2 磁场对电流的作用（导学案）物理教科版2024九年级上册

2 磁场对电流的作用（导学案） 【学习目标】 1. 通过实验探究，知道通电导线在磁场中会受到力的作用。 2. 理解通电导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的关系。 3. 知道电动机的基本构造、工作原理及其能量转化。 4. 认识电动机在生产生活中的广泛应用及其对人类文明发展的意义。 【学习重点】 1.通电导线在磁场中受力的方向与电流方向、磁场方向的关系；2.换向器的作用及电动机的工作原理。 【学习难点】左手定则的应用；换向器实现线圈连续转动的原理。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 实验表明：通电导线在磁场中受力的作用。力的方向与电流的方向，磁场的方向有关。 2. 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，科学家提出了电动机的猜想。 3. 电动机与发电机具有类似的结构，把通电线圈放在磁场中，使它转动，从而将电能转化为机械能。 4. 每当线圈刚转过平衡位置时，立刻改变线圈中的电流方向，线圈就可以不停的转动下去。 5. 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，从而保证线圈的持续转动，这就是直流电动机的工作原理。 【课堂探究】 探究一、磁场对通电导线的作用 1. 实验探究——让通电导线在磁场中动起来 【思考】磁体会在周围形成磁场，磁体间通过磁场可以产生相互的作用力。而通电导线也会在周围形成磁场，那么通电导线在磁场中是否也会受到力的作用？如果受力，这个力又和哪些因素有关？ 【猜想与假设】 （1）通电导线在磁场中会受到力的作用； （2）力的方向可能与电流方向、磁场方向有关。 【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 【实验一】按照图示连接电路，将直导线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。闭合开关，观察发生的现象。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动。 【实验结论一】通电导体在磁场中会受到力的作用。 【实验二】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。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时相反。 【实验结论二】磁场方向一定时，改变电流方向，磁场中导体运动方向改变。 【实验三】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。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时相反。 【实验结论三】电流方向一定时，改变磁场方向，磁场中导体运动方向改变。 【实验四】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。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时相同。 【实验结论四】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。 【总结归纳】 （1）通电导线在磁场中受到力的作用； （2）通电导线在磁场中受到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改变时，通电导线受力的方向改变。 当电流的方向和磁场的方向同时改变时，通电导线受力的方向不变。 2. 电动机的发明 通电导线在磁场中受到力的作用后开始运动，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。不管是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，这些都得益于电动机。 【例题1】如图所示，为某直流电动机的原理图，定子是电磁铁，转子是线圈。开关闭合后，电动机的线圈可以顺时针转动。若保持其他装置不变，只对调电源的两极， （选填“能”或“不能”）使此电动机的线圈反向转动。 【答案】不能 【详解】电动机的转动方向由磁场方向和线圈中电流方向共同决定，当只对调电源两极时，电磁铁的磁场方向会因电流方向改变而反向，线圈中的电流方向也会同时反向，这两个因素同时反向时，线圈受到的磁场力方向不变，因此线圈不能反向转动。 【例题2】如图所示，导体棒AB放在蹄形磁体磁场中的水平金属轨道上。 (1)闭合开关，发现导体棒AB向右运动，这说明 ； (2)在（1）的基础上又进行了如下操作： ①断开开关，只对调电源的正、负极，再闭合开关，发现导体棒AB向左运动，这说明通电导体的受力方向与 有关； ②断开开关，只对调磁体的N、S两极，再闭合开关，发现导体棒AB向左运动，这说明通电导体的受力方向与 有关； ③断开开关，同时将磁体的N、S两极和电源的正、负极对调，再闭合开关，会看到导体棒AB向 运动； (3)实验中通过观察导体的运动方向来判断导体在磁场中的受力方向，这运用了 法； (4)通电后，导体棒AB在运动的过程中将 能转化为 能。 【答案】(1)通电导体在磁场中受到力的作用 (2) 电流方向 磁场方向 右 (3)转换 (4) 电 机械 【详解】（1）将导体棒AB放在蹄形磁体磁场中，未闭合开关前，电路中没有电流，导体静止不动，闭合开关后，电路中有电流，导体运动，说明通电导体在磁场中受到力的作用。 （2）[1]只对调电源的正、负极，电流方向改变，其他因素不变，再闭合开关，会发现导体棒AB的运动方向与对调前的运动方向相反，根据控制变量法，这说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关。 [2]只对调磁体的N、S两极，磁场方向改变，其他因素不变，再闭合开关，会发现导体棒AB的运动方向与对调前的运动方向相反，根据控制变量法，这说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关。 [3]同时将磁体的N、S两极和电源的正、负极对调，磁场方向和电流方向都改变，再闭合开关，导体棒AB的受力方向不变，则会看到其运动方向与对调前相同，仍为向右。 （3）实验中通过容易观察的运动方向，来判断不易观察的导体在磁场中的受力方向，这运用的是转换法。 （4）[1][2]导体通电后的运动过程消耗电能，所以导体棒AB在运动的过程中能量转化形式是将电能转化为机械能。 探究二、让线圈在磁场中转起来 【思考】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？ 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。 1. 实验——通电线圈在磁场中转动 【实验目标】 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。 【实验现象】 将通电线圈放入磁场中，线圈会转过一个角度，但不能持续转动。 【原因分析】 通电后，线圈受力开始转动，当线圈转到平衡位置（线圈平面与磁场垂直）时，受到的力是一对平衡力，线圈会因惯性越过该位置。但越过平衡位置后，受力方向会阻碍其继续沿原方向转动。 【解决方案假想】线圈不能连续转动的原因是圈线越过平衡位置后，所受的力方向与运动方向相反。而磁场中导体受力的方向与电流方向和磁场方向都有关系。 假想一：当线圈转到平衡位置时，立即改变电流的方向。 假想二：当线圈转到平衡位置时，立即改变磁场的方向。 这样就可以让线圈依然受到原来方向的力，从而实现连续的转动。 2. 换向器 为了让线圈能够做到连续转动，我们一般采用改变电流方向的方法，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，实际的电动机可以通过换向器来实现。 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。 换向器的结构：由两个彼此绝缘的铜半环E、F（换向片）和电刷A、B组成。 换向器的工作原理：通过电刷与换向片的滑动接触，保证线圈每转半周，电流方向改变一次，使线圈受到的力始终推动它朝同一方向转动。 【例题3】某个LED灯发光的颜色与通过其电流方向的关系如图甲所示；将该LED灯与线圈abcd连接后，在两次实验中线圈abcd的转动情况分别如图乙、丙所示。下列说法正确的是（　　） A．图乙中ab与cd所受磁场力的方向相同 B．乙、丙两图中ab边所受磁场力方向相同 C．图丙中的LED灯发黄光 D．乙、丙两图中流经线圈abcd的电流方向相同 【答案】C 【详解】A．由图乙可知，ab与cd的电流方向不同，而磁场方向相同，故所受磁场力的方向不同，故A错误； B．由图乙、丙可知，在两次实验中电源方向相反，电路其他元件相同，则ab边的电流方向不同，而磁场方向相同，故所受磁场力的方向不同，故B错误； CD．由图乙、丙可知，在两次实验中电源方向相反，电路其他元件相同，则两图中流经线圈abcd的电流方向不同，图乙中LED灯电流方向为B进A出，图丙中LED灯电流方向为A进B出，由图甲知图丙中的LED灯发黄光，故D错误，C正确。 故选C。 【例题4】如图所示，使线圈位于磁体两磁极间的磁场中。 (1)使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，发现线圈并没有运动，这是因为这个位置是线圈的平衡位置，此时线圈上下两个边所受的力大小 （选填“相等”或“不相等”）； (2)使线圈静止在图甲位置上，闭合开关，线圈受力沿顺时针方向转动，并由于 而越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置； (3)使线圈静止在图丙的位置上，这是线圈冲过平衡位置以后所到达的地方，闭合开关，线圈沿逆时针方向转动。由此我们可以分析出线圈不能连续转动的原因是 ； (4)生活中的电动机都能连续转动且具有平稳的动力，实际的电动机是通过 来实现这一目的，它的作用是 （填字母）。 A．改变磁感线的方向        B．改变线圈的转动方向 C．改变线圈中的电流方向    D．使线圈中的电流方向和转动方向同时改变 【答案】(1)相等 (2)惯性 (3)越过平衡位置后，受到的力会阻碍线圈的转动 (4) 换向器 C 【详解】（1）由图乙知，线圈处于平衡位置，受力平衡，由二力平衡可知，此时线圈上下两个边所受的力大小相等。 （2）由图甲知，线圈受力沿顺时针方向转动，转到平衡位置时，线圈不会立即停下来，会转过平衡位置，这是由于线圈自身具有惯性。 （3）由图丙知，线圈各边受力的方向不变，冲过平衡位置以后线圈受到的力会使其逆时针转动返回平衡位置，与原顺时针方向相反，故可分析出越过了平衡位置以后线圈不能连续转动，是因为受到的力阻碍线圈继续转动。 （4）[1]实际的电动机中，是在线圈刚转过平衡位置时改变线圈中电流的方向，改变线圈受力情况，使线圈持续转动，换向器可以起到这个作用，所以实际的电动机是通过安装换向器来实现持续转动的。 [2]根据通电导线在磁场中的受力作用，换向器通过改变线圈中电流的方向，改变线圈受力的方向，使线圈继续保持原转动方向不变。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 探究三、电动机与人类文明 1. 电动机 （1）电动机的主要构造：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。 （2）电动机的工作原理：利用磁场对电流的作用使线圈受力转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，从而使转子持续转动。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。 2. 现代生活中的电动机应用 电动机的应用：电动机的发明和应用是第二次科技革命的核心标志之一，极大地推动了生产力发展和社会进步，是现代工业、交通和日常生活不可或缺的动力来源。 家用电器：电风扇、洗衣机、吸尘器等。 交通工具：电动自行车、电动汽车、电力机车等。 工业生产：机床、风机、水泵、机器人等。 【例题5】利用如图甲所示的装置观察磁场对通电直导线的作用。 (1)应在M、N之间接入 （选填“灵敏电流计”“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒AB应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）。 (2)如图乙所示，给线圈abcd通电后，cd段导线所受磁场力的方向与ab段导线所受磁场力的方向 （选填“相同”或“相反”），理由是磁场方向相同， 。 (3)如图丙所示，小明自制了一个电动机，将线圈漆包线其中一端的漆全刮掉，另一端的漆刮掉半周，这样能使线圈在平衡位置附近时 （选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”）。 【答案】(1) 电源 铝棒 (2) 相反 电流方向相反 (3)切断线圈中的电流 【详解】（1）[1]如图甲所示的装置需要观察磁场对通电直导线的作用，故此导线中应有电流通过，在M、N之间接入电源。 [2]图甲所示的装置中有磁体，磁体会吸引铁钴镍一类物质，导体棒不能选用铁棒，故此导体棒AB应选用轻质的铝棒。 （2）[1] [2]磁场对通电直导线的作用力的方向与磁场方向和电流方向有关。图乙所示磁场方向不变，cd段导线与ab段导线通过的电流方向相反，故此cd段导线所受磁场力的方向与ab段导线所受磁场力的方向相反。 （3）线圈在平衡位置附近时刚好线圈的一端转到没刮掉漆的位置，即此时一端为绝缘部分，电路断路切断线圈中的电流，线圈利用惯性继续转动从而改变线圈中的电流方向。 【例题6】如图直流电动机（已安装换向器）的两个不同时刻的工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．甲图导线ab和乙图导线cd电流方向相反，受力方向相反 B．从上往下看，线圈中电流方向都是逆时针方向 C．导线cd在这两个时刻电流方向相同，转动方向相同 D．导线ab在这两个时刻电流流向不同，受力方向不同 【答案】D 【详解】A．由图示可知，导线ab在甲图中电流方向是由b到a的，受力方向是竖直向下的，导线cd在乙图中电流方向是由c到d的，受力方向是竖直向下的，故A错误； B．由图可知，从上往下看，线圈中电流方向都是顺时针方向，故B错误； C．导线cd在甲图中电流方向是由d到c的，受力方向是竖直向上的，在乙图中电流方向是由c到d的，受力方向是竖直向下的，故C错误； D．由图示可知，导线ab在甲图中电流方向是由b到a的，受力方向是竖直向下的，在乙图中电流方向是由a到b的，受力方向是竖直向上的，故D正确。 故选D。 【精讲点拨】 1. 磁场对电流的作用：通电导体在磁场中受力，受力方向与电流方向、磁场方向有关。 2. 电动机原理：通电线圈在磁场中受力转动，通过换向器改变电流方向实现连续转动，将电能转化为机械能。 3. 电动机结构：主要由定子（磁体）和转子（线圈）组成，核心部件是换向器。 4. 电动机广泛应用于生产生活，是人类文明进入电气时代的重要驱动力。 【归纳整理】 2 磁场对电流的作用 【课堂练习】 1．如图为一种无链条电动自行车，它结合了人体动力和电池动力，骑行者踩脚踏板产生的动能可转化为电能补充在锂电池内，之后通过锂电池驱动后轮前行，下列关于人体动力和电池动力的原理正确的（　　） A．丙丁 B．甲丁 C．甲乙 D．乙丙 【答案】B 【详解】人体动力是将机械能转化为电能，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中产生感应电流，是电磁感应现象，电池动力是利用通电导体在磁场里受力运动的原理制成的，将电能转化为机械能； 图甲中闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中产生感应电流，是电磁感应现象； 图乙中是奥斯特实验，证明了电流周围可以产生磁场； 图丙中是探究电磁铁磁性的强弱，是电流的磁效应； 图丁中有电源，通电导体在磁场中受力会发生运动，是电动机的原理。 综上，图甲，图丁符合题意。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 2．如图所示，闭合开关，将导体ab水平向右移动，导体cd也随之运动起来。下列说法正确的是（    ） A．甲装置运用的原理是电磁感应 B．甲装置把电能转化为机械能 C．乙装置产生的现象在生活中的应用是发电机 D．若导体ab水平向左移动，导体cd的运动方向不变 【答案】A 【详解】AB．将导体ab水平向右移动，即闭合电路的部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动，故导体ab中有感应电流产生，则甲装置运用的原理是电磁感应现象，此过程中将机械能转化为电能，故A正确，B错误； C．当导体ab中产生的感应电流通过导体cd时，由于磁场对通电导体有力的作用，则导体cd由于受到力的作用将会发生运动，故乙装置产生的现象的应用是电动机，故C错误； D．感应电流的方向与磁场方向和运动方向有关，若导体ab水平改为向左移动，故产生的感应电流方向改变，则通过导体cd的电流方向也发生改变，由于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，故导体cd的运动方向也发生改变，故D错误。 故选A。 3．小明用如图所示的实验装置探究磁场对通电导线的作用，闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，下列措施可行的是（　　） A．断开开关 B．将蹄形磁体的N、S极对调 C．换用磁性更强的蹄形磁体 D．将滑动变阻器的滑片P向右移动 【答案】B 【详解】闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，可以将蹄形磁体的N、S极对调，改变磁场方向或者将电源的正、负极对调，改变电流方向，改变通电导体的受力方向，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 4．如图所示，2025年央视春晚的机器人节目表演《决BOT》节目中，扭秧歌的机器人身体上安装了几十个关节电动机，实现非常精细的动作控制。这些电动机是 （选填“并”或“串”）联的；它们工作的过程将 能转化为 能，机器人的电源线外皮通常用橡胶或塑料制作，是因为这些材料是 体。 【答案】 并 电 机械 绝缘 【详解】[1]并联电路中各支路用电器可独立工作、互不影响，机器人的每个关节电动机需要单独控制动作，因此采用并联方式。 [2][3]电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，工作时消耗电能，获得机械能，实现电能到机械能的转化。   [4]橡胶或塑料的导电性极差，属于绝缘体，可防止电源线内部导线漏电，避免触电风险，因此常用作电源线外皮。   5．换向器作用：当线圈刚转过平衡位置时，就立即改变线圈中的 ，转过平衡位置后，线圈两边的 就会改变，线圈就按照原来的方向继续转动。 【答案】 电流方向 受力方向 【详解】[1][2]换向器为两个导体制成的半环，分别接在线圈的两端，每个半环与位置固定的两个电刷分别接触，随线圈转动为线圈提供电流。当线圈转过平衡位置时，半环接触另一电刷，改变了线圈中的电流方向，从而改变了线圈受到的力的方向，使线圈能够继续转动。 6．下列图片所示的是直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，其中图 （选填“甲”或“乙”）的线圈恰好处于平衡位置。当线圈刚转过平衡位置时， （选填“”或“”）部件能自动改变线圈中的电流方向，从而使通电线圈在磁场中连续转动。电动机工作时，把电能转化为 能。 【答案】 乙 CD 机械 【详解】[1][2][3]如图所示是直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，其中乙图的线圈恰好处于平衡位置，此时线圈不受力的作用。当线圈转动到平衡位置时，CD部件能自动改变线圈中的电流方向，使线圈在后半圈也能获得力的作用，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。电动机工作时，消耗电能，获得机械能，是把电能转化为机械能。 7．在“探究电动机为什么会转动”的实验中。 (1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周围也存在 ，磁体会对通电导体产生力的作用吗？ (2)如图所示，将一根导体ab置于蹄形磁体的两极之间，闭合开关前，导体静止不动，闭合开关后，导体 ，说明磁场对通电导体有力的作用。 (3)断开开关，将图中磁体的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。 (4)断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向 ，说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关。 (5)如果同时改变磁场方向和电流方向， （选填“能”或“不能”）确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 【答案】(1)磁场 (2)运动 (3)磁场方向 (4)相反 (5)不能 【详解】（1）由奥斯特实验可知，通电导体周围存在磁场，则磁体可能会对通电导体产生力的作用。 （2）将一根导体ab置于蹄形磁体的两极之间，闭合开关前，导体静止不动，闭合开关后，发现通电导体ab在金属轨道上发生了运动，由于力是改变物体运动状态的原因，故说明磁场对通电导体具有力的作用。 （3）将磁体的N、S极对调（即改变了磁场方向），会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关。 （4）将电源的正、负极对调（即改变了通电导体中的电流方向），会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，这说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关。 （5）根据控制变量法可知，实验时只改变其中一个因素，而保持另一个因素不变，才能确定该因素对通电导体受力方向的影响。如果同时改变磁场方向和电流方向，不符合控制变量法，故不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2 磁场对电流的作用（导学案） 【学习目标】 1. 通过实验探究，知道通电导线在磁场中会受到力的作用。 2. 理解通电导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的关系。 3. 知道电动机的基本构造、工作原理及其能量转化。 4. 认识电动机在生产生活中的广泛应用及其对人类文明发展的意义。 【学习重点】 1.通电导线在磁场中受力的方向与电流方向、磁场方向的关系；2.换向器的作用及电动机的工作原理。 【学习难点】左手定则的应用；换向器实现线圈连续转动的原理。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 实验表明：通电导线在 中受力的作用。力的方向与 的方向， 的方向有关。 2. 从能量角度来看，磁场对电流的作用，表明 能可以转化为 能，据此，科学家提出了 的猜想。 3. 电动机与 具有类似的结构，把 放在磁场中，使它转动，从而将 能转化为 能。 4. 每当线圈刚转过 时，立刻改变线圈中的 方向，线圈就可以不停的转动下去。 5. 利用磁场对 的作用使线圈转动，同时利用 及时改变线圈中的 方向，从而保证线圈的持续转动，这就是直流电动机的工作原理。 【课堂探究】 探究一、磁场对通电导线的作用 1. 实验探究——让通电导线在磁场中动起来 【思考】磁体会在周围形成磁场，磁体间通过磁场可以产生相互的作用力。而通电导线也会在周围形成磁场，那么通电导线在磁场中是否也会受到力的作用？如果受力，这个力又和哪些因素有关？ 【猜想与假设】 （1）通电导线在磁场中会受到力的作用； （2）力的方向可能与 方向、 方向有关。 【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 【实验一】按照图示连接电路，将直导线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。闭合开关，观察发生的现象。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动。 【实验结论一】通电导体在磁场中会受到 的作用。 【实验二】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。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时 。 【实验结论二】磁场方向一定时，改变电流方向，磁场中导体运动方向 。 【实验三】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。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时 。 【实验结论三】电流方向一定时，改变磁场方向，磁场中导体运动方向 。 【实验四】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。 【实验现象】闭合开关后，直导体ab在光滑导轨上运动，且运动的方向与第一次实验时 。 【实验结论四】电流方向和磁场方向同时改变时，磁场中导体运动方向 。 【总结归纳】 （1）通电导线在磁场中受到力的作用； （2）通电导线在磁场中受到力的方向跟 的方向、 的方向都有关系。 当电流的方向或者磁场的方向改变时，通电导线受力的方向 。 当电流的方向和磁场的方向同时改变时，通电导线受力的方向 。 2. 电动机的发明 通电导线在磁场中受到力的作用后开始运动，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， 已成为电气时代的标志。不管是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，这些都得益于电动机。 【例题1】如图所示，为某直流电动机的原理图，定子是电磁铁，转子是线圈。开关闭合后，电动机的线圈可以顺时针转动。若保持其他装置不变，只对调电源的两极， （选填“能”或“不能”）使此电动机的线圈反向转动。 【例题2】如图所示，导体棒AB放在蹄形磁体磁场中的水平金属轨道上。 (1)闭合开关，发现导体棒AB向右运动，这说明 ； (2)在（1）的基础上又进行了如下操作： ①断开开关，只对调电源的正、负极，再闭合开关，发现导体棒AB向左运动，这说明通电导体的受力方向与 有关； ②断开开关，只对调磁体的N、S两极，再闭合开关，发现导体棒AB向左运动，这说明通电导体的受力方向与 有关； ③断开开关，同时将磁体的N、S两极和电源的正、负极对调，再闭合开关，会看到导体棒AB向 运动； (3)实验中通过观察导体的运动方向来判断导体在磁场中的受力方向，这运用了 法； (4)通电后，导体棒AB在运动的过程中将 能转化为 能。 探究二、让线圈在磁场中转起来 【思考】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？ 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 能转化为 能。 1. 实验——通电线圈在磁场中转动 【实验目标】 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。 【实验现象】 将通电线圈放入磁场中，线圈会转过一个角度，但不能持续转动。 【原因分析】 通电后，线圈受力开始转动，当线圈转到平衡位置（线圈平面与磁场 ）时，受到的力是一对平衡力，线圈会因 越过该位置。但越过平衡位置后，受力方向会 其继续沿原方向转动。 【解决方案假想】线圈不能连续转动的原因是圈线越过平衡位置后，所受的力方向与运动方向相反。而磁场中导体受力的方向与电流方向和磁场方向都有关系。 假想一：当线圈转到平衡位置时，立即改变 的方向。 假想二：当线圈转到平衡位置时，立即改变 的方向。 这样就可以让线圈依然受到原来方向的力，从而实现连续的转动。 2. 换向器 为了让线圈能够做到连续转动，我们一般采用改变电流方向的方法，每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次 方向，线圈就可以不停地转动下去了，实际的电动机可以通过 来实现。 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 改变一次，使线圈持续转动。 换向器的结构：由两个彼此绝缘的铜半环E、F（换向片）和电刷A、B组成。 换向器的工作原理：通过电刷与换向片的滑动接触，保证线圈每转 ， 方向改变一次，使线圈受到的力始终推动它朝同一方向转动。 【例题3】某个LED灯发光的颜色与通过其电流方向的关系如图甲所示；将该LED灯与线圈abcd连接后，在两次实验中线圈abcd的转动情况分别如图乙、丙所示。下列说法正确的是（　　） A．图乙中ab与cd所受磁场力的方向相同 B．乙、丙两图中ab边所受磁场力方向相同 C．图丙中的LED灯发黄光 D．乙、丙两图中流经线圈abcd的电流方向相同 【例题4】如图所示，使线圈位于磁体两磁极间的磁场中。 (1)使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，发现线圈并没有运动，这是因为这个位置是线圈的平衡位置，此时线圈上下两个边所受的力大小 （选填“相等”或“不相等”）； (2)使线圈静止在图甲位置上，闭合开关，线圈受力沿顺时针方向转动，并由于 而越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置； (3)使线圈静止在图丙的位置上，这是线圈冲过平衡位置以后所到达的地方，闭合开关，线圈沿逆时针方向转动。由此我们可以分析出线圈不能连续转动的原因是 ； (4)生活中的电动机都能连续转动且具有平稳的动力，实际的电动机是通过 来实现这一目的，它的作用是 （填字母）。 A．改变磁感线的方向        B．改变线圈的转动方向 C．改变线圈中的电流方向    D．使线圈中的电流方向和转动方向同时改变 探究三、电动机与人类文明 1. 电动机 （1）电动机的主要构造：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 ；固定不动的部分（磁体）叫作 。电动机工作时，转子在定子中转动。 （2）电动机的工作原理：利用磁场对电流的作用使线圈受 转动，同时通过 及时改变线圈中的 方向，从而使转子持续转动。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。 2. 现代生活中的电动机应用 电动机的应用： 的发明和应用是第二次科技革命的核心标志之一，极大地推动了生产力发展和社会进步，是现代工业、交通和日常生活不可或缺的动力来源。 家用电器：电风扇、洗衣机、吸尘器等。 交通工具：电动自行车、电动汽车、电力机车等。 工业生产：机床、风机、水泵、机器人等。 【例题5】利用如图甲所示的装置观察磁场对通电直导线的作用。 (1)应在M、N之间接入 （选填“灵敏电流计”“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒AB应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）。 (2)如图乙所示，给线圈abcd通电后，cd段导线所受磁场力的方向与ab段导线所受磁场力的方向 （选填“相同”或“相反”），理由是磁场方向相同， 。 (3)如图丙所示，小明自制了一个电动机，将线圈漆包线其中一端的漆全刮掉，另一端的漆刮掉半周，这样能使线圈在平衡位置附近时 （选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”）。 【例题6】如图直流电动机（已安装换向器）的两个不同时刻的工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．甲图导线ab和乙图导线cd电流方向相反，受力方向相反 B．从上往下看，线圈中电流方向都是逆时针方向 C．导线cd在这两个时刻电流方向相同，转动方向相同 D．导线ab在这两个时刻电流流向不同，受力方向不同 【精讲点拨】 1. 磁场对电流的作用：通电导体在磁场中受力，受力方向与电流方向、磁场方向有关。 2. 电动机原理：通电线圈在磁场中受力转动，通过换向器改变电流方向实现连续转动，将电能转化为机械能。 3. 电动机结构：主要由定子（磁体）和转子（线圈）组成，核心部件是换向器。 4. 电动机广泛应用于生产生活，是人类文明进入电气时代的重要驱动力。 【归纳整理】 2 磁场对电流的作用 【课堂练习】 1．如图为一种无链条电动自行车，它结合了人体动力和电池动力，骑行者踩脚踏板产生的动能可转化为电能补充在锂电池内，之后通过锂电池驱动后轮前行，下列关于人体动力和电池动力的原理正确的（　　） A．丙丁 B．甲丁 C．甲乙 D．乙丙 2．如图所示，闭合开关，将导体ab水平向右移动，导体cd也随之运动起来。下列说法正确的是（    ） A．甲装置运用的原理是电磁感应 B．甲装置把电能转化为机械能 C．乙装置产生的现象在生活中的应用是发电机 D．若导体ab水平向左移动，导体cd的运动方向不变 3．小明用如图所示的实验装置探究磁场对通电导线的作用，闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，下列措施可行的是（　　） A．断开开关 B．将蹄形磁体的N、S极对调 C．换用磁性更强的蹄形磁体 D．将滑动变阻器的滑片P向右移动 4．如图所示，2025年央视春晚的机器人节目表演《决BOT》节目中，扭秧歌的机器人身体上安装了几十个关节电动机，实现非常精细的动作控制。这些电动机是 （选填“并”或“串”）联的；它们工作的过程将 能转化为 能，机器人的电源线外皮通常用橡胶或塑料制作，是因为这些材料是 体。 5．换向器作用：当线圈刚转过平衡位置时，就立即改变线圈中的 ，转过平衡位置后，线圈两边的 就会改变，线圈就按照原来的方向继续转动。 6．下列图片所示的是直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，其中图 （选填“甲”或“乙”）的线圈恰好处于平衡位置。当线圈刚转过平衡位置时， （选填“”或“”）部件能自动改变线圈中的电流方向，从而使通电线圈在磁场中连续转动。电动机工作时，把电能转化为 能。 7．在“探究电动机为什么会转动”的实验中。 (1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周围也存在 ，磁体会对通电导体产生力的作用吗？ (2)如图所示，将一根导体ab置于蹄形磁体的两极之间，闭合开关前，导体静止不动，闭合开关后，导体 ，说明磁场对通电导体有力的作用。 (3)断开开关，将图中磁体的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。 (4)断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向 ，说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关。 (5)如果同时改变磁场方向和电流方向， （选填“能”或“不能”）确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $