三、磁场对电流的作用 电动机（教学课件）物理新教材苏科版九年级下册

苏科版 九年级下册 第十六章 电和磁 三、磁场对电流的作用 电动机 01 02 03 04 05 CONTENTS 磁场对电流的作用 直流电动机的原理 安装直流电动机模型 学习目标 1. 了解磁场对通电导体有力的作用； 2. 知道通电导体在磁场中受力方向的影响因素； 3. 观察磁场对通电线圈的作用； 4. 分析线圈为什么不能持续转动； 5. 学习换向器及其作用； 6. 知道直流电动机的工作原理； 7. 安装直流电动机模型。 重点难点 教学重点： 1.磁场对通电导体有力的作用及其方向的影响因素； 2.直流电动机的工作原理； 3.安装直流电动机模型。 1.实验探究磁场对通电导体有力的作用及其方向的影响因素； 2.直流电动机的工作原理的综合应用。 教学难点： 情景引入 上节课我们学习了“电生磁”，这个节课我们继续学习磁场对电流的作用。 我们常见的电动玩具汽车的结构组成是什么?其工作原理又是什么? 磁 电 产生 作用 PART ONE 磁场对电流的作用 通过前面的学习，我们知道磁体周围存在磁场，电流周围也存在磁场；磁体在磁场中会受到力的作用。通电导线相当于磁体，在磁场中也应该受到力的作用，其运动状态可能会发生改变。 探究新知 磁体 磁场 通电导线 存在 存在 相当于 作用于 作用于 活动16.6 观察磁场对通电直导线的作用 做一做 1.按照图16-29组装实验器材。 2. 给直导线(铝棒)通电，观察它的运动情况。 通电后直导线由静止变为运动,且运动方向为水平向左。 注：紫色箭头所指方向为直导线的运动方向，下同。 3. 改变直导线中的电流方向，观察直导线的运动情况。 4. 将磁极对调，改变磁场的方向，观察直导线的运动情况。 - + I 直导线 水平向右。 水平向右。 说一说 通过实验，你看到了什么现象?说明了什么问题? 早在19世纪初，法国物理学家安培就已经观察到上述现象，并在大量实验的基础上发现：磁场对通电导体有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。 现象所上所述。 因此，前面我们实验描述的直导线的运动方向（紫色箭头）也是直导线所受力的方向。 I 直导线 F 即 思考 电动玩具车能跑，是因为有电动机。电动机为什么会转动呢? 找一个旧的电动玩具车，拆开来看看! 活动16.5 观察电动玩具中的电动机 电动玩具通常是由电动机驱动的， 如图16-28所示。 试一试，怎样使电动机转动起来? 看一看，电动机是由哪些部件组成的? 想一想，电动机为什么会转动? 图16-28 电动玩具和电动机的一些部件 电动机主要由两部分组成：能够转动的线圈和固定不动的磁体。 电动机中有磁体和线圈，线圈只在通电时才会转动，这说明线圈通电时受到了力的作用。 PART TWO 直流电动机的原理 活动16.7 观察磁场对通电线圈的作用 做一做 用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图16-30所示。闭合开关，线圈将会怎样运动? 通电线圈开始转动，随后静止。 想一想 磁场中的通电线圈为什么会这样运动? 信息快递 通电线圈的平面与磁感线垂直时，线圈受到的磁场的作用力相互平衡，我们把这个位置称为平衡位置。 通电线圈的平面与磁感线垂直 通电线圈的平面与磁感线平面 图乙即为信息快递中所称的平衡位置。 因为受到力的作用，详情下页ppt分析。 观察图16-31所示的过程，分析线圈为什么不能持续转动。 (a) 通电线圈在磁场力 F₁、F₂ 的作用下开始顺时针旋转。 (b) 当通电线圈转到平衡位置时，它受到的磁场力F₁、F₂相互平衡。这时由于惯性，线圈还会继续转动。 (c) 通电线圈越过平衡位置后，磁场力会使它逆时针旋转 (d) 最终，通电线圈静止在平衡位置 图16-31 通电线圈在磁场中的转动情况 怎样才能使通电线圈在磁场中持续转动? 由上述分析可知，当线圈刚转过平衡位置时，如果立即改变其中的电流方向，那么通电线圈就能在磁场力的作用下继续转动。 那么下面我们将要学习一个重要的桥梁作用的部件——换向器。 怎样使通电线圈在磁场中持续转动 如图16-32所示，在通电线圈的两端各连有一个半圆铜环C 、D, 称为换向器，它们随线圈一起转动。A 、B是电刷，分别与一个半圆铜环接触， 使电源和线圈组成闭合电路。每当线圈刚转过平衡位置时，换向器就能自动改变线圈中电流的方向，从而使线圈能持续转动。玩具中的直流电动机就是按图16-32所示的原理工作的。 图16-32 换向器的作用（部分图） 换向器及其作用 (a) 通电线图受磁场力作用，开始顺时针旋转 直流电动机的原理 (b) 线圈转到平衡位置时，无电流通过， 它依靠惯性继续转动 (c) 线圈越过平衡位置后，电流方向发生 改变，线圈在磁场力作用下继续顺时针转动 图16-32换向器的作用 换向器，看起来只是一个简单部件，但正是这一创新，促使了直流电动机的诞生。随着技术的发展，新型无刷直流电动机采用电子换向装置， 克服了有刷电机噪声大、寿命短、可靠性差，换向时产生电火花易损坏电机等缺陷 。 不论哪种电动机 ， 都是将电能主要转化为机械能的装置 。 PART THREE 安装直流电动机模型 1.对照图16-33,了解直流电动机模型 的主要部件。按照从下到上、从内向外的顺序安装电动机模型。 活动16.8 安装直流电动机模型 2. 将电动机、滑动变阻器、电源、 开关串联起来。检查无误后闭合开关， 观察电动机的转动情况。 3.改变通过线圈的电流方向，线圈的转动方向是否改变? 4.将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，线圈的转动方向是否改变? F S 丙 I N F I F 甲 N S 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 F S 丙 I N F F S 乙 I N F F S 乙 I N F I F 甲 N S 只改变电流方向或磁场方向，通电导线受到力的方向_______ 改变 甲、乙：两个磁极对调 乙、丙：改变电流方向 5.移动滑动变阻器的滑片，改变通过线圈的电流大小，线圈转动的速度是否改变?怎样改变? 移动滑动变阻器的滑片，改变通过线圈的电流大小，线圈转动的速度会改变。‌ 具体来说，线圈转动的速度（即转速）与电流大小直接相关：电流增大时，转速变快；电流减小时，转速变慢。 如图16-34所示，电动自行车、电动汽车和高速列车等，都是利用电力驱动的交通工具，即它们都是由电动机提供动力的。 生活•物理•社会 用电力驱动的交通工具 与传统的依靠燃烧煤、汽油等化石燃料提供动力的交通工具相 比，用电力驱动的交通工具，无有害气体排放、散热少、噪声小、 能源利用效率高。它们的普及有力推动了现代化绿色交通的变革性 发展。此外，用电力驱动的交通工具还有启动快、制动灵敏等特点。 电动汽车电源的容量是决定汽车续航能力的关键因素之一。目前，我国电动汽车的蓄电池性能和产能水平均居世界前列，有力地支持了我国乃至世界电动汽车业的发展。 高速列车在轨道上运行，可以通过固定电网供电。高速列车几乎每节车厢都装有电动机，既能提高运行速度，又能解决因某一电动机发生故障而影响整体运行的问题。 近年来，磁悬浮列车的研制异军突起。它是利用磁极间相互作用的原理设计的。强大的电流通过电磁铁产生强大磁场，使列车悬浮在轨道上，从而减小阻力，让列车在电磁力作用下高速运行。据报道，2023年3月，我国自主研制的首套高温超导电动悬浮全要素试验系统(图16-35)在长春完成首次悬浮运行，标志着我国在高温超导电动悬浮领域实现重要技术突破。 1 ．小明连接了如图所示的电路．闭合开关，静止的金属杆向右运动，说明通电导体在磁场中 ，这一过程中 能转化为 能． 受到力的作用 电 机械 课堂练习 2. 如图为直流电动机的基本构造示意图，闭合开关，线圈沿顺时针转动，现要使线圈沿逆时针转动，下列方法中可行的是（ ） A.对调电源正负极 B.增加电源电压 C.换用磁性更强的磁铁 D.对换磁极同时改变电流方向 A 3．如图甲、乙所示，在线圈转动过程中，经过图甲位置时，线圈左右两边所受的两个力不平衡的原因是这两个力 ；经过图乙位置的线圈恰好处于平衡位置，此时线圈由于_______不会静止。 不在同一直线上 惯性 4．为了探究磁场对通电导线的作用，在如图所示的实验装置中，还需在导线夹 a、b 间接入的电路元件是 ；探究中发现，磁场对通电导体作用力的方向与 和 有关。 电源 磁场方向 电流方向 5．用如图的装置探究磁场对通电直导线的作用，给铝棒 AB 通电，观察到 AB 向右运动，要使 AB 通电后向左运动，下列做法中可行的是 ( ) A ．仅换用磁性更强的磁体 B ．仅增加 AB 中的电流强度 C ．仅将磁体的 N 、S 极对调 D ．仅将铝棒 AB 换成铜棒 C 6．利用图甲装置“观察磁场对通电直导线的作用” ，在 M、N 之间接入电源，通电后轻质铝棒 AB 向左运动，若只调换磁体的 N 、S 极，通电后铝棒 AB 将向 运动；图乙中，不改变线圈中的电流方向，线圈 （能/不能）持续转下去。 右 不能 A ．电动机的工作原理是电流的磁效应 B ．只对调磁体的 N 、S 极能改变转子转动方向 C ．只对调电源的正、负极能改变转子转动方向 D ．滑片 P 向 A 移动，电动机的转子转动加速 7．小文把安装完成的直流电动机模型接入如图所示的电路中，闭合开关， 电动机的转子正常转动，下列说法错误的是 ( ) A 课堂小结 1 ．如图所示装置，闭合开关的瞬间，静止的导体棒 ab向右运动，这表明 对电流有力的作用；若要使导体棒 ab向左运动，可以 ，根据这个原理可以制成 。 磁场 改变流过导体棒的电流方向或改变磁场的方向 电动机 布置作业 2 ．利用图甲装置“观察磁场对通电直导线的作用” ，在 M、N 之间接入电源，通电后轻质铝棒 AB 向左运动，若只调换磁体的 N 、S 极，通电后铝棒 AB 将向 运动；图乙中，不改变线圈中的电流方向，线圈 （能/不能）持续转下去。 右 不能 A ．电动机的工作原理是电流的磁效应 B ．只对调磁体的 N 、S 极能改变转子转动方向 C ．只对调电源的正、负极能改变转子转动方向 D ．滑片 P 向 A 移动，电动机的转子转动加速 3 ．小文把安装完成的直流电动机模型接入如图所示的电路中，闭合开关， 电动机的转子正常转动，下列说法错误的是 ( ) A 4．如图，开关闭合后线圈abcd 顺时针转动，导线 cd 受到向上的力Fcd 。则选项中导线ab的受到的力Fab 分析正确的是 ( ) A． C． B． D． C 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $