20.5 跨学科实践：制作简易直流电动机 同步练习-2025-2026学年人教版物理九年级全一册

20.5跨学科实践:制作简易直流电动机 学校:_姓名:_班级:_考号:_ 一、单选题 1.一台组装齐全的直流电动机模型,接通电源后电动机不转,用手拨动一下转子后,线圈转子就正常转动起来,则它开始时不转的原因可能是( ) A.线圈正好处于其平面与磁场方向垂直的位置 B.电刷与换向器接触不良 C.磁铁的磁性不强或线圈中的电流不够大 D.线圈内部断路 2.如图所示为直流电动机工作原理图,则( ) A.线圈转动的工作原理是电磁感应 B.线圈中的电流方向始终不变 C.线圈转动时将电能全部转化为机械能 D.只改变电源正负极,线圈转动方向会改变 3.如图所示为直流电动机工作原理图,下列分析正确的是( ) A.电动机通电后不转,一定是电路断路 B.没有换向器也可实现持续转动 C.将磁体的磁极对调一下可以使电动机的转速增大 D.改变磁场方向可以改变线圈转动的方向 4.如图所示,小翔同学做了一个小直流电动机模型。同学们围着观看线圈的持续转动,一起分享着他的成果。下列关于此直流电动机模型的说法,你认为正确的是( ) A.此电动机模型是根据电磁感应的原理制成的 B.转动过程中,CD边始终受到磁场力 C.绕制线圈时,如果没有漆包线,可以用普通的铜导线代替 D.线圈两端(作为转轴)的漆皮一端全部刮去,另一端刮去半周,这样可持续转动 5.关于直流电动机,下列叙述正确的是( ) A.直流电动机的原理是电流的磁效应 B.直流电动机正常工作时,是将电能转化为内能 C.直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的 D.电源的正、负极和磁场的方向同时改变,直流电动机的转动方向也改变 6.直流电动机工作时,换向器自动改变线圈中电流方向的位置是( ) A.线圈刚越过平衡位置 B.线圈转到任意位置 C.线圈平面与磁感线平行 D.线圈平面与磁感线成45 角 7.关于换向器,以下说法中错误的是( ) A.直流电动机中的换向器是由两个彼此绝缘的半圆金属环制成的 B.当直流电动机的线圈刚过平衡位置时,换向器能立即改变线圈中的电流方向 C.线圈在磁场内每转动一周,换向器就将线圈中的电流方向改变2次 D.直流电动机的换向器是将线圈中的直流电变成外电路的交流电 8.如图所示为小明同学制作的简易直流电动机模型.支架与电池两极相连,以漆包线矩形线圈引线为轴,一端漆皮全部刮去,另一端刮去上半周,将线圈放在带有磁体支架上,轻推线圈,线圈就会连续转动。关于此电机模型,下列说法正确的是( ) A.线圈在连续转动的过程中,存在断路现象 B.支架是用绝缘体做成的 C.线圈越过平衡位置时,会自动改变线圈中的电流方向,使线圈连续转动 D.该模型是利用电磁感应的原理工作的 9.关于下图,说法正确的是 A.这是直流电动机示意图,线圈因受到磁场的作用力而转动 B.这是直流电动机示意图,线圈转动的过程中,线圈中不会产生感应电流 C.这是交流发电机示意图,此时导线切割磁感钱,线圈中产生感应电流 D.这是交流发电机示意图,工作时主要是将机械能转化为电能 10.如图是直流电动机,下列选项图中,其对应的工作原理图是( ) A. B. C. D. 二、填空题 11.电动机在我们的生活中扮演越来越重要的角色,大到电动汽车的应用,小到玩具电动汽车,无处没有它的身影。如图1为一玩具直流电动机,根据我们所学回答与之有关的问题: (1)直流电动机的工作原理是 ,它在工作时把 能转化为 能; (2)同时改变直流电动机的磁场和电流方向,它的转动方向 (选填“改变”“不变”); (3)小明在学了电动机知识后,回家做了一个电动机模型如图2,他将线圈两端引线的漆皮,一端全部刮掉,要使线圈能连续转动,则另一端的漆皮应刮 (选填“半周”“全部”); (4)按图3的电路把灯泡、电动机接入电路,观察到电机转起来,同时灯泡发光。如果用手指捏住玩具电动机的转轴使其转动变慢最后完全停下来,灯泡的亮度将变 (选填“亮”“暗”),通过电动机的电流将 (选填“变大”“不变”“变小”)。 12.如图是直流电动机提升重物的示意图,电源电压U为110V且保持不变,电路中的电流为5A,重500N的物体在电动机带动下以0.9m/s的速度匀速上升(不计各处摩擦及绳重),则电动机线圈的电阻为 。 13.如甲所示,在安装直流电动机模型的实验中,要改变线圈的转动方向,除了改变磁场方向外,还可以采用的方法是 .完成以上实验后,取下电源换上小灯泡,在模型的转轴上绕上细线,如图乙所示,然后快速拉动细线,使线圈转动起来,结果小灯泡发光,此时,这模型就相当于 .如果图甲装置消耗的电能与图乙装置产生的电能相等,则图甲产生的机械能 (填“大于”“小于”或“等于”)图乙消耗的机械能. 14.如图某兴趣小组制作的直流电动机结构简图,闭合开关,轻轻地拨动铜线圈后线圈便转动起来,线圈转起来的原因是 。若想让线圈的转动速度变快,你可以采取的方法是 (写一条合理方法即可)。 15.一台直流电动机额定电压为220V,其电阻为1 。正常工作时通过的电流为20A,则该电动机的额定功率是 kW,电动机连续正常工作10min,电动机因本身有电阻而发热损失的电能为 J。 三、实验题 16.学习了电磁转换知识后,小明利用一节干电池、一个硬铜导线框和纽扣强磁体,组装成一个简易电动机,如图所示。 (1)同时放手后可观察到导线框abcd以干电池为轴转动起来,导线框转动起来的原理是 。 (2)若要改变导线框转动的方向,可以 ;若要改变导线框转动的速度,可以 。 (3)导线框转动的能量由 能转化而来。 四、综合题 17.在科学实践活动中,某小组开展了“设计电动门”的项目化学习活动。下面是该小组的实践过程,请帮助他们完成下列内容。 (1)普通门 正常开门时,人给门把手推力,门会绕着门轴转动。如图甲所示,此时的门相当于一个省力还是费力杠杆? ; (2)弹簧门 如图乙所示,这是一种弹簧门,门上装有如图丙所示的弹簧合页,当人推开弹簧门时,合页中的弹簧在外力作用下发生形变时,会产生一种弹力,弹力的方向指向弹簧发生 (选填“弹性形变”或“弹性形变相反”)的方向,使门自动复位; (3)电动门 ①将门把手与电动机相连,通电后电动机代替人给门把手施加力,此时门打开。电动机是利用通电导体在 中受到力的作用来工作的,电动机将电能转化为 ; ②指示灯的设计 在一些特殊场所,需要指示出门的具体位置,便于人们观察寻找。若指示灯正常工作的功率为 2W,指示灯正常工作20h,消耗的电能是 kW h; ③设计自动感应功能 该小组进一步优化了电动门的自动控制部分。在电路中,安装了光控开关。当有人来到门前一定距离时,光控开关会自动闭合,电动机启动,门打开。当人离开电动门一定距离后,光控开关会自动断开,门关闭。图丙中的电磁铁有电流通过时,会吸引下衔铁,指示灯熄灭。则光控开关安装的最佳位置是 (选填“a”或“b”)。 18.福建舰是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰,与辽宁舰和山东舰比较,福建舰在吨位、弹射技术等方面都实现了全面提升,极大地激发了船模小组同学们的科技创新热情。他们对制作的如图(a)所示的船模进行了测试改进。 (1)测试准备: 由于几艘船模并排行驶时,两船之间水的流速大,压强 ,对行船安全造成影响,同学们将几艘船模分别进行测试; (2)稳定性测试改进: 船模在水中行驶时,左右摇晃。为保证船身平稳,同学们将船舱底部分隔成若干个货舱,将不易滚动的垫圈合理放在货舱内,降低船模的 ,增强其稳定性; (3)转向性测试改进: 同学们利用AI技术辅助优化了船模的动力系统,结构简图如图(b)所示。动力系统由两个电动机、传动装置和螺旋桨共同组成,安装在船尾,其工作原理如图(c)所示。螺旋桨安装在电动机 (填“A”或“B”)上,能为船模提供前进动力;转向时,另一个电动机可以带动它们一起摆动一定角度改变行船方向。船前进的过程中,要实现船头向左转向,应使螺旋桨向 摆动; (4)载货量测试改进: 为了测量船模的载货量,往船舱中继续加入垫圈,观察到船体进入水中的深度越来越 。总共加入30个垫圈后,水面刚好到达船舷上缘,若以此时的载货量行驶,容易导致货舱进水。为保证行船安全,应在船舷上标记设计吃水线,如图(d)所示,船模行驶时的水面不能超过其设计吃水线; 同学们收集不同类型、吨位船舶的数据资料,如下表所示: 船舶主尺度/m 项目 18万吨散装货船 6.9万吨成品油船 5万吨散装货船 总长 292.0 229.6 182.7 型宽 45.0 34.2 32.2 型深 25.0 21.0 20.0 设计吃水深 16.0 14.0 13.8 为方便计算,同学们将船模近似看成船底水平、船身竖直的柱状结构,并测得船模的质量为210g,每个垫圈的质量为15g。根据表格中数据的平均情况分析,该船模在测试水槽中安全行驶时,最多可承载 个这样的垫圈; (5)展望与优化: AI技术的飞速发展为船模小组同学们的创新注入了无限可能,期待同学们有更多突破性的成果! 学科网(北京)股份有限公司 《20.5跨学科实践:制作简易直流电动机》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A D D D C A D A A A 1.A 【详解】用手拨动一下转子后,线圈转子就正常转动起来,这说明了电路没有断路,也没有接触不良,也不可能是磁铁的磁性不强或线圈中的电流不够大,只有可能是线圈正好处于其平面与磁场方向垂直的位置,相对的两边受力大小相等,方向相反,并处于同一条直线上,从而使线圈不能转动,故选A。 2.D 【详解】A.直流电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动,这是电能转化为机械能的过程;电磁感应是发电机的工作原理,是机械能转化为电能的过程,故A不符合题意; B.线圈转动到平衡位置时,换向器会改变线圈中的电流方向,从而使线圈持续转动。因此,线圈中的电流方向是周期性改变的,故B不符合题意; C.线圈在转动时,由于线圈有电阻,会产生热量,所以电能会转化为机械能和内能,而不是全部转化为机械能,故C不符合题意; D.通电线圈在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向有关。只改变电源正负极,会改变线圈中的电流方向,而磁场方向不变,所以线圈的受力方向会改变,从而导致线圈的转动方向改变,故D符合题意。 故选D。 3.D 【详解】A.电动机通电后不转的可能原因:电流太小、磁场磁性太弱、电路断路、线圈处于平衡位置,故A错误; B.换向器在线圈刚转过平衡位置时,能自动改变线圈中的电流方向,能使线圈连续转动下去,没有换向器无法实现持续转动,故B错误; C.对调磁极只会使线圈受力方向发生改变,不会改变线圈受力的大小,线圈转动的速度将不变,故C错误; D.线圈转动方向跟电流方向和磁场方向有关,改变其中一者,线圈转动方向改变;同时改变两者,线圈转动方向不变,因此改变磁场方向可以改变线圈转动的方向,故D正确。 故选D。 4.D 【详解】A.电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的,故A错误; BD.为了使线圈能持续转动,采取的办法是将线圈两端引线的漆皮一端全部刮去,另一端只刮半周,这样就可以让线圈转动时,有半周通电受力而转动,另外半周不通电依靠惯性继续转动,从而实现连续转动,故B错误,D正确; C.绕制线圈时,如果用普通的铜导线代替,会造成电源短路,不能正常工作,故C错误。 故选D。 5.C 【详解】A.直流电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动,电磁铁的工作原理是电流的磁效应,故A错误; B.直流电动机正常工作时,消耗电能,产生机械能,所以直流电动机正常工作时是将电能转化为机械能,故B错误; C.直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的,换向器是用来改变电流的方向,故C正确; D.电源的正负极和磁场的方向同时改变,直流电动机的转动方向不变,只改变其中一个时,直流电动机的转动方向会发生变化,故D错误。 故选C。 6.A 【详解】当线圈平面转动到与磁感线垂直的位置时,线圈的两个边受到两个大小相等、方向相反且作用在同一条直线上的力,线圈在平衡力的作用下在平衡位置附近左右摆动,即该位置就是平衡位置。为了让电动机能够持续转动,在制作电动机时增加了换向器,线圈在平衡位置依靠惯性自动转动,当线圈刚好转过平衡位置时换向器就自动改变线圈中的电流的方向,及时改变通电线圈的受力方向,保证电动机能够连续转动。故A符合题意,BCD不符合题意。 故选A。 7.D 【详解】A.直流电动机中的换向器是由两个彼此绝缘的半圆金属环组成,用来改变线圈中的电流方向,故A正确,不符合题意; B.当直流电动机的线圈刚过平衡位置时,换向器能及时改变线圈中的电流方向,使线圈受到持续的动力作用而持续转动,故B正确,不符合题意; C.线圈在磁场内每转动一周,会两次经过平衡位置,每经过一次平衡位置,换向器就改变一次线圈中的电流方向,所以转动一周,换向器将线圈中的电流方向改变2次, 故C正确,不符合题意; D.直流电动机的换向器的作用是改变线圈中的电流方向,从而使线圈持续转动,外电路始终为直流电,并非将线圈中的直流电变成外电路的交流电, 故D错误,符合题意。 故选D。 8.A 【详解】AC.将线圈两端引线的漆皮,一端全部刮掉,另一端只刮半周,线圈在转动的过程中,电流的方向不变,只有半周有电流,线圈由于具有惯性能持续地转动下去,故A正确,C错误; B.实验中需要用支架连接线圈和电源,则支架是用导体制成的,故B错误; D.电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动,故D错误。 故选 A。 9.A 【详解】由图可知,图中有电源,因此是电动机的原理图,发电机的原理图没有电源,故C、D错误;电动机是根据通电导体在磁场中受力转动的原理来工作的,线圈在转动过程中会产生感应电流,故A正确,B错误. 10.A 【详解】直流电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用来工作的; A.该装置说明通电导体在磁场中会受到力的作用,和电动机的原理相同,故A符合题意; B.该装置可以探究线圈在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流,故B不符合题意; C.该装置可以探究电磁感应现象,故C不符合题意; D.该装置可以探究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系,故D不符合题意。 故选A。 11.(1) 通电线圈在磁场中受到力的作用而转动 电 机械 (2)不变 (3)半周 (4) 亮 变大 【详解】(1)[1][2][3]通电线圈在磁场中受到力的作用而转动直流是电动机的工作原理,它在工作时把电能转化为机械能。 (2)通电导体中磁场中受力作用,力的方向与电流方向和磁场方向有关,同时改变直流电动机的磁场和电流方向,它的转动方向不变。 (3)小明在学了电动机知识后,回家做了一个电动机模型如图,他将线圈两端引线的漆皮,一端全部刮掉,要使线圈能连续转动,当线圈刚绕过平衡位置时,线圈受力方向要相反或者不受力,所以另一端的漆皮应刮半周,相当于是电动机中的换向器。 (4)[1][2]电动机为非纯电阻电器,工作时其对电流的阻碍作用大于其内部的电阻,如果用手指捏住玩具电动机的转轴使其转动变慢最后完全停下来,会导致电动机对电流的阻碍作用逐渐等于其内部电阻,由于其对电流的阻碍作用减小,通过电动机的电流将变大,灯泡的亮度将变亮。 12.4 【详解】[1]由题可知电动机的电功率为 P电=UI=110V 5A=550W 电动机的机械功率为 电动机消耗的电能等于产生的机械能与内能之和,即电动机的电功率等于机械功率与热功率之和,则热功率为 P热=P电-P机=550W-450W=100W 则电动机线圈的电阻为 13. 改变电流方向 发电机 小于 【详解】[1]通电线圈在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关,要改变线圈的转动方向,可单独改变磁场方向,也可只改变电流方向; [2]快速拉动细线,使线圈转动起来,此时线圈在磁场中做切割磁感线运动,产生感应电流,小灯泡发光,此时模型就相当于发电机; [3]甲图有一部分电能要克服摩擦做功,转变为了内能,乙图有一部分机械能转化为内能,而图甲装置消耗的电能等于图乙装置产生的电能.因此甲图产生的机械能要小于乙图消耗的机械能. 14. 磁场对电流有力的作用(或通电导体在磁场中受到力的作用) 增大电流(或增强磁场) 【详解】[1]线圈处于磁场中,闭合开关后,轻轻地拨动铜线圈,克服阻力线圈便转动起来,线圈能在磁场中不断的转动是由于磁场对电流有力的作用。 [2]线圈的转动速度变快慢与线圈受到力的大小有关,要线圈的转动速度变快,可以增大电流,也可以增强磁场。 15. 4.4 2.4 105 【详解】[1]电动机的额定功率: P=UI=220V 20A=4400W=4.4kW; [2]电动机因本身有电阻而发热损失的电能为: Q=I2Rt=(20A)2 1 600s=2.4 105 J。 16.(1)通电线圈在磁场中会受到力的作用 (2) 对调磁体的N、S极/改变线圈中电流方向 换电压更大的电池/换磁性更强的磁体 (3)电 【详解】(1)由图可知,导体、强磁体和电池组成闭合电路,导线框内有电流通过,由于通电导体在磁场中受到力的作用,故导线框abcd以干电池为轴转动起来。 (2)[1]由于通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关,因此要改变导线框转动的方向,可以对调磁体的N、S极或改变线圈中电流方向。 [2]电动机的转动速度与电流大小和磁场强弱有关,若要改变导线框转动的速度,可以换电压更大的电池或者换磁性更强的磁体。 (3)在导线框转动的过程中,消耗了电能,产生了机械能,故导线框转动的能量由电能转化而来。 17.(1)省力杠杆 (2)弹性形变相反 (3) 磁场 机械能 0.04 a 【详解】(1)人给门把手推力,门绕着门轴转动时,动力臂大于阻力臂,此时的门相当于一个省力杠杆。 (2)弹簧在外力作用下发生形变时要恢复原状,就会对跟它接触的物体产生力,叫弹力,弹力的方向与物体发生弹性形变的方向相反。 (3)[1][2]通电导体在磁场中受到力的作用,电动机就是利用此原理来工作的,电动机工作时消耗电能,将电能转化为机械能。 [3]指示灯正常工作20h消耗的电能是 [4]由题意可知,电动门的开闭是通过电磁继电器控制的。当光控开关安装在控制电路的a处,有人来时,光控开关会自动闭合,控制电路接通,电磁铁有电流通过,具有磁性,吸引衔铁,电动机启动,门打开;当人离开电动门一定距离后,光控开关会自动断开,电磁铁所在电路断开,电磁铁失去磁性,衔铁在弹簧的作用下复位,电动机所在电路断开,门关闭,符合自动感应功能的要求。b处位于工作电路的干路上,无法控制电磁继电器工作。故光控开关应安装在a处。 18. 小 重心 A 左 大 14 【详解】(1)[1]水流流速越大,压强越小。两船并排行驶时,中间水流速加快,导致压强减小,外侧水压会将两船推向中间,可能发生碰撞。 (2)[2]稳定性与重心位置有关。垫圈放在底部可降低船模的重心,从而增强稳定性。 (3)[3]图(c)中,螺旋桨应安装在直接驱动前进的电动机上,则螺旋桨在A上。转向时螺旋桨需偏转产生侧向力,若船头左转,则船尾向右转,根据力的作用是相互的可知,此时螺旋桨应向左摆动。 [4]载货量增加,船模排水量增大,吃水深度增加,所以船体进入水中的深度越来越大。 (4)[5][6]船模漂浮在水面上,由二力平衡可知,船模和垫圈的总重力大小等于所受到的浮力的大小。根据阿基米德原理,浮力的大小等于船模和垫圈排开水的重力的大小。可知,船模的重力大小等于船模和垫圈排开水的重力的大小。题目中将船模近似看成船底水平、船身竖直的柱状结构,所以船模和垫圈的总质量与船模在水中的深度成正比。为了该船模在测试水槽中安全行驶,需选用18万吨散装货船的数据,设最多可承载n个这样的垫圈,因此有: 解得n=14.16≈14。 学科网(北京)股份有限公司 $