第20章 电与磁 第4节 电动机 分层练习 ----2025-2026学年人教版物理九年级全一册

第20章 电与磁 第4节 电动机 分层练习 一、基础题 1. 电动机的基本组成部分包括定子和转子，其中固定不动的是______，能够转动的是______，电动机工作时主要将______能转化为______能。 2. 通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向与______方向和______方向都有关，当这两个方向同时反向时，导线受力方向______（选填“改变”“不变”或“无法确定”）。 3. 关于电动机工作原理，下列说法正确的是（ ） A. 利用电磁感应现象 B. 利用通电导体在磁场中受力运动 C. 利用电流的磁效应 D. 利用地磁场对电流的作用 4. 家用电风扇的核心部件是电动机，它工作时扇叶转动，下列说法正确的是（ ） A. 扇叶转动是因为通电线圈在磁场中持续转动 B. 电动机工作时不需要换向器 C. 扇叶转速越快，消耗的电能越少 D. 电动机的定子是线圈，转子是磁体 二、提升题 5. 某直流电动机模型接通电源后，线圈不转动，可能的原因是______（写出一种即可），排除故障后线圈正常转动，若要使线圈转动速度加快，可采取的措施是______（写出一种即可）。 6. 如图所示是简易电动机模型，线圈两端引线的漆皮处理方式是左端全部刮掉，右端只刮半周，这样处理的目的是______，当线圈转动到______位置时，依靠惯性继续转动，从而实现持续转动。 7. 一台额定电压为220V的电动机，正常工作时通过的电流为0.5A，其额定功率为______W，若该电动机连续工作1小时，消耗的电能为______kW·h，这些电能主要转化为______能和少量内能。 8. 关于换向器的作用，下列说法错误的是（ ） A. 换向器由两个铜半环组成，与线圈两端相连 B. 换向器的作用是改变线圈中电流的方向 C. 换向器能使线圈在平衡位置时自动改变电流方向 D. 没有换向器，线圈只能在磁场中来回摆动，无法持续转动 三、拓展题 9. 新能源汽车的驱动电机多采用永磁同步电机，其效率可达95%以上，相比传统燃油汽车，具有节能、环保等优点。永磁同步电机的定子是缠绕线圈的铁芯，转子是永磁体，工作时定子线圈通入三相交流电产生旋转磁场，带动转子转动，该过程中能量转化是______，与传统直流电动机相比，其无需换向器的原因是______。 10. 工业机器人的关节处都安装有精密电动机，这些电动机要求体积小、功率大、转速可控，其工作原理与普通电动机相同，都是利用______，若某机器人关节电机的额定功率为100W，正常工作时将电能转化为机械能的效率为90%，则该电机正常工作1分钟对外做的机械功为______J。 11. 下列关于电动机与发电机的区别，说法正确的是（ ） A. 电动机消耗电能，发电机产生电能 B. 电动机和发电机都需要换向器 C. 电动机利用电磁感应，发电机利用通电导体在磁场中受力 D. 电动机和发电机的能量转化方向相同 四、实验探究题 12. 某同学在探究“磁场对通电导体的作用”实验中，组装了如图所示的装置： （1）实验中使用的磁体是蹄形磁体，其作用是______； （2）闭合开关后，导体棒ab向左运动，若要使导体棒向右运动，可采取的措施是______； （3）若将导体棒ab换成线圈，闭合开关后线圈会转动，但转动不持续，原因是______，若要使线圈持续转动，需增加______装置。 13. 为探究影响电动机线圈转动速度的因素，某小组设计了如下实验： 实验器材：直流电动机模型、电源、滑动变阻器、开关、导线若干 实验步骤： ① 连接电路，将滑动变阻器滑片移到最大阻值处； ② 闭合开关，记录线圈转动速度； ③ 改变电源电压，重复步骤②； ④ 保持电源电压不变，改变滑动变阻器接入电路的阻值，重复步骤②； （1）实验中滑动变阻器的作用是______和______； （2）步骤③探究的是______对线圈转动速度的影响，预期结论是______； （3）若实验中发现线圈转动速度始终很慢，可能的原因是______（写出一种即可）。 14. 某兴趣小组制作了一台简易电动机，如图所示，他们发现线圈转动时存在抖动现象，为解决该问题，提出了以下猜想： 猜想一：线圈匝数过少； 猜想二：磁体磁性太弱； 猜想三：线圈重心不在转轴上； （1）为验证猜想一，应采取的措施是______； （2）验证猜想二时，可更换______的磁体，观察线圈转动情况； （3）若猜想三成立，可通过______的方法来解决。 15. 如图是研究通电线圈在磁场中转动的实验装置： （1）实验中，线圈静止在图甲位置时，闭合开关线圈不转动，这是因为线圈处于______位置，此时线圈受到的力是______（选填“平衡力”或“非平衡力”）； （2）轻轻拨动线圈，使它越过图甲位置，线圈就能持续转动，说明线圈转动的条件是______； （3）若将电源正负极对调，线圈转动方向______（选填“改变”“不变”或“无法确定”），若同时将电源正负极和磁体磁极都对调，线圈转动方向______（选填“改变”“不变”或“无法确定”）。 答案解析 1. 答案：定子；转子；电；机械 解题思路： 本题考查电动机的基本组成和能量转化核心知识点。电动机核心结构中，“定子”固定不动（提供磁场），“转子”可转动（通常为线圈）；工作时接入电能驱动转子转动，实现电能向机械能的转化。 易错点提醒： 易混淆“定子”和“转子”的定义，可通过“定=固定、转=转动”记忆；能量转化方向不可颠倒，避免误写为“机械能转化为电能”（此为发电机的能量转化）。 2. 答案：电流；磁场；不变 解题思路： 根据实验结论，通电导线在磁场中受力方向由电流方向和磁场方向共同决定，遵循“反向规律”：只改变其中一个方向，受力方向改变；两个方向同时反向，受力方向不变。 易错点提醒： 易误认为“两个方向同时反向时受力方向改变”，可类比推物体：同时反向改变推力方向和物体运动平面倾斜方向，物体运动方向可能不变。 3. 答案：B 解题思路： 逐一分析选项：A选项“电磁感应现象”是发电机工作原理；B选项“通电导体在磁场中受力运动”是电动机核心工作原理，正确；C选项“电流的磁效应”是电磁铁、电生磁的原理；D选项“地磁场对电流的作用”并非电动机工作原理，电动机需人工提供磁场（如永磁体、电磁铁）。 易错点提醒： 易混淆电动机和发电机的工作原理，可通过“能量转化”快速区分：电动机消耗电能（用电才转）→ 受力运动原理；发电机产生电能（转动才发电）→ 电磁感应原理。 4. 答案：A 解题思路： A选项正确，电风扇电动机的核心是通电线圈在磁场中持续转动，带动扇叶；B选项错误，直流电动机需换向器实现持续转动，家用电风扇（交流电动机）也需相关结构稳定转动方向；C选项错误，扇叶转速越快，功率越大，相同时间内消耗电能越多（W=Pt）；D选项错误，电动机定子通常是磁体（提供磁场），转子是线圈（受力转动）。 易错点提醒： 误认为“转速快消耗电能少”，忽略功率与转速的关系：转速越快，电动机输出功率越大，消耗电能越多。 5. 答案：线圈处于平衡位置（或电源电压过低、磁体磁性太弱等）；增大电源电压（或增强磁体磁性、减少线圈匝数的电阻等） 解题思路： 线圈不转动的常见原因：① 线圈处于平衡位置（二力平衡，合力为零）；② 电源电压过低，电流太小，受力不足；③ 磁体磁性太弱；④ 线圈与支架接触不良。加快转动速度的措施：增大电流（增大电压）、增强磁场，均可增大导线受力，加快转速。 易错点提醒： 回答“不转动原因”时，易忽略“平衡位置”这一最常见情况；“加快转速”易误写为“增加线圈匝数”，实际匝数过多会增大电阻，可能减小电流，需结合欧姆定律分析。 6. 答案：使线圈在半周内通电受力，半周内断电靠惯性转动；平衡 解题思路： 简易电动机中，线圈引线漆皮的特殊处理是替代换向器的方法：右端只刮半周，使线圈转动时半周通电受力，半周因漆皮绝缘断电，依靠惯性越过平衡位置（线圈平面与磁场方向垂直，受力平衡的位置），实现持续转动。 易错点提醒： 不清楚漆皮处理的作用，误认为是“减少电阻”；混淆“平衡位置”和“非平衡位置”，记住平衡位置是线圈转动的“临界点”，需依靠惯性越过。 7. 答案：110；0.11；机械 解题思路： ① 额定功率计算：根据P=UI，代入220V×0.5A=110W；② 消耗电能：根据W=Pt，先将功率换算为0.11kW，再计算0.11kW×1h=0.11kW·h；③ 电动机工作时，大部分电能转化为机械能，少量因线圈电阻发热转化为内能。 易错点提醒： 计算电能时，易忘记将功率单位换算为“kW”（110W=0.11kW）；忽略“主要能量转化”，误写为“内能”，实际电动机的内能损失较少，核心是机械能输出。 8. 答案：C 解题思路： 逐一分析选项：A选项正确，换向器由两个绝缘的铜半环组成，与线圈两端连接；B选项正确，换向器的核心作用是改变线圈中电流方向；C选项错误，换向器是在线圈越过平衡位置后改变电流方向，而非“平衡位置时”，平衡位置时线圈受力平衡，即使改变电流方向也无法转动；D选项正确，没有换向器，线圈会在平衡位置来回摆动，无法持续转动。 易错点提醒： 误认为“换向器在平衡位置改变电流方向”，实际换向器的作用是“避免线圈在平衡位置停止”，需在线圈越过平衡位置后及时改变电流方向，使受力方向与转动方向一致。 9. 答案：电能转化为机械能；通入的是三相交流电，能产生旋转磁场，无需通过换向器改变电流方向 解题思路： ① 永磁同步电机的核心能量转化与普通电动机一致，均为电能转化为机械能；② 传统直流电动机需换向器改变电流方向，而永磁同步电机通入三相交流电，电流方向周期性变化，会产生旋转磁场，带动永磁体转子持续转动，因此无需换向器。 易错点提醒： 不了解新能源汽车电机的工作特点，误将“旋转磁场”与“恒定磁场”混淆，记住三相交流电的周期性变化是无需换向器的关键。 10. 答案：通电导体在磁场中受力运动；5400 解题思路： ① 精密电动机的工作原理与普通电动机相同，均利用通电导体在磁场中受力运动；② 机械功计算：先根据W=Pt算出消耗的总电能（100W×60s=6000J），再根据效率η=W机械/W总，得出W机械=90%×6000J=5400J。 易错点提醒： 忽略效率计算，直接将总电能当作机械功；忘记将时间单位换算为“秒”（1分钟=60秒），导致结果错误。 11. 答案：A 解题思路： 逐一分析选项：A选项正确，电动机是用电器，消耗电能；发电机是电源，产生电能；B选项错误，发电机不需要换向器（交流发电机通过铜环和电刷输出电流，直流发电机虽有换向器，但并非所有发电机都需要），电动机（直流）需要换向器；C选项错误，电动机利用通电受力，发电机利用电磁感应，两者原理颠倒；D选项错误，电动机能量转化是电能→机械能，发电机是机械能→电能，方向相反。 易错点提醒： 误认为“电动机和发电机都需要换向器”，忽略交流发电机无需换向器；混淆两者的原理和能量转化方向，可通过“用途”快速区分：电动机是“用电驱动”，发电机是“发电供电”。 12. 答案： （1）提供稳定的磁场；（2）改变电流方向（或改变磁场方向）；（3）线圈越过平衡位置后，受力方向与转动方向相反；换向器 解题思路： （1）蹄形磁体的作用是为导体棒提供稳定的磁场，使实验现象明显；（2）导体棒受力方向与电流、磁场方向相关，改变其中一个方向即可改变运动方向；（3）单线圈无换向器时，越过平衡位置后，电流方向不变，受力方向与转动方向相反，导致转动停止，需增加换向器改变电流方向，使受力方向始终与转动方向一致。 易错点提醒： （2）中易同时改变电流和磁场方向，导致受力方向不变，忘记“只改变一个方向”的要求；（3）中不清楚线圈停止转动的原因，误认为是“磁性太弱”，实际核心是“受力方向反向”。 13. 答案： （1）保护电路；改变电路中的电流；（2）电压；在电阻和磁场不变时，电源电压越高，线圈转动速度越快；（3）磁体磁性太弱（或电源电压过低、线圈与支架接触不良等） 解题思路： （1）滑动变阻器在电路中的基本作用是保护电路（防止电流过大），同时通过改变阻值改变电路电流，进而探究电流对转速的影响；（2）步骤③控制电阻和磁场不变，改变电压，探究电压对转速的影响，根据“电压越大，电流越大，受力越大，转速越快”得出结论；（3）线圈转速慢的原因可从“受力大小”和“阻力”分析：磁性弱、电压低导致受力小，接触不良导致电流小，均可使转速变慢。 易错点提醒： （1）忽略滑动变阻器“改变电流”的作用，只答“保护电路”；（2）易混淆“探究变量”，步骤③改变的是电压，而非电流，电流是随电压变化的因变量；（3）误将“线圈匝数过多”作为转速慢的原因，匝数过多会增大电阻，但合理匝数范围内，匝数增加可增大受力，需结合实际实验情况分析。 14. 答案： （1）增加线圈匝数，保持其他条件不变，观察线圈转动情况；（2）磁性更强；（3）调整线圈的重心（如在线圈某端粘贴少量橡皮泥） 解题思路： （1）验证猜想一“线圈匝数过少”，需控制磁体磁性、电源电压等其他条件不变，只增加线圈匝数，对比转动情况；（2）验证猜想二“磁体磁性太弱”，需更换磁性更强的磁体，保持其他条件不变；（3）猜想三“线圈重心不在转轴上”导致转动抖动，可通过调整重心（如粘贴橡皮泥）使线圈重心与转轴重合。 易错点提醒： 验证猜想时，易忽略“控制变量法”，如验证猜想一时同时改变匝数和电压，导致无法判断抖动原因；调整重心时，误认为“减少线圈质量”，实际核心是“使重心与转轴对齐”。 15. 答案： （1）平衡；平衡力；（2）线圈不在平衡位置，且电路中有电流；（3）改变；不变 解题思路： （1）图甲位置线圈平面与磁场方向垂直，是平衡位置，此时线圈两侧受力大小相等、方向相反，为平衡力，合力为零，故不转动；（2）轻轻拨动线圈越过平衡位置后，受力方向与转动方向一致，线圈可持续转动，因此转动条件是“线圈不在平衡位置且有电流”；（3）只改变电源正负极（电流方向），线圈转动方向改变；同时改变电流方向和磁场方向，根据受力方向“单变则变，双变不变”的规律，转动方向不变。 易错点提醒： （1）混淆“平衡位置”的定义，误认为“线圈平面与磁场方向平行”是平衡位置；（3）同时改变两个方向时，易误判为“转动方向改变”，牢记“单变则变，双变不变”的规律。 学科网（北京）股份有限公司 $