第二十章《电与磁》第4节《电动机》讲义 ---2025-2026学年人教版物理九年级

本讲义聚焦“电动机”核心知识点，系统梳理其构造（定子、转子、换向器）、工作原理（通电导体在磁场中受力运动）、影响转动的因素（方向与电流/磁场方向有关，快慢与电流大小/磁场强弱/线圈匝数有关）、换向器作用及实际应用，构建从基础原理到实际应用的完整知识支架。 资料突出科学探究与思维培养，通过实验设计（如探究受力方向与电流、磁场方向关系）培养科学探究能力，对比电动机与发电机表格强化科学思维中的模型建构，结合生活实例（电风扇、电动车）深化物理观念中的能量转化认知。典例、变式及分层训练助力课中教学效率提升，课后学生可自主回顾巩固，有效查漏补缺。

第 4节 电动机 目录​ 【学习目标】​ 【重点难点】​ 【思维导图】​ 【知识梳理】​ 知识点 1：电动机的构造与工作原理​ 知识点 2：影响电动机转动的因素​ 知识点 3：直流电动机的换向器​ 知识点 4：电动机的实际应用​ 【方法技巧】​ 方法技巧 1：电动机工作原理的实验探究技巧​ 方法技巧 2：电动机转动方向与快慢的判断方法​ 【巩固训练】​ 【学习目标】​ 分类​ 具体要求​ 核心概念​ 1.掌握电动机的构造（定子、转子、换向器等）； 2.理解电动机的工作原理（通电导体在磁场中受力运动）； 3.明确影响电动机转动方向和快慢的因素； 4.知道换向器的作用及直流电动机的工作特点。​ 能力素养​ 1. 能区分电动机与发电机的原理差异（电生磁 vs 磁生电的反向应用）； 2. 能设计实验探究 “通电导体在磁场中受力的方向与电流、磁场方向的关系”； 3. 能结合实例分析电动机转动快慢或方向的改变方法； 4. 能解释生活中电动机的应用场景，说明其能量转化（电能→机械能）。​ 【重点难点】​ 重点：​ 1.电动机的工作原理：通电导体（线圈）在磁场中受到力的作用而运动；​ 2.影响电动机转动的因素：电流方向、磁场方向（影响转动方向）；电流大小、磁场强弱（影响转动快慢）；​ 3.换向器的作用：使线圈在平衡位置时自动改变电流方向，保证线圈持续转动。​ 难点：​ 1.理解 “通电导体在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的垂直关系”；​ 2.解释换向器的工作过程（为何能让线圈持续转动）；​ 3.区分电动机与发电机的原理、能量转化及应用场景。​ 【思维导图】​ ​ 【知识梳理】​ 知识点 1：电动机的构造与工作原理​ 1.构造组成：​ 定子：固定不动的部分，通常是永磁体（如条形磁体）或电磁铁，作用是提供稳定的磁场；​ 转子：能够转动的部分，由线圈（绕在铁芯上，增强磁性）组成，线圈两端连接换向器；​ 换向器：由两个彼此绝缘的铜半环组成，与线圈两端相连，外部与电刷接触（电刷固定不动，换向器随线圈转动）；​ 其他部件：电刷（传导电流）、转轴（带动外部设备转动）、支架（固定整体结构）。​ 2.工作原理：​ 核心规律：通电导体在磁场中会受到力的作用（这是电动机的根本原理，与电流的磁效应不同，是 “电受力” 而非 “电生磁”）；​ 受力方向：与电流方向、磁场方向都垂直（可用左手定则判断，初中阶段了解即可）；​ 能量转化：电能转化为机械能（线圈转动时带动外部设备工作，如电风扇扇叶转动）。​ 3.工作过程简化：​ 线圈通入电流→在定子磁场中受到力的作用→线圈绕转轴转动→转到平衡位置时，换向器自动改变电流方向→线圈继续向同一方向转动（循环往复）。​ 典例 1 关于电动机的构造和工作原理，下列说法正确的是（　　）​ A．电动机的定子是线圈，转子是磁体​ B．电动机的工作原理是电磁感应现象​ C．电动机工作时，电能转化为机械能​ D．电动机不需要电源即可工作​ 【答案】C​ 【详解】A．电动机的定子是磁体（固定），转子是线圈（转动），故 A 错误；B．电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，电磁感应是发电机的原理，故 B 错误；C．电动机工作时消耗电能，获得机械能，能量转化为电能→机械能，故 C 正确；D．电动机需要电源提供电流，才能在磁场中受力转动，故 D 错误。故选 C。​ 变式 1 电动机的核心工作原理是______，其能量转化过程是______能转化为______能。​ 【答案】通电导体在磁场中受力运动；电；机械​ 【详解】电动机的本质是利用 “电受力” 原理工作，区别于发电机的 “磁生电”，能量转化为电能转化为机械能。​ 知识点 2：影响电动机转动的因素​ 1.影响转动方向的因素：​ 关键结论：转动方向由电流方向和磁场方向共同决定；​ 规律：​ 只改变电流方向（磁场方向不变），转动方向反转；​ 只改变磁场方向（电流方向不变），转动方向反转；​ 同时改变电流方向和磁场方向，转动方向不变。​ 2.影响转动快慢的因素（控制变量法）：​ 因素 1：电流大小（磁场强弱、线圈匝数不变）→ 电流越大，线圈受力越大，转动越快（如串联滑动变阻器，滑片移动改变电流）；​ 因素 2：磁场强弱（电流大小、线圈匝数不变）→ 磁场越强，线圈受力越大，转动越快（如更换磁性更强的磁体）；​ 因素 3：线圈匝数（电流大小、磁场强弱不变）→ 匝数越多，总受力越大，转动越快（如增加线圈匝数）。​ 典例 2 要改变直流电动机的转动方向，下列方法可行的是（　　）​ A．增大线圈中的电流 B．增强磁场的磁性​ C．改变线圈中的电流方向 D．增加线圈的匝数​ 【答案】C​ 【详解】A．增大电流会加快转动速度，不改变方向，故 A 错误；B．增强磁场会加快转动速度，不改变方向，故 B 错误；C．改变电流方向会反转转动方向，故 C 正确；D．增加匝数会加快转动速度，不改变方向，故 D 错误。故选 C。​ 变式 2 某同学在探究 “影响电动机转动快慢的因素” 时，连接了如图所示的电路（电动机线圈电阻不变）。为了使电动机转动更快，下列措施可行的是（　　）​ A．将滑动变阻器滑片向左移动 B．将滑动变阻器滑片向右移动​ C．减少一节干电池 D．去掉线圈中的铁芯​ 【答案】A​ 【详解】A．滑片向左移动，滑动变阻器接入电阻减小，电路电流增大，电动机转动加快，故 A 正确；B．滑片向右移动，电阻增大，电流减小，转动变慢，故 B 错误；C．减少一节干电池，电源电压降低，电流减小，转动变慢，故 C 错误；D．去掉铁芯，线圈磁性减弱，受力减小，转动变慢，故 D 错误。故选 A。​ 知识点 3：直流电动机的换向器​ 1.为什么需要换向器：​ 问题：线圈在磁场中转动时，当转到 “平衡位置”（线圈平面与磁场方向垂直）时，线圈两边的受力方向与转动方向相反，线圈会减速至停止；​ 关键：若不改变电流方向，线圈无法持续向同一方向转动。​ 2.换向器的作用：​ 结构：两个彼此绝缘的铜半环，分别与线圈两端相连，外部与固定的电刷接触；​ 工作过程：当线圈转到平衡位置时，换向器随线圈转动，自动改变与电刷的接触位置，进而改变线圈中的电流方向→线圈受力方向反转，与转动方向相同，继续转动；​ 核心效果：保证线圈持续沿同一方向转动。​ 3.交流电动机与直流电动机的区别（初中阶段了解）：​ 直流电动机：需要换向器，使用直流电源（如电池），广泛应用于电动车、玩具车等；​ 交流电动机：不需要换向器，使用交流电源（如家庭电路），广泛应用于电风扇、洗衣机等（交流电源的电流方向周期性变化，可替代换向器的作用）。​ 典例 3 直流电动机中，换向器的主要作用是（　　）​ A．增大线圈的磁性 B．增大线圈的转速​ C．改变线圈中的电流方向 D．改变磁场的方向​ 【答案】C​ 【详解】换向器的核心作用是在线圈转到平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动，与磁性、转速、磁场方向无关。故选 C。​ 变式 3 关于直流电动机的换向器，下列说法错误的是（　　）​ A．换向器由两个半环组成，彼此绝缘​ B．换向器与线圈两端相连，随线圈一起转动​ C．换向器的作用是改变磁场的方向​ D．没有换向器，线圈无法持续向同一方向转动​ 【答案】C​ 【详解】A．换向器是两个绝缘的铜半环，结构正确，故 A 正确；B．换向器与线圈固定，随线圈转动，电刷固定，故 B 正确；C．换向器改变的是线圈中的电流方向，而非磁场方向，故 C 错误；D．无换向器，线圈转到平衡位置会停止，故 D 正确。故选 C。​ 知识点 4：电动机的实际应用​ 1.常见应用场景：​ 家用电器：电风扇、洗衣机、空调压缩机、抽油烟机、豆浆机等；​ 交通工具：电动车、电动汽车、电动自行车的驱动电机；​ 工业设备：水泵、鼓风机、机床电动机等；​ 其他：玩具车、电动轮椅、无人机的动力电机。​ 2.电动机的优势：​ 效率高：电能转化为机械能的比例高，能耗低；​ 控制方便：可通过改变电流大小、方向控制转速和转向；​ 污染小：无废气排放，适合环保要求。​ 3.与发电机的核心区别：​ 对比项目​ 电动机​ 发电机​ 工作原理​ 通电导体在磁场中受力运动​ 电磁感应现象（磁生电）​ 能量转化​ 电能 → 机械能​ 机械能 → 电能​ 是否需要电源​ 需要（提供电流）​ 不需要（需要动力驱动）​ 核心部件​ 换向器（直流电动机）​ 滑环（交流发电机）​ 常见应用​ 电风扇、电动车​ 火力发电站、手摇发电机​ ​典例 4 下列设备中，利用电动机工作的是（　　）​ A．手摇发电机 B．太阳能电池板 C．电动剃须刀 D．电磁继电器​ 【答案】C​ 【详解】A．手摇发电机利用电磁感应，是发电机，故 A 错误；B．太阳能电池板将太阳能转化为电能，不是电动机，故 B 错误；C．电动剃须刀内部有电动机，将电能转化为机械能，故 C 正确；D．电磁继电器利用电磁铁控制电路，不是电动机，故 D 错误。故选 C。​ 【方法技巧】​ 方法技巧 1：电动机工作原理的实验探究技巧​ 1.实验设计（探究 “通电导体在磁场中受力运动”）：​ 实验器材：电源、开关、导线、导体棒（如铜棒）、U 形磁体、支架（固定导体棒，使其能自由运动）；​ 实验步骤：​ 组装电路：将导体棒水平放在 U 形磁体的磁场中（磁场方向竖直向下 / 向上），连接电源、开关；​ 闭合开关：观察导体棒是否运动（验证 “通电导体在磁场中受力”）；​ 改变电流方向：调换电源正负极，闭合开关，观察导体棒运动方向是否改变；​ 改变磁场方向：调换 U 形磁体的 N、S 极，保持电流方向不变，观察导体棒运动方向是否改变；​ 控制变量法应用：探究受力方向与电流方向的关系时，控制磁场方向不变；探究受力方向与磁场方向的关系时，控制电流方向不变；​ 现象分析：导体棒运动→说明通电导体在磁场中受力；方向改变→说明受力方向与电流 / 磁场方向有关。​ 2.实验注意事项：​ 导体棒需与磁场方向垂直（受力最大，现象最明显）；​ 电路电流不宜过大（避免导体棒发热过多，损坏电源）；​ 若导体棒不运动，可能是电流太小、磁场太弱，或导体棒与磁场方向平行。​ 方法技巧 2：电动机转动方向与快慢的判断方法​ 1.转动方向判断：​ 口诀：“一改反转，两改不变”（改变电流方向或磁场方向其一，转动方向反转；两者同时改变，方向不变）；​ 实例：电动车左转时，通过改变电动机线圈的电流方向，使车轮转向改变。​ 2.转动快慢判断：​ 看电流大小：电路中电阻越小（如滑动变阻器滑片移动）、电源电压越高，电流越大，转动越快；​ 看磁场强弱：磁体磁性越强（如更换强磁体、电磁铁电流增大），转动越快；​ 看线圈匝数：匝数越多，总受力越大，转动越快（相同电流、磁场下）。​ 3.易错点提醒：​ 转动方向与电流大小、磁场强弱无关（仅与方向有关）；​ 转动快慢与电流方向、磁场方向无关（仅与大小 / 强弱有关）。​ 【巩固训练】​ 1.电动机的工作原理是（　　）​ A．电流的磁效应 B．电磁感应现象 C．通电导体在磁场中受力运动 D．磁极间的相互作用​ 【答案】C​ 【详解】A．电流的磁效应是电磁铁的原理，故 A 错误；B．电磁感应是发电机的原理，故 B 错误；C．电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，故 C 正确；D．磁极间的相互作用是磁体的基本性质，不是电动机原理，故 D 错误。故选 C。​ 2.直流电动机中，换向器的作用是______；电动机工作时，能量转化是______能转化为______能。​ 【答案】当线圈转到平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动；电；机械​ 【详解】换向器的核心功能是 “改电流方向”，保证持续转动；能量转化为电能→机械能。​ 3.要使直流电动机的转动速度加快，下列措施可行的是（　　）​ A．减小线圈中的电流 B．减弱磁场的磁性 C．增加线圈的匝数 D．改变电流的方向​ 【答案】C​ 【详解】A．减小电流会减慢转速，故 A 错误；B．减弱磁场会减慢转速，故 B 错误；C．增加线圈匝数，受力增大，转速加快，故 C 正确；D．改变电流方向改变转动方向，不改变转速，故 D 错误。故选 C。​ 4.某同学探究 “通电导体在磁场中受力方向与电流方向的关系”，他应控制的变量是______，改变的变量是______，观察的指标是______。​ 【答案】磁场方向；电流方向；导体棒的运动方向​ 【详解】探究受力方向与电流方向的关系，需控制磁场方向不变，改变电流方向，观察导体棒运动方向是否改变。​ 5.图为直流电动机模型．直流电动机的工作原理是 ．电动机工作时，能够使线圈平稳、连续不停地转动下去是靠 来实现的． 【答案】通电线圈在磁场中受力转动；换向器． 【详解】根据对电动机的理工作原理的理解来填第一空； 电动机如果没有换向器，当线圈刚转过平衡位置时，受力方向与转动方向相反，所以不能持续的转动下去，有的换向器，当线圈刚转过平衡位置时，改变了线圈中的电流方向，使线圈的受方向也发生改变，此时受力方向与转动方向又一致了，故可以让线圈持续转动下去． 6.电动机在生活中应用广泛，下列关于电动机的说法错误的是（　　）​ A．电风扇的核心部件是电动机​ B．电动机工作时，线圈中一定会产生电热​ C．电动机的转动方向可以通过改变磁场方向来控制​ D．没有换向器，直流电动机也能持续转动​ 【答案】D​ 【详解】A．电风扇通过电动机带动扇叶转动，核心是电动机，故 A 正确；B．线圈有电阻，电流通过时会产生电热（焦耳定律），故 B 正确；C．改变磁场方向可改变转动方向，故 C 正确；D．无换向器，线圈转到平衡位置会停止，无法持续转动，故 D 错误。故选 D。​ 7.小兰按如图所示的装置进行探究“通电导体在磁场中受力而运动”实验.她把导体ab放在磁场里,闭合开关后,看到导体ab向右运动,把电源的正、负极对调后再闭合开关,发现导体ab向左运动,这表明通电导体在磁场中受力的方向跟________方向有关;然后,她又保持导体中的电流方向不变,把蹄形磁铁上、下磁极调换,发现导体ab的运动方向也发生了变化,这表明通电导体在磁场中受力的方向跟_____方向有关. 【答案】电流 磁场(或磁感线) 【详解】若保持磁极不变,把电源的正负极对调后接入电路,会观察到导体ab的运动方向与原来相反;这说明通电导线在磁场中的受力方向与电流的方向有关;保持导线ab中的电流方向不变,把蹄形磁体的磁极对调,会观察到导体ab的运动方向与原来相反;这说明通电导线在磁场中的受力方向与磁场的方向有关; 8.电动自行车的核心部件是电动机，其工作时的能量转化是______；若要使电动自行车加速，需______（选填 “增大” 或 “减小”）电路中的电流。​ 【答案】电能转化为机械能；增大​ 【详解】电动机能量转化为电→机；增大电流可加快转动速度，实现加速。​ 9.某实验小组在探究 “影响电动机转动快慢的因素” 时，得到如下实验数据：​ 实验次数 线圈匝数 电流大小（A） 磁场强弱 转动快慢（转 / 分钟） 1 20 0.3 弱 120 2 20 0.6 弱 240 3 40 0.3 弱 240 4 20 0.3 强 360 （1）分析实验次数 1 和 2，可得出结论： ；​ （2）分析实验次数 1 和 3，可得出结论： ；​ （3）分析实验次数 1 和 4，可得出结论：______ 。​ 【答案】（1）线圈匝数、磁场强弱不变时，电流越大，电动机转动越快；（2）电流大小、磁场强弱不变时，线圈匝数越多，电动机转动越快；（3）线圈匝数、电流大小不变时，磁场越强，电动机转动越快​ 【详解】采用控制变量法，分析每组实验的唯一变量和结果变化，得出对应结论。​ 10.直流电动机中，线圈转到 “平衡位置” 时，受力方向与转动方向______（选填 “相同” 或 “相反”），此时换向器会______，使线圈持续转动。​ 【答案】相反；自动改变线圈中的电流方向​ 【详解】平衡位置时，线圈受力方向与转动方向相反，换向器通过改变电流方向，使受力方向与转动方向相同，持续转动。​ 11.阅读短文，回答问题。​ 高速电动机在新能源汽车中的应用​ 新能源汽车的核心动力部件是高速永磁同步电动机，其定子是由线圈组成的电磁铁，转子是高性能永磁体。工作时，定子线圈通入三相交流电，产生旋转磁场，转子在旋转磁场的作用下高速转动，带动车轮行驶。与传统电动机相比，高速永磁同步电动机具有效率高、功率密度大、噪音低等优势。其转动速度可通过调节定子线圈的电流频率和大小控制，转动方向可通过改变电流的相位控制。在新能源汽车中，电动机不仅负责驱动车辆，还可在刹车时充当发电机，将车辆的机械能转化为电能回收储存，实现节能效果。​ （1）高速永磁同步电动机的工作原理是______；​ （2）调节定子线圈的电流大小，可改变电动机的______；改变电流的相位，可改变电动机的______；​ （3）新能源汽车刹车时，电动机充当发电机，能量转化是______能转化为______能。​ 【答案】（1）通电导体在磁场中受力运动（或 “旋转磁场带动永磁体转动”）；（2）转动快慢；转动方向；（3）机械；电​ 【详解】（1）电动机的核心原理是通电导体在磁场中受力运动，同步电动机通过旋转磁场驱动转子；（2）电流大小影响转动快慢，电流相位改变等效于电流方向改变，影响转动方向；（3）发电机的能量转化是机械能→电能。 10 学科网（北京）股份有限公司 $