20.5 跨学科实践：制作简易直流电动机 闯关练-2025-2026学年物理人教版 （2024）九年级全一册

20.5跨学科实践：制作简易直流电动机 闯关练 2025-2026学年下学期初中物理人教版 （2024）九年级全一册 一、单选题 1．如图是一种3D打印机上的直流直线电机，其工作时通电线圈在磁场中受到力的作用发生运动。下图能反映其工作原理的是（　　） A． B． C． D． 2．要改变直流电动机的转向，可以（    ） A．适当改变通过线圈的电流大小 B．升高或降低电源电压 C．对调电源两极或对调磁铁的两极 D．对调电源两极同时对调磁铁的两极 3．如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动，下列分析正确的是（　　） A．该装置工作原理是电磁感应原理 B．图中线圈正好处于平衡位置 C．该装置工作时，将电能全部转化为机械能 D．若改变电源方向，线圈将逆时针转动 4．福州地铁5号线即将全线通车，地铁列车的动力“心脏”是直流电动机，其工作原理与如图所示的实验原理相同的是（　　） A．   B．     C．   D．   5．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 6．如图所示是一个小直流电动机模型。关于它的制作和工作原理，下列说法正确的是（　　） A．绕制线圈时，如果没有漆包线，可以用普通的铜导线代替 B．线圈两端（作为转轴）的漆皮应全部刮去，这样才可持续转动下去 C．线圈两端（作为转轴）的漆皮应一端全部刮去，另一端刮去半周，这样才可持续转动下去 D．此电动机模型是根据电磁感应原理制成的 7．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 8．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 9．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 10．一台直流电动机模型通电后不转动，但用手轻轻拨动一下线圈就转动起来了，出现这种现象的原因可能是（　　） A．换向器与电刷未接触 B．启动时线圈恰好在平衡位置 C．磁体的磁性不够强 D．电源正负极接反了 二、填空题 11．如图，小华安装的直流电动机模型，图中C为 ，她应将图中 （填写图中字母）接入电路。接通电源后，电动机不转动，写出一条可能的原因 。 12．一台直流电动机额定电压为220V，其电阻为1Ω。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。 13．一台直流电动机，额定电压是220 V，电功率是6 kW，正常工作时的电流是 14．如图所示为小科和小江制作的一种直流电动机模型，他们用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连；用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮，将线圈放在支架上，蹄形磁体放在线圈周围。 （1）根据所学知识，分析按他们这种刮漆的方法使线圈能继续转动的原理是： ； （2）小科提出可以通过改变磁极方向来改变线圈的转动方向，而小江则采用了另一种方法，完成小江方案的具体操作是： ； （3）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 ，这时可进行的有效尝试是 。 15．在安装直流电动机模型的实验中，小明将组装好的直流电动机接入图所示的电路（R0为电阻箱），电源电压恒为6V，调节电阻箱使其接入电阻为18Ω时，闭合开关，电动机不转动，电流表示数是0.3A，则电动机线圈的电阻是 Ω；断开开关，调节电阻箱使其接入电阻为4Ω，闭合开关，电动机正常转动，电流表的示数是0.8A，此时电动机两端的电压是 V，100s内电流通过电动机产生的热量是 J。 16．如图所示是直流电动机的模式图，直流电动机是根据 的原理制成的，它利用 与电刷的接触方式，解决了线圈连续转动和导线缠绕问题。 17．如图所示，直流电动机通过电流做功提升重物。已知电源电压为80V，电压表示数60V，线圈电阻1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈的电流1A，在10s内电动机将重物提升了40m，此过程中电动机的效率 。 18．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. 19．如图为直流电动机模型. （1）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 （2）若要改变电动机的转动方向，下列方法中可行的是 . A．同时改变电流方向和磁场方向 B．只改变电流方向或只改变磁场方向 C．使电动机线圈中的电流增大 D．使磁场增强 20．在安装直流电动机模型的是实验中：     （1）小明将电动机、变阻器、电源、开关串联起来，闭合开关，发现线圈不转，他用手轻轻转了一下线圈，电动机模型开始正常转动．造成这一现象的原因是 ，当小明调节滑片，使电路中电流增大，发现电动机的线圈转速 （选填“加快”、“不变”或“减慢”）。 （2）为进一步研究直流电动机，他测得通过当电动机两端电压为5V时，通过电动机的电流为0.5A，而当电动机两端电压为1V时，电动机线圈不转，电流表示数仍为0.5A，则该电动机线圈电阻为 Ω。     （3）当电动机两端电压为5V，电动机工作1min所消耗的电能为 J，其中转化为机械能的是 J。 三、实验题 21．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。 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D C D D A C C D D B 1．D A．这是奥斯特实验，展示的是通电导体周围存在磁场，即电流的磁效应 ，并非通电线圈在磁场中受力运动，故A不符合题意； B．这是探究通电螺线管磁场的实验，研究的是通电螺线管的磁场分布等相关内容 ，和通电线圈在磁场中受力运动原理不同，故B不符合题意； C．这是电磁感应实验，是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，是发电机的原理 ，和通电线圈在磁场中受力运动原理不同，故C不符合题意； D．电路中有电源，通电导体在磁场中会受到力的作用而运动，这与 3D 打印机上直流直线电机工作时通电线圈在磁场中受力运动的原理相符，故D符合题意。 故选D。 2．C 因为直流电动机中线圈转动的方向与电流的方向和磁场的方向有关；且两者有任何一个因素发生改变，线圈运动方向就会发生改变，但若两个因素都发生改变，线圈运动方向就不改变。所以对调电源两极或对调磁铁两极能改变直流电动机的转向。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 3．D A．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，不是电磁感应，故A错误； B．图中线圈与磁感线的方向平行，没有处于平衡位置，故B错误； C．电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，但也有少部分转化为内能，故C错误； D．若改变电源方向，也就是改变了线圈中的电流方向，线圈受力方向改变将逆时针转动，故D正确。 故选D。 4．D 直流电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来工作的。 A．该装置可以探究电磁感应现象，闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流，与电动机的工作原理不同，故A不符合题意； B．该装置是探究电磁铁磁性强弱的因素的，与电动机原理不同，故B不符合题意； C．奥斯特实验说明通电导体的周围存在磁场，与电动机原理不同，故C不符合题意； D、通电导体在磁场中会受到力的作用，直流电动机就是利用该原理制成的，故D符合题意。 故选D。 5．A 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。 6．C A．绕制线圈时，如果用普通的铜丝代替，则会造成电源短路，不能正常工作，故A错误； BC．当线圈转至平衡位置时，线圈不再转动。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掉，另一端只刮半周，这样可以让线圈在磁场力的作用下转动半周，还有半周不通电，线圈依靠惯性转动半周，这样就能使线圈持续转动下去，线圈两端（作为转轴）的漆皮如果全部刮去，线圈转半周后不能改变电流方向，线圈受力方向不改变，线圈就不能持续转动下去，故B错误，C正确； D．此电动机模型是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，故D错误。 故选C。 7．C 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。 8．D 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。 9．D 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。 10．B A．若此时换向器没有和电刷接触好，即该电路是断路，电路中没有电流，即电动机不可能工作，故即使拨动线圈也不会转动，故A不符合题意； B．启动时，线圈刚好处于平衡位置，线圈中无电流，线圈不受力的作用，但只要轻轻拨动一下，电路中就会有电流，即线圈就会转动，故B符合题意； C．磁体的磁性不够强，产生的磁力较小，即使拨动线圈，线圈也不会转动，故C不符合题意； D．若电源正负极接反了，电动机会反转，故通电后不会不转动，故D不符合题意。 故选B。 11． 线圈 F、G 电流太小（磁体的磁性太弱或换向器与电刷之间接触不良等） [1]电动机里面有定子和转子，从图中可以看到，A是磁铁，为定子，C是线圈，为转子。 [2]从图中可以看到，F、G是两个接线柱，与电路连接，所以应将图中F、G接入电路。 [3]电动机是利用电流在磁场中受到力而运动的原理制成的，接通电源后，电动机不转动，可能的原因为电流太小，或磁体的磁性太弱，或换向器与电刷之间接触不良等。 12． 4.4 2.4×105 [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）2×1Ω×600s=2.4×105 J。 13．27.3 A 分析：已知额定电压与额定功率，由可求出电动机正常工作时的电流； 解答：首先换算功率单位,由可得，电动机正常工作时的电流； 故答案为27.3 A 【点睛】本题考查了电动机正常工作时的电流，是一道基础题，掌握功率变形公式可正确解题． 14． 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 把电池的正负极对调 磁场太弱 换用较强的磁场 （1）[1]该线圈之所以能转动，是根据通电导线在磁场中受力的作用的原理来工作的，但是该线圈在转过平衡位置时，若不改变电流的方向，此时所受到的磁场力会阻碍线圈的转动，故为了使线圈持续转动，将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样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。 （2）[2]要改变线圈的转动方向，就要改变线圈的受力方向，而线圈的受力方向由磁场方向和电流方向来决定，因此可改变磁场方向或电流方向来改变线圈的转动方向；故小江方案的具体操作是把电池的正负极对换。 （3）[3][4]如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，线圈不能连续转动，可排除无电流的情况，可能是电流太弱、磁场太弱或开始线圈处在平衡位置等，可进行有针对性的尝试，包括换新电池使电流增大，换较强的磁场，用手推一下线圈使其转过平衡位置等。 15． 20 2.8 128 [1]当电动机不转动，为纯电阻电路，由欧她定律得电路的总电阻 [2]已知电阻箱接入电阻为4Ω，则电动机线圈的电阻 电动机正常转动时，电阻箱两端电压 由串联电路的电压特点可得，电动机两端的压 [3]100s内电流通过电动机产生的热量 16． 通电线圈在磁场中受力转动 换向器 [1][2]直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动原理制成的，在输入电流时采用换向器来改变线圈中的电流方向，从而使它能连续转动。 17． 该电动机消耗的电能为 电动机线圈产生的内能为 此过程中电动机的效率 18． 改变电流方向 发电机 小于 [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． 19． 通电线圈在磁场中受力 转动换向器 B (1)[1]直流电动机中，通电线圈周围存在磁场，该磁场与磁体的磁场相互作用而使线圈受力转动．所以直流电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力． [2]直流电动机中的换向器能使线圈刚转过平衡位置时，及时的改变线圈中的电流方向，使线圈继续获得动力． (2)[3]通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关．只改变电流方向或只改变磁场方向，则受力方向相反；电流方向和磁场方向同时改变，则受力方向不变．所以，要改变电动机的转动方向，要只改变电流方向或只改变磁场方向．故B正确． 20． 开始时线圈处于平衡位置 加快 2 150 120 (1)当电动机的线圈处于平衡位置时，受平衡力的作用，故可能电动机不转，拨动一下后，打破平衡，电动机便转动起来，并且靠惯性能转过平衡位置，连续转动，在安装直流电动机模型的实验中，利用滑动变阻器就是改变电路中电流大小从而改变电动机转子的转动速度，当小明调节滑片，使电路中电流增大，电动机的线圈转速加快。 (2)当电动机线圈不转，电能全部转化为电阻的内能，根据欧姆定律得：线圈电阻 R＝==2Ω (3)电动机正常工作1min消耗的电能为 W＝UIt＝5V×0.5A×60s＝150J 电动机正常工作1min产生的热量为 Q＝Rt＝(0.5A)2×2Ω×60s＝30J 电动机转化的机械能为 ＝W−Q＝150J−30J＝120J 21． 通电导体 换向器 电流 C 切割磁感线 相反 内 （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。 学科网（北京）股份有限公司 $