第十七章 电动机与发电机（复习讲义）物理新教材沪粤版九年级下册

第十七章 电动机与发电机（复习讲义） 1．五种研究方法 简化法：将复杂的电动机、发电机部件简化为核心模型，如把转子线圈简化为单根直导线、定子简化为蹄形磁铁，排除次要因素干扰，聚焦核心原理研究。 实验探究法：贯穿本章核心知识点，如探究磁场对通电导体的作用力、电磁感应现象的产生条件、电动机转动的影响因素等，通过设计实验、操作观察、收集数据得出科学结论。 转换法：将抽象的物理现象转化为直观可观察的信号，如用灵敏电流计指针偏转判断感应电流的产生，用线圈的转动情况反映磁场对通电导体的作用力。 逆向思维法：基于 “电能生磁”（电流的磁效应）逆向思考 “磁能否生电”，法拉第通过该思维发现电磁感应现象，为发电机的发明奠定基础。 对比法：对比电动机与发电机的结构、工作原理、能量转化；对比交流电与直流电的特点与应用，明确不同装置和物理量的本质区别。 2．十五个基本概念 电动机：根据通电线圈在磁场中受力转动原理制成，将电能转化为机械能的装置，主要由定子和转子组成。 定子：电动机中固定不动的部分，通常由磁体（或电磁铁）组成，提供磁场。 转子：电动机中转动的部分，通常由嵌有线圈的硅钢片组成，在磁场力作用下转动。 磁场对通电导体的作用力：通电导体在磁场中受到的力，方向与电流方向、磁场方向均有关。 平衡位置：通电线圈在磁场中转动时，线圈平面与磁感线垂直的位置，此时线圈受力平衡，易停止转动。 换向器：由两个彼此绝缘的金属半圆环组成，与线圈两端相连，通过电刷连接电源，能及时改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。 直流电动机：用直流电源供电，依靠换向器实现持续转动的电动机。 电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中产生电流的现象。 感应电流：电磁感应现象中产生的电流，方向与磁场方向、导体运动方向有关。 发电机：根据电磁感应原理制成，将机械能转化为电能的装置，主要由线圈和磁体组成。 切割磁感线：导体运动方向与磁感线方向不平行（斜交或垂直）的运动，是产生感应电流的关键条件之一。 交流电：周期性改变方向和大小的电流，如家庭电路中的电流。 直流电：方向不变的电流，如干电池、蓄电池提供的电流。 动圈式扬声器：利用 “磁场对通电导体的作用力” 工作，将电信号转化为声信号的装置。 动圈式话筒：利用电磁感应现象工作，将声信号转化为电信号的装置。 3．八个常考角度 磁场对通电导体作用力的规律应用：考查力的方向与电流方向、磁场方向的关系（改变任一方向，力的方向改变），结合实验现象判断受力方向变化。 换向器的作用与工作原理：考查换向器如何改变线圈电流方向、解决线圈 “平衡位置停转” 的问题，是直流电动机的核心考点。 电磁感应现象的条件与结论：考查产生感应电流的三个关键条件（闭合电路、一部分导体、切割磁感线），以及感应电流方向的影响因素（磁场方向、导体运动方向），常以判断题、实验分析题形式出现。 电动机与发电机的对比分析：从结构（均有线圈、磁体）、原理（受力转动 vs 电磁感应）、能量转化（电能→机械能 vs 机械能→电能）、应用场景等方面对比，是高频综合考点。 交直流电的区分与应用：考查两种电流的本质区别（方向是否变化），以及对应的电源（直流电源 vs 交流电源）和应用场景（如干电池提供直流电、家庭电路是交流电）。 动圈式话筒与扬声器的工作原理：区分两者对应的物理原理（话筒：电磁感应；扬声器：磁场对电流的力），分析声信号与电信号的转化过程。 电动机故障分析：结合电路、磁场、机械结构，分析电动机不转动的原因（如电路断路、电流过小、线圈卡在平衡位置、磁场过弱等）。 电磁感应实验与电动机原理实验的设计与分析：考查实验器材选择、实验步骤、现象观察与结论推导，如验证电磁感应时灵敏电流计的作用、验证磁场对电流的力时线圈的运动现象。 知识点分类 知识点内容 重点归纳 常见易错点 一、电动机的结构与工作原理 1．电动机的组成（定子、转子）； 2．定子与转子的简化（线圈→直导线、电磁铁→蹄形磁铁）； 3．平衡位置（线圈平面与磁感线垂直）； 4．换向器（结构：两个绝缘金属半圆环；作用：改变线圈电流方向）； 5．直流电动机的工作原理与能量转化（电能→机械能） 1．核心原理：通电线圈在磁场中受力转动，换向器解决“平衡位置停转”问题； 2．定子作用：提供磁场（磁体、电磁铁），转子作用：在磁场力下转动（嵌有线圈）； 3．能量转化：电能最终转化为机械能，无换向器则线圈无法持续转动 1．混淆定子与转子的作用（误将转子当作提供磁场的部件）； 2．认为换向器是改变磁场方向，实际是改变线圈中的电流方向； 3．忽略“平衡位置线圈无电流”的特点，误以为平衡位置仍受力转动； 4．不清楚简易电动机中“刮去部分绝缘漆”的作用（等效换向器） 二、磁场对通电导体的作用力 1．力的产生条件（通电导体在磁场中）； 2．力的方向影响因素（电流方向、磁场方向）； 3．力的应用（动圈式扬声器、直线电动机） 1．关键结论：改变电流方向或磁场方向，力的方向会改变；两者同时改变，力的方向不变； 2．扬声器工作原理：变化电流→磁场力变化→线圈与振膜振动→发声（电信号→声信号）； 3．力的产生与磁场、电流不可分割，缺一不可 1．认为“通电导体在磁场中一定受力”，忽略磁场与电流方向平行时不受力； 2．只知一个因素影响力的方向，忽略两个因素共同作用； 3．混淆扬声器与话筒的工作原理（误将扬声器归为电磁感应应用） 三、电磁感应现象与发电机 1．电磁感应现象（定义、发现者：法拉第）； 2．感应电流产生条件（闭合电路、一部分导体、切割磁感线运动）； 3．感应电流方向影响因素（磁场方向、导体运动方向）； 4．发电机的组成（线圈、磁体）与工作原理； 5．发电机的能量转化（机械能→电能） 1．核心条件：三个条件缺一不可，“切割磁感线”指运动方向与磁感线不平行； 2．发电机原理：电磁感应，无电源，需外力驱动线圈转动； 3．能量转化：机械能（如水能、风能）→电能； 4．感应电流方向：改变磁场或导体运动方向，电流方向改变 1．遗漏电磁感应的“闭合电路”或“一部分导体”条件（如认为断开电路也能产生感应电流）； 2．误将“导体平行于磁感线运动”当作切割磁感线； 3．混淆发电机与电动机的能量转化（发电机：机械→电；电动机：电→机械）； 4．认为“磁体静止、导体不动”一定无感应电流（忽略磁体运动也可等效切割） 四、交直流电与相关应用 1．交流电：周期性改变方向和大小； 2．直流电：方向不变； 3．动圈式话筒（电磁感应，声信号→电信号）； 4．无线充电（电磁感应原理） 1．交直流电区别：核心是电流方向是否变化（交流电变、直流电不变）； 2．话筒工作原理：声音→膜片振动→线圈切割磁感线→感应电流（声→电，电磁感应）； 3．无线充电：利用电磁感应实现电能无线传输 1．混淆交直流电的“大小变化”与“方向变化”（误以为直流电大小不变，交流电大小不变）； 2．颠倒话筒与扬声器的能量转化（话筒：声→电；扬声器：电→声）； 3．认为无线充电是“电流的磁效应”，实际是电磁感应； 4．混淆发电机的滑环与电动机的换向器（滑环无换向作用，换向器是直流电动机特有） 题型一 磁场对通电导体作用力的规律应用 【例1】小明用如图所示的装置来探究感应电流产生的条件。 (1)要使电路中有电流，导体ab、开关、灵敏电流计和导线必须构成 电路。 (2)导体ab静止悬挂，闭合开关，灵敏电流计的指针不偏转，说明电路中 （选填“有”或“无”）电流产生。 (3)继续探究，记录观察到的现象如表： 序号 ab运动方向 电流计指针偏转情况 1 沿磁场方向运动（不切割磁感线） 不偏转 2 水平向左（切割磁感线） 向右偏转 3 水平向右（切割磁感线） 向左偏转 ①比较1、2（或1、3）实验现象可知，产生感应电流的条件之一是：导体在磁场中做 运动。 ②比较2、3实验现象还发现，产生的感应电流的方向跟 有关。 ③该现象在生产和生活中的重要应用是 。 (4)若在整理器材时未断开开关，先水平向左撤去蹄形磁铁（导体ab不动），则灵敏电流计指针 （选填“会”或“不会”）偏转。 (5)若将图中蹄形磁体的磁极对调，当使导体ab向左运动时，此时电流表的指针向反向偏转说明感应电流的方向还跟 有关。 (6)若保持其他条件不变，换用磁性更强的蹄形磁铁继续实验，是为了探究感应电流强弱与 的关系。 【变式1-1】下图是探究“让通电导线在磁场中动起来”的装置图，闭合开关，导线ab向左运动。要使导线ab向右运动，下列操作可行的是（　　） A．将蹄形磁体换成磁性更强的磁体 B．通过调节滑动变阻器的滑片增大电流 C．改变电流的方向同时改变磁场的方向 D．改变电流的方向或改变磁场的方向 【变式1-2】兴趣小组通过观察发电机模型发现，发电机的线圈只有在转动时才能发出电来，由此猜想：发电机发电，可能与线圈在磁场中的运动有关。兴趣小组利用如图所示的实验探究“感应电流产生的条件”。 （1）兴趣小组将一段导体AB用细导线悬挂起来，并与灵敏电流计、开关串联组成闭合电路，将导体AB放在蹄形磁铁的磁场中，实验中通过观察 来判断电路中是否有感应电流产生。 （2）如表是小明组记录的部分实验操作与观察到的现象。 序号 实验操作 电流计指针偏转情况 1 磁体静止，导体AB竖直向上运动 不偏转 2 磁体静止，导体AB竖直向下运动 不偏转 3 磁体静止，导体AB水平向左运动 向右偏转 4 磁体静止，导体AB水平向右运动 向左偏转 … … … 分析比较1、2、3、4中的信息可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时，导体中就会产生感应电流。 （3）在实验中，若要改变灵敏电流计指针的偏转方向，可采取的具体措施是 。 A．保持导体运动方向不变，换磁性更强的磁体 B．保持磁体静止，只改变导体水平运动的方向 C．保持导体水平运动方向不变，上下调换磁极 D．上下调换磁极，同时改变导体水平运动方向 （4）当小明快速晃动处于磁场中的导体AB时，发现感应电流更大，请从能量转化的角度分析原因： 。 题型二 换向器的作用与工作原理用：考查 “同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引” 的规律应用，如判断磁体的指向、轻质磁体的受力运动、磁极的辨别等。 磁感线的理解与绘制：考查磁感线的方向（磁体外部 N 极→S 极、地磁场方向）、分布特点（如同名、异名磁极间的磁感线形状），以及根据磁感线判断磁场强弱和磁极。 右手螺旋定则的应用：给定通电螺线管的电流方向判断磁极，或给定磁极判断电流方向，是电路与磁场结合的核心考点。 电磁铁磁性强弱的影响因素：考查线圈匝数、电流大小对磁性的影响，结合控制变量法分析实验现象，或设计实验验证影响因素。 电磁继电器的工作原理与应用：考查控制电路（电磁铁通断）与工作电路（用电器通断）的联动关系，分析自动控制场景（如水位报警器、温度报警器）的工作过程。 电流磁效应的实验分析：以奥斯特实验为核心，考查实验现象（小磁针偏转）、结论（电流周围有磁场，磁场方向与电流方向有关），以及实验设计的注意事项。 地磁场与磁偏角：考查指南针指向的原理（地磁场作用）、磁偏角的概念，以及地磁场与地理方位的关系。 磁化与磁性材料的应用：考查磁化现象的实例（如铁钉被磁铁磁化后吸引铁屑）、软磁材料与硬磁材料的区分及应用（如电机铁芯用软磁材料、磁卡用硬磁材料）。 【例2】直流电动机中换向器的作用是（    ） A．当线圈在磁场内转动时，每转动一周，换向器改变一次线圈中的电流方向 B．当线圈在磁场中转动时，换向器可随时改变线圈中的电流方向 C．每当线圈刚转过平衡位置时，换向器就能自动改变线圈中的电流方向 D．没有换向器，直流电动机也可以工作 【变式2-1】如图是电动机的结构示意图，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，它们彼此绝缘，并随线圈一起顺时针转动．M和N是电刷，它们跟铜半环接触，使电源和线圈组成闭合电路．以下说法正确的是（ ） A．不能用石墨材料来制作电刷M、N B．电流的方向始终由电刷N到电源“+”极 C．只对调电源正、负极，线圈将逆时针转动     D．电动机是把机械能转化为电能的装置 【变式2-2】如下图所示，当线圈刚转过平衡位置时，如果不改变电流的方向，则线圈（   ） A．立即停止转动 B．立即反转 C．按原方向一直转下去 D．在平衡位置附近摆动几下才停下来 题型三 电磁感应现象的条件与结论 【例3】小明利用如图所示的实验装置探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。 (1)实验中，通过观察灵敏电流计指针 来判断电路中是否存在感应电流。 (2)小明将实验探究过程记录在下表中。根据实验现象，可以初步得出电路中产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。 次数 导体棒在磁场中的运动情况 是否有感应电流 1 静止 无 2 沿磁场方向运动（不切割磁感线运动） 无 3 切割磁感线运动 有 (3)小明还想要探究感应电流的方向是否与磁场方向有关，他接下来的操作是 ，观察灵敏电流计指针的偏转方向。 (4)下列装置中，利用电磁感应工作的是_________（填字母）。 A．电铃 B．扬声器 C．动圈式话筒 D．电磁起重机 【变式3-1】如图甲所示为小梅在物理课上曾经使用过的一个实验装置，由铁架台、蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体棒和若干导线等器材组成。 (1)这一实验装置是用来研究 现象的。 (2)小梅至今对这个实验的操作过程记忆犹新： ①为使灵敏电流计的指针发生偏转，她首先闭合开关，然后要使导体棒 (选填“上下”或“左右”)运动， ②保持导体棒的运动方向不变，将蹄形磁体的N、S极对调，灵敏电流计的指针偏转方向也会改变，这说明：感应电流的方向与 的方向有关。 (3)通过图甲所示的实验，小梅断定：利用图乙所示的实验装置，闭合开关后，拿一根条形磁体向右插入线圈中时，也会观察到灵敏电流计指针发生偏转。 请你简要说明小梅这样想的理由： 。 【变式3-2】在“探究感应电流产生条件”的实验中，小明将导体AB、开关S、灵敏电流计和蹄形磁体按如图所示装置进行了连接和组装。 （1）小明闭合开关后进行了如下操作： A．只让导体AB在水平方向左右运动    B．只让导体AB在竖直方向上下运动 其中一定能产生感应电流的是 （填写字母）； （2）实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，为了使指针偏转明显，下列措施中可行的是( ) A．换用磁性更强的磁体，增加磁场的强度    B．将灵敏电流计换成电流表 （3）如果将灵敏电流计换成电源，闭合开关S后可以观察到的现象是 。 题型四 电动机与发电机的对比分析 【例4】课外活动时，有几位同学讨论关于电动机和发电机的问题，他们有以下几种说法，你认为其中正确的是（ ） A．电动机是利用电磁感应现象制成的 B．发电机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的 C．电动机工作时把电能转化为机械能 D．发电机工作时把电能转化成其它形式的能 【变式4-1】科学探究是物理学科核心素养的重要内容，探究的形式可以是多种多样的。 （一）如图所示，是某学习小组同学设计的研究“电磁铁磁性强弱”的实验电路图。 (1)小莹同学测量电流时，连接好电路，闭合开关，发现电表指针向右偏转至如图所示位置，原因是 ；断开开关，纠正错误后，继续进行实验。 (2)要判断电磁铁的磁性强弱，可观察 来确定； 实验记录如下： 电磁铁（线圈） 50匝 100匝 试验次数 1 2 3 4 5 6 电流/A 0.8 1.2 1.5 吸引铁定的最多数目/枚 5 8 10 (3)比较上表实验中的1､2､3，可得出的结论是： ； （二）探究磁与电的联系 如图所示，是灵敏电流计的内部结构。小红同学参加课外实践活动，发现灵敏电流计内部结构与电动机､发电机内部结构类似。出于好奇，她利用如图所示的装置进行了下面的实验。 　　　 【进行实验】用手拨动其中一个灵敏电流计指针的同时，另一个灵敏电流计的指针也发生了偏转。 【交流】拨动右侧灵敏电流计的指针时，表内线圈在磁场中 运动，产生了感应电流，利用这一原理可制成 ，这样左侧灵敏电流计内的线圈同时也会有电流，它在 中受到力的作用，带动指针偏转起来。此时的右侧灵敏电流计相当于 机。 【变式4-2】在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明用铁钉制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图1所示的电路。而小华同学学习了电磁方面的知识后，做了以下两个实验（如图2所示）。 (1)由图1可知，电磁铁甲的磁性 电磁铁乙的磁性（选填“大于”、“小于”或“等于”），这是通过观察吸引大头针数目多少来判断的；电磁铁甲上端的极性为 极。 (2)图1中把电磁铁甲和乙串联起来是为了控制 不变，在此条件下可得出的结论是，线圈的匝数 （选填“越多”或“越少”），电磁铁的磁性越强； (3)小华用图2的甲装置进行了如下的操作：①让导体AB静止在磁场中；②让导体AB在磁场中左右运动；③让导体AB沿竖直方向上下缓慢运动。其中能使电流表指针发生偏转的是 ；（填序号） (4)如果小华在图2的乙装置的实验中，当开关闭合时，发现导体AB向左运动，若要使导体AB向右运动，下列措施不可行的是___________； A．调换电源正、负极； B．调换磁体N、S极； C．同时调换电源正负极和磁体N、S极。 (5)根据图2中的甲装置的原理，人们发明了 。（选填“发电机”或“电动机”） 题型五 交直流电的区分与应用 【例5】（多选题）当导体中有交流电通过时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大（电流密度大小等于通过导体单位面积的电流大小），导体内部的电流较小，结果使导体对电流的阻碍作用增加，它的损耗功率增加，这一现象称为趋肤效应。且交流电频率越高，这种现象越明显，当交流电频率达到一定程度时，导体中央的电流几乎为零；而导体中通过直流电时没有这种现象。如图甲所示装置，两支在底部中央打有小孔的圆形铁筒；两根与筒高度相同，横截面较小的铁质圆杆，可固定在铁筒内底部；固定支架，用于固定铁筒及铁杆；两个插头连接电源。两个完全相同小灯泡连接方式如图乙所示，则下列正确的是（　　） A．电流密度的定义方法与电流相同 B．趋肤效应中，若交流电的频率增加，导体对电流的阻碍作用增加 C．当插头接直流电源时，两个灯泡的亮度相同 D．当插头接交流电源时，灯泡B比灯泡A亮 【变式5-1】随着智能手机的广泛使用，传统充电式已经难以满足用户需求，无线充电是利用电磁感应原理充电的设备，当充电设备通以交变电流，其内部线圈可以产生变化磁场，就可以给放在上面的手机充电，具有更加方便快捷的优点，关于无线充电，下列的说法不正确的是（    ） A．被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件，与手机电池相连 B．普通手机不能够利用无线充电设备进行充电 C．在无线充电设备使用过程中，应避免靠近金属物件 D．当充电设备通以恒定直流，无线充电设备也能够正常使用 【变式5-2】关于家庭电路和安全用电，下列说法中正确的是（  ） A．控制电灯的开关连接在零线和电灯之间 B．家庭电路中可以不安装保险丝或空气开关 C．我国家庭电路使用的交流电，其电压是220V，频率50 Hz D．使用试电笔时，可以用手指接触试电笔笔尖的金属部分 题型六 动圈式话筒与扬声器的工作原理 【例6】图是动圈式话筒的构造示意图。对着话筒唱歌时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈跟着一起振动，线圈处在磁场中。把线圈两端的导线接入扩音机，就能通过扬声器听到歌声。以下设备的工作原理与此种话筒相同的是（　　） A．发电机 B．电动机 C．电磁铁 D．电磁继电器 【变式6-1】声呐是利用声波对水下目标进行探测的设备。换能器是声呐中的重要器件，它是声能与其它形式的能相互转换的装置。它有两个用途：一是在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于传声器（俗称“麦克风”或“话筒”）。关于对声呐的描述，下列说法正确的是（　　） A．声呐利用换能器实现声能与其他能量的转换，说明声音可以传递信息 B．声呐的本质是利用次声波回声定位 C．接收换能器的原理是电磁感应现象 D．发射换能器工作时将声能转化为电能 【变式6-2】下图是扬声器（喇叭）的结构图，当扬声器的线圈中通入携带声音的信息、时刻变化的电流时，线圈会在永磁体的作用下受到力的作用并带动纸盆振动发声，下列说法中正确的是（    ） A．扬声器工作时是将机械能转化为电能 B．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动 C．锥形纸盆振动得越快，响度越大 D．扬声器的工作原理与电铃的工作原理相同 题型七 电动机故障分析 【例7】小明用自己安装好的直流电动机模型（如图甲）来研究电动机的工作过程； （1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用；图乙是直流电动机工作原理图，其中C、D叫作 ，线圈左右两边框的受力方向相反，其原因是 方向相反； （2）小明将直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，闭合开关后电动机却不能转动；他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动；刚开始不转的原因可能是 ；（填序号） A．蹄形磁铁磁性太弱 B．电源电压太低 C．线圈刚好处于平衡位置 D．线圈中的电流太小      （3）小明按图丙电路将电动机模型连入电路，闭合开关，电动机正常转动，小明记下了电流表和电压表的示数；实验过程中，由于弧形铁片螺丝松动，电动机线圈被弧形铁片卡住了，小明惊奇地发现，电动机线圈被卡住后，电流表和电压表的示数都发生了变化，小明赶紧记下了两表的示数（如下表所示）并断开了开关； 电动机状态 电压U/V 电流I/A 正常转动 2.2 0.18 被卡住不转 2.0 0.33 为什么电动机线圈被卡住后电流会变大呢？小明经过反复思考，终于明白了其中的道理，原来线圈不转时只有线圈电阻阻碍电流，线圈电阻比较小，因此电流较大；当通电线圈在磁场中转动时，线圈同时也会在磁场中做 运动，产生感应电流，根据实验数据可以判断，感应电流的方向应该与原来线圈中的电流方向 ；在实际生活中，如果电动机转轴被卡住而不转动时，电能将全部转化为 能，很容易烧坏电动机线圈。 【变式7-1】在制作小电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，然后用小刀刮两端引线的漆皮，如图用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上，两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁。 （1）在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，为使线圈能够持续转动，刮线的要求是 （填选项“A”或“B”）； A．两端全刮掉      B．一端全部刮掉，另一端只刮半周 （2）组装好实验装置，接通电源后，发现线圈不转动，写出一条可能让线圈转动起来的措施： ； （3）在实验中发现，只将电源的两极位置对调，或只将强磁铁磁极的位置对调时，线圈的转动方向都会发生改变。可见，通电导体在磁场中受到的力的方向与 、 都有关系； （4）线圈在转动过程中 能转化为 能； （5）如图所示，再将线圈两端的漆全部刮去，然后放入磁场，用纸做一个小风车固定在转动轴上，就做成了一个小发电机。使小风车转动，发现灵敏电流计的指针左右摆动说明线圈在磁场中转动时产生了 （选填“直流”或“交流”）电。 【变式7-2】利用图甲所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”。 （1）应在从M、N之间接入 （选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）； （2）如图乙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极。通电后cd段导线受磁场力的方向与ab段导线所受磁场力的方向 （相同/相反），其理由是：磁场方向相同， 。这两个力 （选填“是”或“不是”）一对平衡力； （3）如图丙，小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆一端全刮，另一端刮半周，这种方法刮漆，使线圈在平衡位置附近时会 （选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”）； （4）实验室中的直流电动机模型，如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是 。 题型八 电磁感应实验与电动机原理实验的设计与分析 【例8】如图甲所示是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”实验装置。闭合开关后，铜棒ab、灵敏电流计、开关组成闭合电路，某小组的实验记录如下表所示。 次数 开关 磁场方向 铜棒ab的运动方向 电流计指针的偏转方向 1 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转 2 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转 3 闭合 上N下S 上下运动 不偏转 4 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转 5 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转 (1)比较实验1和2（或4和5）可知：在磁场方向一定时，感应电流的方向与导体切割磁感线的 有关； (2)比较实验 可知：在导体切割磁感线的方向不变时，感应电流的方向与磁场方向有关； (3)为了验证非闭合电路中能否产生感应电流，可以进行操作：断开开关， （填写具体操作），观察灵敏电流计的指针是否发生偏转； (4)闭合开关，保持铜棒ab不动，左右移动蹄形磁体，发现灵敏电流计的指针 ； (5)产生感应电流时，是将 能转化为电能； (6)如果将灵敏电流计换成 ，可以探究磁场对通电导体的作用； (7)小华用图乙电路做同样的实验，闭合开关后，拿一根条形磁体向右插入线圈中时，观察到灵敏电流计指针偏转；将磁体向左从线圈中拔出时，灵敏电流计指针的偏转方向与磁体向右插入线圈中时 （选填“相同”或“相反”）； (8)人们根据该实验结论制造了发电机。如图丙所示是实验室用的手摇发电机，通过摇把带动线圈在磁场中转动； ①用手摇发电机研究感应电流大小的变化：将小灯泡与手摇发电机连接起来，摇动摇把发现小灯泡发光，随着摇动速度逐渐增大，小灯泡的亮度逐渐增加。该现象说明产生的感应电流大小与 有关； ②把小灯泡换成红、绿两个发光二极管（发光二极管具有单向导电性），用二极管的发光来显示手摇发电机中感应电流的方向，则两个发光二极管的连接方式应是 。 A．极性相同地串联    B．极性相反地串联    C．极性相同地并联    D．极性相反地并联 【变式8-1】通电导体在磁场中受力、受力的方向与电流及磁场方向的关系、能量的转化： 器材 电源、蹄形磁铁、 、导线、开关、导体 装置图 过程与方 法 ①把电源的正、负极对调后接入电路，使通过导体的电流方向与原来方向 ，观察到导体运动方向与原来 ； ②保持导体中的电流方向不变，把蹄形磁铁N、S极对调一下，使磁场方向与原来相反，观察到导体运动方向与原来 。 结论 ①通电导体在磁场中受到力的作用，这个过程中将 能转化为 能，据此原理制成了 ； ②通电导体在磁场中的受力方向与 和 有关。 问题讨论 上述实验中如果把电源去掉，接入一个灵敏电流计可以探究什么情况下磁能产生电，应闭合开关后让导体 运动，可以观察到电流计的指针偏转，根据这一现象可制成 。 【变式8-2】我们中考复习备考时，天气闷热，小明同学购买了一台可调速手持式电风扇。他在使用时发现有三个调速挡位，激发了他对直流电动机的转动快慢进行探究的欲望。 提出问题：电动机转动的快慢跟哪些因素有关呢？ 实验前，小明提出了以下猜想： 猜想一：与电动机两端的电压高低有关； 猜想二：与通过电动机的电流大小有关。 为了验证自己的猜想，小明从学校实验室借来如下仪器进行实验：直流电动机、学生电源（电压可调）、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线等，并设计了图甲所示的电路图。 (1)根据甲图，在乙图中用笔画线代替导线把实物图连接完整 。 (2)为了验证猜想一，他调节电源电压和改变滑动变阻器滑片P的位置进行实验，记录了电压表的示数、电动机转动的快慢如下表： 电压表示数/V 1.0 2.0 3.0 4.0 电动机转动快慢 非常缓慢 慢 快 很快 根据数据得出的结论是：在一定电压范围内电动机两端的电压越高，转动越 。 (3)为了验证猜想二，他保持电源电压不变、仅改变滑动变阻器滑片P的位置，记录了电流表的示数、电动机转动的快慢如下表： 电流表示数/A 0.10 0.20 0.30 0.40 电动机转动快慢 非常缓慢 慢 快 很快 根据数据得出的结论是：在一定电流范围内通过电动机的电流越大，转动越 。 (4)电动机在转动时，主要把电能转化为 能； (5)为了改变电动机的转动方向，小明采取了如下措施，你认为可行的有 。 A．换用磁性强弱不同的磁铁 B．只改变电流的方向 C．只改变磁场的方向 D．同时改变电流的方向和磁场的方向 以上是小明同学所做的初步实验探究，以后你还会有机会探究直流电动机的电压与电流的关系等更有趣的实验，会有更多的物理奥秘等待你去发现。 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十七章 电动机与发电机（复习讲义） 1．五种研究方法 简化法：将复杂的电动机、发电机部件简化为核心模型，如把转子线圈简化为单根直导线、定子简化为蹄形磁铁，排除次要因素干扰，聚焦核心原理研究。 实验探究法：贯穿本章核心知识点，如探究磁场对通电导体的作用力、电磁感应现象的产生条件、电动机转动的影响因素等，通过设计实验、操作观察、收集数据得出科学结论。 转换法：将抽象的物理现象转化为直观可观察的信号，如用灵敏电流计指针偏转判断感应电流的产生，用线圈的转动情况反映磁场对通电导体的作用力。 逆向思维法：基于 “电能生磁”（电流的磁效应）逆向思考 “磁能否生电”，法拉第通过该思维发现电磁感应现象，为发电机的发明奠定基础。 对比法：对比电动机与发电机的结构、工作原理、能量转化；对比交流电与直流电的特点与应用，明确不同装置和物理量的本质区别。 2．十五个基本概念 电动机：根据通电线圈在磁场中受力转动原理制成，将电能转化为机械能的装置，主要由定子和转子组成。 定子：电动机中固定不动的部分，通常由磁体（或电磁铁）组成，提供磁场。 转子：电动机中转动的部分，通常由嵌有线圈的硅钢片组成，在磁场力作用下转动。 磁场对通电导体的作用力：通电导体在磁场中受到的力，方向与电流方向、磁场方向均有关。 平衡位置：通电线圈在磁场中转动时，线圈平面与磁感线垂直的位置，此时线圈受力平衡，易停止转动。 换向器：由两个彼此绝缘的金属半圆环组成，与线圈两端相连，通过电刷连接电源，能及时改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。 直流电动机：用直流电源供电，依靠换向器实现持续转动的电动机。 电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中产生电流的现象。 感应电流：电磁感应现象中产生的电流，方向与磁场方向、导体运动方向有关。 发电机：根据电磁感应原理制成，将机械能转化为电能的装置，主要由线圈和磁体组成。 切割磁感线：导体运动方向与磁感线方向不平行（斜交或垂直）的运动，是产生感应电流的关键条件之一。 交流电：周期性改变方向和大小的电流，如家庭电路中的电流。 直流电：方向不变的电流，如干电池、蓄电池提供的电流。 动圈式扬声器：利用 “磁场对通电导体的作用力” 工作，将电信号转化为声信号的装置。 动圈式话筒：利用电磁感应现象工作，将声信号转化为电信号的装置。 3．八个常考角度 磁场对通电导体作用力的规律应用：考查力的方向与电流方向、磁场方向的关系（改变任一方向，力的方向改变），结合实验现象判断受力方向变化。 换向器的作用与工作原理：考查换向器如何改变线圈电流方向、解决线圈 “平衡位置停转” 的问题，是直流电动机的核心考点。 电磁感应现象的条件与结论：考查产生感应电流的三个关键条件（闭合电路、一部分导体、切割磁感线），以及感应电流方向的影响因素（磁场方向、导体运动方向），常以判断题、实验分析题形式出现。 电动机与发电机的对比分析：从结构（均有线圈、磁体）、原理（受力转动 vs 电磁感应）、能量转化（电能→机械能 vs 机械能→电能）、应用场景等方面对比，是高频综合考点。 交直流电的区分与应用：考查两种电流的本质区别（方向是否变化），以及对应的电源（直流电源 vs 交流电源）和应用场景（如干电池提供直流电、家庭电路是交流电）。 动圈式话筒与扬声器的工作原理：区分两者对应的物理原理（话筒：电磁感应；扬声器：磁场对电流的力），分析声信号与电信号的转化过程。 电动机故障分析：结合电路、磁场、机械结构，分析电动机不转动的原因（如电路断路、电流过小、线圈卡在平衡位置、磁场过弱等）。 电磁感应实验与电动机原理实验的设计与分析：考查实验器材选择、实验步骤、现象观察与结论推导，如验证电磁感应时灵敏电流计的作用、验证磁场对电流的力时线圈的运动现象。 知识点分类 知识点内容 重点归纳 常见易错点 一、电动机的结构与工作原理 1．电动机的组成（定子、转子）； 2．定子与转子的简化（线圈→直导线、电磁铁→蹄形磁铁）； 3．平衡位置（线圈平面与磁感线垂直）； 4．换向器（结构：两个绝缘金属半圆环；作用：改变线圈电流方向）； 5．直流电动机的工作原理与能量转化（电能→机械能） 1．核心原理：通电线圈在磁场中受力转动，换向器解决“平衡位置停转”问题； 2．定子作用：提供磁场（磁体、电磁铁），转子作用：在磁场力下转动（嵌有线圈）； 3．能量转化：电能最终转化为机械能，无换向器则线圈无法持续转动 1．混淆定子与转子的作用（误将转子当作提供磁场的部件）； 2．认为换向器是改变磁场方向，实际是改变线圈中的电流方向； 3．忽略“平衡位置线圈无电流”的特点，误以为平衡位置仍受力转动； 4．不清楚简易电动机中“刮去部分绝缘漆”的作用（等效换向器） 二、磁场对通电导体的作用力 1．力的产生条件（通电导体在磁场中）； 2．力的方向影响因素（电流方向、磁场方向）； 3．力的应用（动圈式扬声器、直线电动机） 1．关键结论：改变电流方向或磁场方向，力的方向会改变；两者同时改变，力的方向不变； 2．扬声器工作原理：变化电流→磁场力变化→线圈与振膜振动→发声（电信号→声信号）； 3．力的产生与磁场、电流不可分割，缺一不可 1．认为“通电导体在磁场中一定受力”，忽略磁场与电流方向平行时不受力； 2．只知一个因素影响力的方向，忽略两个因素共同作用； 3．混淆扬声器与话筒的工作原理（误将扬声器归为电磁感应应用） 三、电磁感应现象与发电机 1．电磁感应现象（定义、发现者：法拉第）； 2．感应电流产生条件（闭合电路、一部分导体、切割磁感线运动）； 3．感应电流方向影响因素（磁场方向、导体运动方向）； 4．发电机的组成（线圈、磁体）与工作原理； 5．发电机的能量转化（机械能→电能） 1．核心条件：三个条件缺一不可，“切割磁感线”指运动方向与磁感线不平行； 2．发电机原理：电磁感应，无电源，需外力驱动线圈转动； 3．能量转化：机械能（如水能、风能）→电能； 4．感应电流方向：改变磁场或导体运动方向，电流方向改变 1．遗漏电磁感应的“闭合电路”或“一部分导体”条件（如认为断开电路也能产生感应电流）； 2．误将“导体平行于磁感线运动”当作切割磁感线； 3．混淆发电机与电动机的能量转化（发电机：机械→电；电动机：电→机械）； 4．认为“磁体静止、导体不动”一定无感应电流（忽略磁体运动也可等效切割） 四、交直流电与相关应用 1．交流电：周期性改变方向和大小； 2．直流电：方向不变； 3．动圈式话筒（电磁感应，声信号→电信号）； 4．无线充电（电磁感应原理） 1．交直流电区别：核心是电流方向是否变化（交流电变、直流电不变）； 2．话筒工作原理：声音→膜片振动→线圈切割磁感线→感应电流（声→电，电磁感应）； 3．无线充电：利用电磁感应实现电能无线传输 1．混淆交直流电的“大小变化”与“方向变化”（误以为直流电大小不变，交流电大小不变）； 2．颠倒话筒与扬声器的能量转化（话筒：声→电；扬声器：电→声）； 3．认为无线充电是“电流的磁效应”，实际是电磁感应； 4．混淆发电机的滑环与电动机的换向器（滑环无换向作用，换向器是直流电动机特有） 题型一 磁场对通电导体作用力的规律应用 【例1】小明用如图所示的装置来探究感应电流产生的条件。 (1)要使电路中有电流，导体ab、开关、灵敏电流计和导线必须构成 电路。 (2)导体ab静止悬挂，闭合开关，灵敏电流计的指针不偏转，说明电路中 （选填“有”或“无”）电流产生。 (3)继续探究，记录观察到的现象如表： 序号 ab运动方向 电流计指针偏转情况 1 沿磁场方向运动（不切割磁感线） 不偏转 2 水平向左（切割磁感线） 向右偏转 3 水平向右（切割磁感线） 向左偏转 ①比较1、2（或1、3）实验现象可知，产生感应电流的条件之一是：导体在磁场中做 运动。 ②比较2、3实验现象还发现，产生的感应电流的方向跟 有关。 ③该现象在生产和生活中的重要应用是 。 (4)若在整理器材时未断开开关，先水平向左撤去蹄形磁铁（导体ab不动），则灵敏电流计指针 （选填“会”或“不会”）偏转。 (5)若将图中蹄形磁体的磁极对调，当使导体ab向左运动时，此时电流表的指针向反向偏转说明感应电流的方向还跟 有关。 (6)若保持其他条件不变，换用磁性更强的蹄形磁铁继续实验，是为了探究感应电流强弱与 的关系。 【答案】闭合 无 切割磁感线 导体切割磁感线运动方向 发电机 会 磁场方向 磁场强度 【解析】(1)[1]闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，产生的电流称为感应电流，则必须是电路是一个闭合回路。 (2)[2]当导体ab静止悬挂起来后，闭合开关，此时导体没有做切割磁感线运动，灵敏电流计指针不偏转，说明电路中无电流产生。 (3)[3]①比较1、2(或1、3)实验现象可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时电路中就会产生感应电流。 [4]②比较第2、3次实验现象发现，磁场方向相同，导体运动的方向不同，电流计指针的偏转方向不同，说明产生电流的方向不同，即产生的电流的方向跟导体运动方向有关。 [5]③该现象在生产和生活中的重要应用是发电机，发电机的原理是电磁感应。 (4)[6]在整理器材时未断开开关,先水平向左撤去蹄形磁铁(导体ab不动)，ab仍切割磁感线，会产生感应电流，则灵敏电流计的指针会偏转。 (5)[7]两个磁极对调，使磁感线的方向反向，闭合开关，让导体在磁场中向左运动，灵敏电流表的指针向左偏转即此时电流表的指针向反向偏转，表明导体中的感应电流的方向跟磁场方向有关。 (6)[8]若保持其他条件不变，换用磁性更强的蹄形磁铁继续实验，发现指针偏转角度变大，表明导体中的感应电流的强弱与磁场强度有关。 【变式1-1】下图是探究“让通电导线在磁场中动起来”的装置图，闭合开关，导线ab向左运动。要使导线ab向右运动，下列操作可行的是（　　） A．将蹄形磁体换成磁性更强的磁体 B．通过调节滑动变阻器的滑片增大电流 C．改变电流的方向同时改变磁场的方向 D．改变电流的方向或改变磁场的方向 【答案】D 【解析】判断通电导线在磁场中的受力方向用左手定则，闭合开关，导线ab向左运动： A．将蹄形磁体换成磁性更强的磁体，导线受到向左更强的力的作用，故A不符合题意； B．通过调节滑动变阻器的滑片增大电流，导线受到向左更强的力的作用，故B不符合题意； C．改变电流的方向同时改变磁场的方向，导线仍受到向左的作用力，故C不符合题意； D．改变电流的方向或改变磁场的方向，导线受到的力改变为向右，故D符合题意。 故选D。 【变式1-2】兴趣小组通过观察发电机模型发现，发电机的线圈只有在转动时才能发出电来，由此猜想：发电机发电，可能与线圈在磁场中的运动有关。兴趣小组利用如图所示的实验探究“感应电流产生的条件”。 （1）兴趣小组将一段导体AB用细导线悬挂起来，并与灵敏电流计、开关串联组成闭合电路，将导体AB放在蹄形磁铁的磁场中，实验中通过观察 来判断电路中是否有感应电流产生。 （2）如表是小明组记录的部分实验操作与观察到的现象。 序号 实验操作 电流计指针偏转情况 1 磁体静止，导体AB竖直向上运动 不偏转 2 磁体静止，导体AB竖直向下运动 不偏转 3 磁体静止，导体AB水平向左运动 向右偏转 4 磁体静止，导体AB水平向右运动 向左偏转 … … … 分析比较1、2、3、4中的信息可知，闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动时，导体中就会产生感应电流。 （3）在实验中，若要改变灵敏电流计指针的偏转方向，可采取的具体措施是 。 A．保持导体运动方向不变，换磁性更强的磁体 B．保持磁体静止，只改变导体水平运动的方向 C．保持导体水平运动方向不变，上下调换磁极 D．上下调换磁极，同时改变导体水平运动方向 （4）当小明快速晃动处于磁场中的导体AB时，发现感应电流更大，请从能量转化的角度分析原因： 。 【答案】 电流表的指针是否偏转 切割磁感线 BC 导体的机械能越大，可以转换为更多的电能，感应电流越大 【解析】（1）[1]实验时，通过观察电流表的指针是否偏转，来确定电路中是否产生感应电流，用到了转换法。 （2）[2]比较实验序号数据可知，电路都是闭合的；1、2中导体没有做切割磁感线运动，电路中没有感应电流。3、4中导体或向左或向右做了切割磁感线运动，电路中产生了感应电流，由此可以得出产生感应电流的另一个条件：导体做切割磁感线运动。 （3）[3]A．保持导体运动方向不变，换磁性更强的磁体，磁场方向不变，感应电流方向不变，故A不符合题意； B．保持磁体静止，只改变导体水平运动的方向，可以改变感应电流方向，故B符合题意； C．保持导体水平运动方向不变，上下调换磁极，改变磁场方向，可以改变感应电流方向，故C符合题意； D．上下调换磁极，同时改变导体水平运动方向，感应电流方向不变，故D不符合题意。 故选BC。 （4）[4]当小明快速晃动处于磁场中的导体AB时，导体的机械能较大，可以转换为更多的电能，因而发现感应电流更大。 题型二 换向器的作用与工作原理用：考查 “同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引” 的规律应用，如判断磁体的指向、轻质磁体的受力运动、磁极的辨别等。 磁感线的理解与绘制：考查磁感线的方向（磁体外部 N 极→S 极、地磁场方向）、分布特点（如同名、异名磁极间的磁感线形状），以及根据磁感线判断磁场强弱和磁极。 右手螺旋定则的应用：给定通电螺线管的电流方向判断磁极，或给定磁极判断电流方向，是电路与磁场结合的核心考点。 电磁铁磁性强弱的影响因素：考查线圈匝数、电流大小对磁性的影响，结合控制变量法分析实验现象，或设计实验验证影响因素。 电磁继电器的工作原理与应用：考查控制电路（电磁铁通断）与工作电路（用电器通断）的联动关系，分析自动控制场景（如水位报警器、温度报警器）的工作过程。 电流磁效应的实验分析：以奥斯特实验为核心，考查实验现象（小磁针偏转）、结论（电流周围有磁场，磁场方向与电流方向有关），以及实验设计的注意事项。 地磁场与磁偏角：考查指南针指向的原理（地磁场作用）、磁偏角的概念，以及地磁场与地理方位的关系。 磁化与磁性材料的应用：考查磁化现象的实例（如铁钉被磁铁磁化后吸引铁屑）、软磁材料与硬磁材料的区分及应用（如电机铁芯用软磁材料、磁卡用硬磁材料）。 【例2】直流电动机中换向器的作用是（    ） A．当线圈在磁场内转动时，每转动一周，换向器改变一次线圈中的电流方向 B．当线圈在磁场中转动时，换向器可随时改变线圈中的电流方向 C．每当线圈刚转过平衡位置时，换向器就能自动改变线圈中的电流方向 D．没有换向器，直流电动机也可以工作 【答案】C 【解析】直流电动机的换向器的作用是当线圈刚好转过平衡位置时，自动改变线圈中电流的方向，使线圈不停的转动。 【变式2-1】如图是电动机的结构示意图，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，它们彼此绝缘，并随线圈一起顺时针转动．M和N是电刷，它们跟铜半环接触，使电源和线圈组成闭合电路．以下说法正确的是（ ） A．不能用石墨材料来制作电刷M、N B．电流的方向始终由电刷N到电源“+”极 C．只对调电源正、负极，线圈将逆时针转动     D．电动机是把机械能转化为电能的装置 【答案】C 【解析】A．根据题意知道，电刷跟铜半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，所以电刷应用导体来制作，而石墨是导体，故可用做电刷，故A错误； B．在电源外部，电流的方向是从电源正极经过用电器回到电源的负极，所以图示直流电动机中电流方向始终是由电源“+”极流向电刷N，故B错误； C．通电导体在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向有关，只改变其中之一的方向，则导体受力方向改变，所以，只对调电源正、负极，线圈转动方向将改为逆时针转动，故C正确； D．电动机工作过程中将消耗电能转化为机械能，故D错误。 故选C。 【变式2-2】如下图所示，当线圈刚转过平衡位置时，如果不改变电流的方向，则线圈（   ） A．立即停止转动 B．立即反转 C．按原方向一直转下去 D．在平衡位置附近摆动几下才停下来 【答案】D 【解析】如图所示，线圈刚转过平衡位置时，由于磁场方向、电流方向都不改变，则线圈ab边和cd 边的受力方向也不变，线圈转过平衡位置后将会再反转，在平衡位置附近摆动几下，最后停下来，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 题型三 电磁感应现象的条件与结论 【例3】小明利用如图所示的实验装置探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。 (1)实验中，通过观察灵敏电流计指针 来判断电路中是否存在感应电流。 (2)小明将实验探究过程记录在下表中。根据实验现象，可以初步得出电路中产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做 运动。 次数 导体棒在磁场中的运动情况 是否有感应电流 1 静止 无 2 沿磁场方向运动（不切割磁感线运动） 无 3 切割磁感线运动 有 (3)小明还想要探究感应电流的方向是否与磁场方向有关，他接下来的操作是 ，观察灵敏电流计指针的偏转方向。 (4)下列装置中，利用电磁感应工作的是_________（填字母）。 A．电铃 B．扬声器 C．动圈式话筒 D．电磁起重机 【答案】(1)是否偏转；(2)切割磁感线；(3)见解析；(4)C 【解析】（1）在探究导体在磁场中运动时产生感应电流的实验中，灵敏电流计是用来检测感应电流的。当电路中有感应电流时，灵敏电流计的指针会发生偏转，所以通过观察灵敏电流计指针是否偏转来判断电路中是否存在感应电流。 （2）从实验记录表格可知，当导体棒静止（不切割磁感线 ）或沿磁场方向运动（不切割磁感线 ）时，电路中无感应电流；当导体棒做切割磁感线运动时，电路中有感应电流，所以可初步得出电路中产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。 （3）要探究感应电流的方向是否与磁场方向有关，需要采用控制变量法，控制导体运动方向不变，改变磁场方向（如对调磁体的 N、S 极 ），然后观察灵敏电流计指针的偏转方向。 （4）A．电铃是利用电流的磁效应工作的，电流通过电磁铁时，电磁铁有磁性，吸引衔铁，使铃响，不是电磁感应原理，故A不符合题意； B．扬声器是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的，将电信号转化为声信号，不是电磁感应原理，故B不符合题意； C．圈式话筒当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈也跟着一起振动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，是利用电磁感应原理工作的，故C符合题意。 D．电磁起重机是利用电流的磁效应工作的，通电时电磁铁有磁性，能吸引钢铁等物质，不是电磁感应原理，故D不符合题意； 故选C。 【变式3-1】如图甲所示为小梅在物理课上曾经使用过的一个实验装置，由铁架台、蹄形磁体、灵敏电流计、开关、导体棒和若干导线等器材组成。 (1)这一实验装置是用来研究 现象的。 (2)小梅至今对这个实验的操作过程记忆犹新： ①为使灵敏电流计的指针发生偏转，她首先闭合开关，然后要使导体棒 (选填“上下”或“左右”)运动， ②保持导体棒的运动方向不变，将蹄形磁体的N、S极对调，灵敏电流计的指针偏转方向也会改变，这说明：感应电流的方向与 的方向有关。 (3)通过图甲所示的实验，小梅断定：利用图乙所示的实验装置，闭合开关后，拿一根条形磁体向右插入线圈中时，也会观察到灵敏电流计指针发生偏转。 请你简要说明小梅这样想的理由： 。 【答案】 电磁感应 左右 磁场 条形磁体与线圈发生相对运动时，线圈也会切割条形磁体周围的磁感线，产生感应电流 【解析】（1）由图知道，实验装置中没有电源，所以，是用来研究电磁感应现象的； （2）①产生感应电流的条件之一是导体在磁场中做切割磁感线运动，所以，为使灵敏电流计的指针发生偏转，她闭合开关，应使导体棒左右运动； ②保持导体棒的运动方向不变，将蹄形磁体N、S极的位置对调，灵敏电流计指针偏转方向也会改变，这说明感应电流的方向与磁场方向有关； （3）由图知道，当拿一根条形磁铁向右插入线圈中时，线圈做切割磁感线运动，会产生感应电流，所以灵敏电流计指针的偏转。 【变式3-2】在“探究感应电流产生条件”的实验中，小明将导体AB、开关S、灵敏电流计和蹄形磁体按如图所示装置进行了连接和组装。 （1）小明闭合开关后进行了如下操作： A．只让导体AB在水平方向左右运动    B．只让导体AB在竖直方向上下运动 其中一定能产生感应电流的是 （填写字母）； （2）实验中发现灵敏电流计指针偏转不明显，为了使指针偏转明显，下列措施中可行的是( ) A．换用磁性更强的磁体，增加磁场的强度    B．将灵敏电流计换成电流表 （3）如果将灵敏电流计换成电源，闭合开关S后可以观察到的现象是 。 【答案】 A A AB运动 【解析】(1)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中才有感应电流产生．A. 只让导体AB在水平方向左右运动，导体AB切割磁感线运动，导体中有感应电流产生；B. 只让导体AB在竖直方向上下运动，导体AB没有切割磁感线运动，导体中没有感应电流产生；故选A。 (2)电流表指针偏转不明显,是电流太弱,可能是磁场弱或导体(或磁铁)运动慢．可以更换磁性更强的磁体、快速移动导体(或磁体)，A正确；电流表量程更大，所以将灵敏电流计换成电流表不合理，B错误。 (3)磁场对通电导体的作用，电路中一定有电源，所以把灵敏电流计换成电源，导体AB成为通电导体在蹄型磁体的磁场中受力的作用而运动． 点睛：（1）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生电流，这种电流叫感应电流，这一现象叫电磁感应现象；（2）电流的大小应与切割磁感线的速度、磁场强度、线圈匝数有关；（3）磁场对通电导体作用，电路中要有电源。 题型四 电动机与发电机的对比分析 【例4】课外活动时，有几位同学讨论关于电动机和发电机的问题，他们有以下几种说法，你认为其中正确的是（ ） A．电动机是利用电磁感应现象制成的 B．发电机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的 C．电动机工作时把电能转化为机械能 D．发电机工作时把电能转化成其它形式的能 【答案】C 【解析】电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，工作时把电能转化为机械能．发电机是利用电磁感应现象制成的，发电机工作时把机械能转化成电能，所以选C。 【变式4-1】科学探究是物理学科核心素养的重要内容，探究的形式可以是多种多样的。 （一）如图所示，是某学习小组同学设计的研究“电磁铁磁性强弱”的实验电路图。 (1)小莹同学测量电流时，连接好电路，闭合开关，发现电表指针向右偏转至如图所示位置，原因是 ；断开开关，纠正错误后，继续进行实验。 (2)要判断电磁铁的磁性强弱，可观察 来确定； 实验记录如下： 电磁铁（线圈） 50匝 100匝 试验次数 1 2 3 4 5 6 电流/A 0.8 1.2 1.5 吸引铁定的最多数目/枚 5 8 10 (3)比较上表实验中的1､2､3，可得出的结论是： ； （二）探究磁与电的联系 如图所示，是灵敏电流计的内部结构。小红同学参加课外实践活动，发现灵敏电流计内部结构与电动机､发电机内部结构类似。出于好奇，她利用如图所示的装置进行了下面的实验。 　　　 【进行实验】用手拨动其中一个灵敏电流计指针的同时，另一个灵敏电流计的指针也发生了偏转。 【交流】拨动右侧灵敏电流计的指针时，表内线圈在磁场中 运动，产生了感应电流，利用这一原理可制成 ，这样左侧灵敏电流计内的线圈同时也会有电流，它在 中受到力的作用，带动指针偏转起来。此时的右侧灵敏电流计相当于 机。 【答案】 使用前没有调零 吸引大头针数目 当线圈匝数相同时，电流越大电磁铁磁性越强 做切割磁感线 发电机 磁场 发电 【解析】(一）(1)[1]连接好电路，闭合开关，发现电流表指针向右偏转至如图所示位置，说明电流表使用前没有调零。 (2)[2]电磁铁的磁性强弱不能直接用眼睛观察，而是通过电磁铁吸引大头针的多少来反映，吸引大头针越多，电磁铁的磁性越强。即要判断电磁铁的磁性强弱，可观察其吸引大头针数量来确定。 (3)[3]比较实验中的1、2、3，线圈匝数相同，线圈中的电流大小不同，吸引大头针数目不同，故可以得出结论：电磁铁的线圈匝数一定时，通过电磁铁线圈中的电流越大，电磁铁磁性越强。 (二)[4][5][6][7]两灵敏电流计组成电路，拨动右侧灵敏电流计的指针时，电流计内线圈在磁场中做切割磁感线运动，根据电磁感应原理产生了感应电流，利用这一原理可制成发电机；于是，左侧灵敏电流计内的线圈同时也会有电流，通电导体在磁场中受到力的作用，带动指针偏转起来。此时的右侧灵敏电流计相当于发电机。 【变式4-2】在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明用铁钉制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图1所示的电路。而小华同学学习了电磁方面的知识后，做了以下两个实验（如图2所示）。 (1)由图1可知，电磁铁甲的磁性 电磁铁乙的磁性（选填“大于”、“小于”或“等于”），这是通过观察吸引大头针数目多少来判断的；电磁铁甲上端的极性为 极。 (2)图1中把电磁铁甲和乙串联起来是为了控制 不变，在此条件下可得出的结论是，线圈的匝数 （选填“越多”或“越少”），电磁铁的磁性越强； (3)小华用图2的甲装置进行了如下的操作：①让导体AB静止在磁场中；②让导体AB在磁场中左右运动；③让导体AB沿竖直方向上下缓慢运动。其中能使电流表指针发生偏转的是 ；（填序号） (4)如果小华在图2的乙装置的实验中，当开关闭合时，发现导体AB向左运动，若要使导体AB向右运动，下列措施不可行的是___________； A．调换电源正、负极； B．调换磁体N、S极； C．同时调换电源正负极和磁体N、S极。 (5)根据图2中的甲装置的原理，人们发明了 。（选填“发电机”或“电动机”） 【答案】(1)小于 N；(2)电流 越多；(3)②；(4)C；(5)发电机 【解析】（1）[1]观察图1，我们可以看到乙电磁铁吸引的大头针数量比甲电磁铁多。在探究影响电磁铁磁性强弱的实验中，通常通过观察电磁铁吸引大头针数目的多少来判断电磁铁磁性的强弱，因为电磁铁吸引大头针的数目越多，就表明其磁性越强。所以，电磁铁甲的磁性小于电磁铁乙的磁性。 [2]要判断电磁铁甲上端的极性，需要知道电磁铁的绕线方式以及电流的方向，然后根据安培定则来判断。 安培定则的内容是：用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端就是通电螺线管的 N 极。 如图根据安培定则可知，电磁铁甲上端的极性为N极。 （2）[1][2]在图1中，把电磁铁甲和乙串联起来。根据串联电路的特点，串联电路中电流处处相等，这样做的目的就是为了控制通过电磁铁甲和乙的电流不变。此时，我们观察到甲、乙电磁铁的线圈匝数是不同的，这就是在探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。如图我们看到乙电磁铁吸引的大头针数量比甲电磁铁多，即在电流相同的条件下，线圈的匝数越多，电磁铁吸引大头针的数目就越多，也就意味着电磁铁的磁性越强。 （3）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流；甲图中磁感线方向是从上到下，导线AB在磁场中静止时不会切割磁感线，上下运动时也不会切割磁感线，不会产生感应电流，不会使电流表指针发生偏转；让导线AB在磁场中左右运动时，会切割磁感线，会产生感应电流，会使电流表指针发生偏转，故②符合题意。 （4）通电导体在磁场中受力，受力方向与磁场方向、电流方向两个因素有关，只改变其中一个因素，可以改变运动方向，同时改变两个因素，运动方向不会改变。 要改变导线的受力方向，可改变磁场方向或线圈中电流方向；乙图中改变磁场方向的方法，可以调换磁极，或改变电流方向的方法，可以调换电源正负极，同时调换电源正、负极和磁体N、S极导体AB运动方向不变，故AB不符合题意，C符合题意。 故选C。 （5）观察图2中的甲装置是电磁感应现象，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动产生感应电流，人们根据这一原理发明了发电机。 题型五 交直流电的区分与应用 【例5】（多选题）当导体中有交流电通过时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大（电流密度大小等于通过导体单位面积的电流大小），导体内部的电流较小，结果使导体对电流的阻碍作用增加，它的损耗功率增加，这一现象称为趋肤效应。且交流电频率越高，这种现象越明显，当交流电频率达到一定程度时，导体中央的电流几乎为零；而导体中通过直流电时没有这种现象。如图甲所示装置，两支在底部中央打有小孔的圆形铁筒；两根与筒高度相同，横截面较小的铁质圆杆，可固定在铁筒内底部；固定支架，用于固定铁筒及铁杆；两个插头连接电源。两个完全相同小灯泡连接方式如图乙所示，则下列正确的是（　　） A．电流密度的定义方法与电流相同 B．趋肤效应中，若交流电的频率增加，导体对电流的阻碍作用增加 C．当插头接直流电源时，两个灯泡的亮度相同 D．当插头接交流电源时，灯泡B比灯泡A亮 【答案】ABCD 【解析】A．电流密度大小等于通过导体单位面积的电流大小；电流是单位时间内通过某导体截面的电荷量；两者都属于比值定义法，故A正确； B．根据文中的内容可知，交流电频率越高，趋肤效应越明显，导体的电阻越大，导体对电流的阻碍作用增大，故B正确； C．文中内容可知，导体中通过直流电时没有趋附效应，即各处的电流是相同的，通过两个灯泡的电流相同，所以灯泡亮度相同，故C正确； D．导体产生趋肤效应时，电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，由图丙可知，灯泡B接在导体的外部，电流大，所以灯泡B灯亮，故D正确。 故选ABCD。 【变式5-1】随着智能手机的广泛使用，传统充电式已经难以满足用户需求，无线充电是利用电磁感应原理充电的设备，当充电设备通以交变电流，其内部线圈可以产生变化磁场，就可以给放在上面的手机充电，具有更加方便快捷的优点，关于无线充电，下列的说法不正确的是（    ） A．被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件，与手机电池相连 B．普通手机不能够利用无线充电设备进行充电 C．在无线充电设备使用过程中，应避免靠近金属物件 D．当充电设备通以恒定直流，无线充电设备也能够正常使用 【答案】D 【解析】AB．被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件，与手机电池相连，当有交变磁场时，金属线圈切割磁感线产生感应电流进行充电，普通手机内部没有类似金属线圈的部件不能够利用无线充电设备进行充电，故AB正确，不符合题意； C．在无线充电设备使用过程中，应避免靠近金属物件，否则金属物体内部会产生感应电流，使物件会发热，故C正确，不符合题意； D．当充电设备通以恒定直流，无线充电设备不会产生交变磁场，那么不能够正常使用，故D错误，符合题意。 【变式5-2】关于家庭电路和安全用电，下列说法中正确的是（  ） A．控制电灯的开关连接在零线和电灯之间 B．家庭电路中可以不安装保险丝或空气开关 C．我国家庭电路使用的交流电，其电压是220V，频率50 Hz D．使用试电笔时，可以用手指接触试电笔笔尖的金属部分 【答案】C 【解析】A．为了安全起见，控制电灯的开关连接在火线和电灯之间，故A错误； B．家庭电路中必须安装保险丝或空气开关，故B错误； C．我国家庭电路使用的交流电，其电压是220V，频率50 Hz，故C正确； D．使用试电笔时，可以用手指接触试电笔笔尾的金属部分，故D错误。 故选C。 题型六 动圈式话筒与扬声器的工作原理 【例6】图是动圈式话筒的构造示意图。对着话筒唱歌时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈跟着一起振动，线圈处在磁场中。把线圈两端的导线接入扩音机，就能通过扬声器听到歌声。以下设备的工作原理与此种话筒相同的是（　　） A．发电机 B．电动机 C．电磁铁 D．电磁继电器 【答案】A 【解析】话筒的工作原理是电磁感应现象。 A．发电机是根据电磁感应现象制成的，故A符合题意； B．电动机是根据通电导体在磁场中受力作用的原理做成的，故B不符合题意； C．电磁铁是根据电流的磁效应制成的，故C不符合题意； D．电磁继电器是利用电流的磁效应做成的，故D不符合题意。 故选A。 【变式6-1】声呐是利用声波对水下目标进行探测的设备。换能器是声呐中的重要器件，它是声能与其它形式的能相互转换的装置。它有两个用途：一是在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于传声器（俗称“麦克风”或“话筒”）。关于对声呐的描述，下列说法正确的是（　　） A．声呐利用换能器实现声能与其他能量的转换，说明声音可以传递信息 B．声呐的本质是利用次声波回声定位 C．接收换能器的原理是电磁感应现象 D．发射换能器工作时将声能转化为电能 【答案】C 【解析】A．声呐利用换能器实现声能与其他能量的转换，说明声音可以传递能量，故A错误； B．声呐的本质是利用超声波回声定位，故B错误； C．传声器（俗称“麦克风”或“话筒”）是利用电磁感应原理制成的，故C正确； D．“发射换能器”相当于扬声器，将电能转换为声能，故D错误。 故选C。 【变式6-2】下图是扬声器（喇叭）的结构图，当扬声器的线圈中通入携带声音的信息、时刻变化的电流时，线圈会在永磁体的作用下受到力的作用并带动纸盆振动发声，下列说法中正确的是（    ） A．扬声器工作时是将机械能转化为电能 B．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动 C．锥形纸盆振动得越快，响度越大 D．扬声器的工作原理与电铃的工作原理相同 【答案】B 【解析】A．扬声器工作时消耗电能，转化成纸盘运动，将电能转化为机械能，故A错误； B．扬声器的工作过程是接入变化的电流，磁场对线圈受力的方向也随之改变，即工作原理是通电线圈在磁场中受力运动。故B正确； C．音调的高低与频率有关，响度大小与振幅有关，所以锥形纸盆振动得越快，频率越高，音调越高，故C错误； D．电铃的主要部件是电磁铁，电磁铁是利用电流的磁效应工作的，故电铃的工作原理是电流的磁效应，与扬声器的工作原理不同，故D错误。 故选B。 题型七 电动机故障分析 【例7】小明用自己安装好的直流电动机模型（如图甲）来研究电动机的工作过程； （1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用；图乙是直流电动机工作原理图，其中C、D叫作 ，线圈左右两边框的受力方向相反，其原因是 方向相反； （2）小明将直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，闭合开关后电动机却不能转动；他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动；刚开始不转的原因可能是 ；（填序号） A．蹄形磁铁磁性太弱 B．电源电压太低 C．线圈刚好处于平衡位置 D．线圈中的电流太小      （3）小明按图丙电路将电动机模型连入电路，闭合开关，电动机正常转动，小明记下了电流表和电压表的示数；实验过程中，由于弧形铁片螺丝松动，电动机线圈被弧形铁片卡住了，小明惊奇地发现，电动机线圈被卡住后，电流表和电压表的示数都发生了变化，小明赶紧记下了两表的示数（如下表所示）并断开了开关； 电动机状态 电压U/V 电流I/A 正常转动 2.2 0.18 被卡住不转 2.0 0.33 为什么电动机线圈被卡住后电流会变大呢？小明经过反复思考，终于明白了其中的道理，原来线圈不转时只有线圈电阻阻碍电流，线圈电阻比较小，因此电流较大；当通电线圈在磁场中转动时，线圈同时也会在磁场中做 运动，产生感应电流，根据实验数据可以判断，感应电流的方向应该与原来线圈中的电流方向 ；在实际生活中，如果电动机转轴被卡住而不转动时，电能将全部转化为 能，很容易烧坏电动机线圈。 【答案】 通电导体 换向器 电流 C 切割磁感线 相反 内 【解析】（1）[1][2][3]电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用；图乙是直流电动机工作原理图，其中C、D叫作换向器，线圈左右两边框的受力方向相反，其原因是电流方向相反。 （2）[4]A．蹄形磁铁磁性太弱，用手轻轻碰了以后也不会持续转动，故A不符合题意； B．电源电压太低，用手轻轻碰了以后也不会持续转动，故B不符合题意； C．线圈刚好处于平衡位置，用手轻轻碰了以后会持续转动，故C符合题意； D．线圈中的电流太小，用手轻轻碰了以后也不会持续转动，故D不符合题意。 故选C。 （3）[5][6]当通电线圈在磁场中转动时，线圈同时也会在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，根据实验数据可以判断，感应电流的方向应该与原来线圈中的电流方向相反。 [7]在实际生活中，如果电动机转轴被卡住而不转动时，电能将全部转化为内能，很容易烧坏电动机线圈。 【变式7-1】在制作小电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，然后用小刀刮两端引线的漆皮，如图用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上，两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁。 （1）在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，为使线圈能够持续转动，刮线的要求是 （填选项“A”或“B”）； A．两端全刮掉      B．一端全部刮掉，另一端只刮半周 （2）组装好实验装置，接通电源后，发现线圈不转动，写出一条可能让线圈转动起来的措施： ； （3）在实验中发现，只将电源的两极位置对调，或只将强磁铁磁极的位置对调时，线圈的转动方向都会发生改变。可见，通电导体在磁场中受到的力的方向与 、 都有关系； （4）线圈在转动过程中 能转化为 能； （5）如图所示，再将线圈两端的漆全部刮去，然后放入磁场，用纸做一个小风车固定在转动轴上，就做成了一个小发电机。使小风车转动，发现灵敏电流计的指针左右摆动说明线圈在磁场中转动时产生了 （选填“直流”或“交流”）电。 【答案】 B 用手轻推一下 电流方向 磁场方向 电 机械 交流 【解析】（1）[1]为了使线圈能够持续转动，可以将线圈一端的绝缘漆全部刮去，另一端刮去一半，这样线圈在一个半周内受到磁场的力的作用，另一个半周利用惯性转动，故选B。 （2）[2]接通电源后，线圈不转动，则可能是线圈处于平衡位置，故可用手轻推一下线圈。 （3）[3][4]将电源的两极位置对调，电流的方向发生了变化，将强磁铁磁极的位置对调，磁场的方向发生了变化，可知，通电导体在磁场中受到的力的方向与电流方向和磁场方向都有关。 （4）[5][6]线圈在转动过程中消耗电能，故是将电能转化为机械能。 （5）[7]灵敏电流计的指针左右摆动，说明电流的方向在发生变化，故线圈在磁场中转动时产生了交流电。 【变式7-2】利用图甲所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”。 （1）应在从M、N之间接入 （选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）； （2）如图乙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极。通电后cd段导线受磁场力的方向与ab段导线所受磁场力的方向 （相同/相反），其理由是：磁场方向相同， 。这两个力 （选填“是”或“不是”）一对平衡力； （3）如图丙，小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆一端全刮，另一端刮半周，这种方法刮漆，使线圈在平衡位置附近时会 （选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”）； （4）实验室中的直流电动机模型，如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是 。 【答案】 电源 铝棒 相反 电流方向相反 不是 切断线圈中的电流 电流太小 【解析】（1）[1]利用如图甲所示的装置研究“磁场对通电直导线的作用”时，即必须有电源，所以在M、N间应接入电源。 [2]探究磁场对电流作用时，因为磁体能够吸引磁性材料，因此通电导体不能为磁性材料，故不能选择铁棒进行实验，而应选轻质铝棒。 （2）[3][4][5]通电导体在磁场中受力方向与磁场方向和电流方向有关，所以在乙图中，通电后cd段导线和ab段导线所处磁场相同，电流方向不同，所以受力方向不同，因为这两个力不作用在一条直线上，所以这两个力不是一对平衡力。 （3）[6]当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，此时线圈处于平衡位置；为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是将线圈两端的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮上半周或下半周；按这种方法刮漆，线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，线圈由于惯性能够按原方向持续转动，所以这一部位就相当于直流电动机中的换向器，当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，它能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。 （4）[7]电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，说明通电导体在磁场中受力的作用太小，通电导体在磁场中受力大小与磁场强弱和电流大小有关，所以原因可能是电流太小或磁场太弱。 题型八 电磁感应实验与电动机原理实验的设计与分析 【例8】如图甲所示是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”实验装置。闭合开关后，铜棒ab、灵敏电流计、开关组成闭合电路，某小组的实验记录如下表所示。 次数 开关 磁场方向 铜棒ab的运动方向 电流计指针的偏转方向 1 闭合 上N下S 向右运动 向左偏转 2 闭合 上N下S 向左运动 向右偏转 3 闭合 上N下S 上下运动 不偏转 4 闭合 上S下N 向右运动 向右偏转 5 闭合 上S下N 向左运动 向左偏转 (1)比较实验1和2（或4和5）可知：在磁场方向一定时，感应电流的方向与导体切割磁感线的 有关； (2)比较实验 可知：在导体切割磁感线的方向不变时，感应电流的方向与磁场方向有关； (3)为了验证非闭合电路中能否产生感应电流，可以进行操作：断开开关， （填写具体操作），观察灵敏电流计的指针是否发生偏转； (4)闭合开关，保持铜棒ab不动，左右移动蹄形磁体，发现灵敏电流计的指针 ； (5)产生感应电流时，是将 能转化为电能； (6)如果将灵敏电流计换成 ，可以探究磁场对通电导体的作用； (7)小华用图乙电路做同样的实验，闭合开关后，拿一根条形磁体向右插入线圈中时，观察到灵敏电流计指针偏转；将磁体向左从线圈中拔出时，灵敏电流计指针的偏转方向与磁体向右插入线圈中时 （选填“相同”或“相反”）； (8)人们根据该实验结论制造了发电机。如图丙所示是实验室用的手摇发电机，通过摇把带动线圈在磁场中转动； ①用手摇发电机研究感应电流大小的变化：将小灯泡与手摇发电机连接起来，摇动摇把发现小灯泡发光，随着摇动速度逐渐增大，小灯泡的亮度逐渐增加。该现象说明产生的感应电流大小与 有关； ②把小灯泡换成红、绿两个发光二极管（发光二极管具有单向导电性），用二极管的发光来显示手摇发电机中感应电流的方向，则两个发光二极管的连接方式应是 。 A．极性相同地串联    B．极性相反地串联    C．极性相同地并联    D．极性相反地并联 【答案】(1)方向；(2)2、5/1、4；(3)铜棒ab向右运动/铜棒ab向左运动；(4)偏转；(5)机械；(6)电源；(7)相反；(8)切割磁感线的速度 D 【解析】（1）比较实验1和2（或4和5）可知：在磁场方向一定时，铜棒ab的运动方向不同，电流计的偏转方向不同，可知感应电流的方向与导体切割磁感线的方向有关。 （2）研究感应电流的方向与磁场方向有关，要控制导体切割磁感线的方向不变，比较实验2、5（或1、4）可知：在导体切割磁感线的方向不变时，感应电流的方向与磁场方向有关。 （3）为了验证非闭合电路能否产生感应电流，可以进行操作：断开开关，铜棒ab做切割磁感线运动，因此铜棒应向右或者向左运动，观察灵敏电流计的指针是否发生偏转。 （4）闭合开关，保持铜棒ab不动，左右移动蹄形磁体，相当于磁体不动，铜棒ab左右移动，此时铜棒ab切割磁感线，产生感应电流，发现灵敏电流计的指针偏转。 （5）产生感应电流的过程中消耗了机械能，获得了电能，所以产生感应电流的过程中是将机械能转化为电能。 （6）将灵敏电流计换成电源提供电流，可以探究磁场对通电导体的作用，因为要探究磁场对通电导体的作用，导体中需通有电流。 （7）感应电流的方向与磁场方向、导体运动方向有关。拿一根条形磁铁向右插入线圈中时，螺线管线圈会切割磁感线，也会观察到灵敏电流计指针的偏转，将磁铁向左从线圈中拔出时，磁场方向不变，导体切割磁感线方向发生改变，故感应电流的方向改变，即磁铁向左从线圈中拔出时，灵敏电流计偏转方向与磁铁向右插入线圈中时相反。 （8）[1]①将小灯泡与手摇发电机连接起来，摇动摇把发现小灯泡发光，随着摇动速度逐渐增大，小灯泡的亮度逐渐增加；该现象说明发电机线圈转速越大，产生的感应电流越大，即产生的感应电流大小与切割磁感线的速度有关。 [2]②并联电路各支路可独立工作、互不影响，且发光二极管具有单向导电性，用二极管的发光来显示手摇发电机中感应电流的方向。则两个发光二极管的连接方式应是极性相反地并联，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【变式8-1】通电导体在磁场中受力、受力的方向与电流及磁场方向的关系、能量的转化： 器材 电源、蹄形磁铁、 、导线、开关、导体 装置图 过程与方 法 ①把电源的正、负极对调后接入电路，使通过导体的电流方向与原来方向 ，观察到导体运动方向与原来 ； ②保持导体中的电流方向不变，把蹄形磁铁N、S极对调一下，使磁场方向与原来相反，观察到导体运动方向与原来 。 结论 ①通电导体在磁场中受到力的作用，这个过程中将 能转化为 能，据此原理制成了 ； ②通电导体在磁场中的受力方向与 和 有关。 问题讨论 上述实验中如果把电源去掉，接入一个灵敏电流计可以探究什么情况下磁能产生电，应闭合开关后让导体 运动，可以观察到电流计的指针偏转，根据这一现象可制成 。 【答案】 滑动变阻器 相反 相反 相反 电 机械 电动机 电流方向 磁场方向 左右 发电机 【解析】[1]由实验装置图可知，缺少的器材是滑动变阻器； [2][3]通电导体在磁场中受力的作用，所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，所以把电源的正负极对调后接入电路，使通过导体的电流方向与原来相反，这时导体将反向运动； [4]只保持电源的正负极不变，对调磁体的磁极，使磁场的方向与原来相反，这时导体将反向运动； [5][6][7]通电导体消耗了电能，导体运动，这个过程是电能转化为机械能，据此制成了电动机； [8][9]实验中电流方向改变或者磁场方向时，导体运动方向都发生了改变，说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关； [10][11]把导线与灵敏电流计组成闭合电路时，闭合电路中部分导体切割磁感线时才会产生感应电流；此过程中将机械能转化成电能，根据这个现象发明了发电机。 【变式8-2】我们中考复习备考时，天气闷热，小明同学购买了一台可调速手持式电风扇。他在使用时发现有三个调速挡位，激发了他对直流电动机的转动快慢进行探究的欲望。 提出问题：电动机转动的快慢跟哪些因素有关呢？ 实验前，小明提出了以下猜想： 猜想一：与电动机两端的电压高低有关； 猜想二：与通过电动机的电流大小有关。 为了验证自己的猜想，小明从学校实验室借来如下仪器进行实验：直流电动机、学生电源（电压可调）、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线等，并设计了图甲所示的电路图。 (1)根据甲图，在乙图中用笔画线代替导线把实物图连接完整 。 (2)为了验证猜想一，他调节电源电压和改变滑动变阻器滑片P的位置进行实验，记录了电压表的示数、电动机转动的快慢如下表： 电压表示数/V 1.0 2.0 3.0 4.0 电动机转动快慢 非常缓慢 慢 快 很快 根据数据得出的结论是：在一定电压范围内电动机两端的电压越高，转动越 。 (3)为了验证猜想二，他保持电源电压不变、仅改变滑动变阻器滑片P的位置，记录了电流表的示数、电动机转动的快慢如下表： 电流表示数/A 0.10 0.20 0.30 0.40 电动机转动快慢 非常缓慢 慢 快 很快 根据数据得出的结论是：在一定电流范围内通过电动机的电流越大，转动越 。 (4)电动机在转动时，主要把电能转化为 能； (5)为了改变电动机的转动方向，小明采取了如下措施，你认为可行的有 。 A．换用磁性强弱不同的磁铁 B．只改变电流的方向 C．只改变磁场的方向 D．同时改变电流的方向和磁场的方向 以上是小明同学所做的初步实验探究，以后你还会有机会探究直流电动机的电压与电流的关系等更有趣的实验，会有更多的物理奥秘等待你去发现。 【答案】 快 快 机械能 BC 【解析】(1)[1]由电路图可知，滑动变阻器与电动机串联在电路中，电流表选用的是小量程，实物图如图所示 (2)[2]根据表格中的数据可知，当电动机两端的电压升高时，转速变快，故结论是，在一定电压范围内电动机两端的电压越高，转动越快。 (3)[3]根据表格中的数据可知，当通过电动机的电流变大时，转速变快，故结论是，在一定电流范围内通过电动机的电流越大，转动越快。 (4)[4]电动机是用电器，会消耗电能，电能主要转化为机械能，还有一小部分因为电流的热效应转化为内能。 (5)[4]电动机转动方向与电流的方向和磁场的方向有关，与磁场磁性的强弱无关，只改变电流的方向或磁场的方向，电动机转动的方向会改变，若同时改变电流的方向和磁场的方向，则电动机转动方向不变，故BC正确。 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $