磁体N、S极，闭合开关,则导体棒ab还向右运动，故C错误； D.对调电源正负极和蹄形磁体N、S极,闭合开关,则小磁针N极向上偏转(因为螺线管只改变了电流方向)，故D错误; 故选：B。 探究新知一　磁场对通电导线的作用 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 让线圈在磁场中转起来 　　1873 年， 在 一 次 博 览 会上，一位工作人员很偶然地把两台发电机连在一起，一台发电机产生的电流通过了另一台发电机的线圈，后一台发电机竟转动了起来！ 　　这一偶然发现表明，电 动机和发电机应该有类似的 结构，可以把通电线圈放在 磁场中，使之转动，从而将 电能转化为机械能。 一台发电机带动着另一台发电机转起来了 在前面实验中直导线运动一段距离就会离开磁场，不能持续地运动。如果把一个通电的线圈放到磁场中，它会持续地转动吗？ 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 【实验】通电线圈在磁场中转动 　　1. 如图所示，把使线圈位于磁体两个磁极间的磁场中。接通电源，让电流通过，观察它的运动，并分析线框的受力情况。 演示实验 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 甲 丙 乙 通电线圈在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。 线圈ab 边和 cd 边中 电流方向相反 受到的力的方向相反且不在同一条直线上 线圈顺时针转动 线圈的平面与磁场垂直 线圈受平衡力 由于惯性，线圈会继续转动 线圈越过平衡位置 线圈ab 边和 cd 边受到的力阻碍它顺时针转动 线圈不能持续转下去 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 如何才能使得线圈持续转动呢？ 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 2. 当线圈转到平衡位置时，立即改变电流的方向，观察线圈的转动情况。 丁 乙 线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置时，因电流方向改变，线圈靠受到的力仍使它顺时针转动。 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 3. 当线圈转到平衡位置时，立即改变磁场方向，观察线圈的转动情况。 乙 线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置时，因磁场方向改变，线圈靠受到的力仍使它顺时针转动。 戊 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 　　通过实验可知，线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，可以按原来的方向继续转动。 每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向，线圈就可以不停地转动下去了。 如何能较为方便的改变电流方向呢？ 换向器 电刷 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 换向器 实际的电动机可以通过换向器来实现持续转动。 1.换向器的作用： 线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向，每半周改变一次， 使线圈持续转动。 　　线圈的两端各连一个铜制半环 E 和 F，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动。A 和 B 是电刷，跟半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，这两个半圆环叫作换向器。 2.换向器的结构 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 3.换向器的结构工作原理： 　　换向器随线圈一起转动，与电刷接触，电源和线圈组成闭合电路。此时无论线圈的哪个边处于靠近磁体N极(或S极)的一侧，其中的电流都沿图中箭头所示的方向，这时它的受力方向总是相同的，线圈就可以不停地转动下去了。 探究新知二　让线圈在磁场中转起来 【学习任务三】换向器的构造及作用 下列关于磁现象的说法不正确的是（　　） A. 最早发现磁偏角的是我国宋代学者沈括 B. 扬声器是利用磁场对通电导线的作用来工作的 C. 最早发现磁能生电的科学家是奥斯特 D. 直流电动机是通过换向器来实现线圈连续转动的 C 解：A、我国宋代学者沈括是世界上最早记录磁偏角的人，该选项说法正确，不符合题意； B、扬声器的线圈中通过携带声音信息、时刻变化的电流，使得在一个瞬间和下一个瞬间产生不同方向的磁场，在永磁体的作用下线圈就不断地来回振动，纸盆也就振动动起来,便发出了声音，该选项说法正确，不符合题意； C、最早发现磁能生电的科学家是法拉第，该选项说法不正确，符合题意； D、换向器不断改变线圈中的电流方向，从而使直流电动机实现持续转动，该选项说法正确，不符合题意。故选：C。 探究新知三　电动机与人类文明 电动机 1. 电动机的构造 电动机主要由线圈和磁体两部分组成。能够转动的部分（线圈）叫作转子；固定不动的部分（磁体）叫作定子。电动机工作时，转子在定子中转动。 定子（磁体） 转子（线圈） 换向器 电刷 探究新知三　电动机与人类文明 2. 电动机的工作原理 线圈处于此位置时，电流从半环2流向半环1，线圈AB边受力向上，和CD边受力向下，线圈顺时针转动。 甲 线圈又转至平衡位置时，与图乙情况相似，线圈由于惯性会越过平衡位置。 丙 线圈越过平衡位置后，线圈中的电流从半环1流向半环2，线圈AB边受力向下，CD 边受力向上，线圈仍然顺时针转动。 丁 线圈转至平衡位置时，两电刷与半环无接触，线圈中无电流所以不受力，线圈由于惯性会越过平衡位置。 乙 利用磁场对电流的作用使线圈转动，同时利用换向器及时改变线圈中的电流方向，从而保持线圈持续转动。 探究新知三　电动机与人类文明 　　实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上， 以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。 一种直流电动机的转子 探究新知三　电动机与人类文明 3. 电动机的应用 电动机是第二次科技革命中最重要的发明之一其有着极其广泛的应用。 大型轮船推进器里的电动机 柔性自动生产线由计算机统一控制多台电动机，使机械手按程序完成切削和运输等操作。 现代化的汽车生产流水线上，大量的装配机械手靠电动机完成上万个零件的组装。 无人机玩具里的电动机 电梯里的电动机 探究新知三　电动机与人类文明 　　电动机是各种新能源交通工具的心脏。从电动自行车、电动汽车，到“复兴号”电力动车组，其驱动系统的核心部件均是电动机。 一辆新能源汽车便应用了几十台电动机。 新能源汽车上的电动机 探究新知三　电动机与人类文明 活动 调查家庭中的电动机 　　回到家，环顾四周，我们会发现电动机的身影。 请开始一个有趣的调查：从厨房、客厅、浴室到卧室，统计一下能找到的里面有电动机的物品。 探究新知三　电动机与人类文明 家庭实验室 　　和同学一起来组装下图的电路，使一个线圈在磁场中摆动，观察另一个线圈是否摆动，并从能量角度来对比分析这个过程：线圈在磁场中摆动、产生电流的过程中，能量怎样转化；通电线圈在磁场中受力的作用而运动时，能量怎样转化...... 甲线圈在磁场中摆动时，乙线圈也随之摆动起来。 甲线圈在磁场中做切割磁感应线运动产生感应电流，此过程中机械能转化为电能； 乙线圈在磁场中通电后受力运动，此过程中电能转化为机械能。 乙 甲 电磁现象中的能量转化 探究新知三　电动机与人类文明 物理在线 三峡大坝发电机组 　　三峡大坝的总装机容量是 2.25×104MW，目前已建成的发电机组有 32 台。三峡大坝的发电机组是现今世界最大的水轮发电机组，水轮机转子直径达10.7 m。水轮机的转子由 50多个重 1 000 t 的叶片拼成。 其研制过程经历了多年的艰苦探索和技术攻关， 实现了我国发电装置制造技术的巨大飞跃。 请阅读有关图书或查询网络了解三峡大坝发 电机组的技术特点、建设历程和发挥的作用。 探究新知三　电动机与人类文明 【学习任务四】直流电动机的应用 关于磁与电，下列说法中正确的是（　　） A. 磁场看不见、摸不着，它是人们假想的模型 B. 同名磁极相互吸引，异名磁极相互排斥 C. 奥斯特实验说明电流周围存在着磁场 D. 只有改变磁场方向才能改变电动机转动的方向 C 解：A. 磁场看不见、摸不着,但它是真实存在的，为研究磁场的分布情况，人们建立磁感线这种理想模型，故A错误 B. 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故B错误; C. 奥斯特实验说明：通电导线周围存在磁场，磁场方向与电流方向有关，故C正确; D. 导体在磁场中受力的方向与电流和磁场方向有关，改变磁场方向或电流方向都能改变电动机转动的方向，故D错误。 故选：C。 探究新知三　电动机与人类文明 【变式训练】直流电动机的应用 图示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘；A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，在图示位置,电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，则（　　） D 探究新知三　电动机与人类文明 解：①图示位置，电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，ab边与dc边中电流方向相反，磁场方向不变所以ab边受到磁场的作用力向上，故A错误； ②线圈由图示位置转过180°时，ab转到右侧，dc转到左侧，线圈中电流沿abcd流过线圈，故B错误； 磁场方向不变，此时dc边电流方向与图示中dc边电流方向相反，所以dc边受到磁场力方向向上，故C错误； ab边电流方向与图示中ab边电流方向相反，所以ab边受到磁场的作用力向下，故D正确。 故选：D。 课堂小结 磁场对电流的作用 磁场对通电导线的作用 电动机与人类文明 电动机及其应用 让线圈在磁场中转起来 实验：让通电导线在磁场中动起来 实验：通电线圈在磁场中转动 换向器 课堂练习 1.（2021•成都）下列用电器使用了电动机的是（　　） A. 电风扇 B. 电水壶 C. 台灯 D. 手电筒 A 【解析】解：A、电风扇的主要部件是电动机，电风扇工作时，电能转化为机械能和内能，故A正确;B、电水壶工作时，把电能全部转化为内能，故B错误; CD、台灯、手电筒工作时,电能主要转化为光能和内能，故CD错误。 故选：A。 课堂练习 2.（2018•三台县三模）如图所示是实验室电流表的内部结构图，处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会带动指针一起偏转。线圈中电流越大，指针偏转角度就越大。关于该现象，下列说法正确的是（　　） A. 该电流表是利用电磁感应原理工作的 B. 线圈中有电流通过时，把机械能转化为电能 C. 改变线圈中的电流方向,指针的偏转方向不会改变 D. 线圈中电流越大，其所受磁场力就越大 D 课堂练习 【解析】解：通过电流表的内部构造显示电流表的制成原理：通电线圈在磁场中受力而转动，并且电流越大，线圈受到的力越大，其转动的幅度越大。因此可以利用电流表指针的转动幅度来体现电路中电流的大小。 A. 通过电流表的内部构造显示电流表的制成原理：通电线圈在磁场中受力而转动，故A错误; B. 线圈中有电流通过时，电能转化为机械能，故B错误: C.改变线圈中的电流方向，其转动方向会发生改变，故C错误； D.电流越大，线圈受到的力越大，因此可以利用电流表指针的转动幅度来体现电路中电流的大小，故D正确。 故选：D。 课堂练习 3.（2025•仪征市一模）如图，移动变阻器R1的滑片向____移,导线AB受力摆动就增大，说明磁场对通电导体的作用力大小与___________有关；移动变阻器R2的滑片向____移，导线AB受力摆动也增大。 右 磁场的强弱 左 课堂练习 【解析】解：如图可知，左侧构成了电磁铁，滑动变阻器的滑动可改变其磁场的强弱，右侧是通电导线在磁场中受力，其受力的大小与磁场的强弱和电流的大小有关。 故移动变阻器R1的滑片向右，电路中电流增大，电磁铁磁性增强，导线ab受力摆动就增大，说明磁场对通电导体的作用力与磁场的强弱有关； 移动变阻器R2的滑片向左移，导线中电流增大，导线ab受力摆动也增大，说明磁场对通电导线的作用力大小与电流的大小有关。 故答案为：右；磁场的强弱；左。 课堂练习 4.（2024•莱芜区二模）如图所示圆环形绝缘凹槽内装满 水银，水银的内外侧用导线接入电路，圆心处放置一块 圆柱形磁铁，闭合开关后，发现水银逆时针流动，小明 进行了如下操作：先对调电源的正负极，再对调磁铁的 南北极，则该操作中水银的流动情况是（　　） C 【解析】解：水银是导体，水银的内外侧用导线接入电路通过电流后，会在磁场中受力而运动起来。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，对调电源的正负极后，电流方向发生改变，因此水银受力方向改变，水银沿顺时针方向流动；再对调磁铁的南北极，磁场方向改变，则水银受力方向再一次改变，此时水银沿逆时针方向流动，故C正确，ABD错误。故选：C。 布置作业 1. 基础性作业：完成课件中的课堂练习。 2. 拓展性作业： 按如图所示制成小电动机，我们能观察到线圈转动。如果再给你提供一颗螺丝钉，你能让磁体也转动吗。 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $