三、磁场对电流的作用 电动机（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

三、磁场对电流的作用 电动机 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 磁场对电流的作用 1 题型2 直流电动机原理及工作过程 7 题型3 扬声器和耳机构造及原理 13 【能力培优练】 22 【链接中考】 31 【重难题型讲解】 题型1 磁场对电流的作用 1. 探究磁场对电流的作用 历史上，奥斯特实验证明了“电生磁”，即电流周围存在磁场。那么反过来，磁场对电流是否也有力的作用？这一问题最终由安培等科学家通过实验证实：磁场对通电导线有力的作用。 磁场对电流作用的特点： ①该现象的条件是：通电的导体置于磁场中。 ②如果导体中没有电流，或者导体与磁感线平行放置，则导体不受磁场力作用。 ③这一发现为电动机的发明奠定了理论基础。 2. 磁场对通电导线作用力的探究 实验操作 现象 结论与分析 给直导线通电 导线运动起来 磁场对通电导线有力的作用 改变电流方向 导线运动方向改变 受力方向与电流方向有关 改变磁场方向 导线运动方向改变 受力方向与磁场方向有关 同时改变电流和磁场方向 导线运动方向不变 受力方向与电流和磁场方向的关系符合左手定则 增大电流或增强磁场 导线运动更快或幅度更大 受力大小与电流大小和磁场强弱有关 ★拓展培优 判断磁场对电流作用力的方向——左手定则 通电导体在磁场中的受力方向可用左手定则判断——伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并互相垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电导体的受力方向。 导体不运动的几种可能： ①电路未接通，导线中没有电流。 ②电流太小或磁场太弱，受力不足以克服阻力。 ③导线与磁感线平行放置（此时受力为零）。 ④磁体磁性太弱或导线被卡住。 【典例1-1】通电线圈在磁场中会转动，但摆动几下后停在某一位置。这个位置是（　　） A．不受磁场力的位置 B．受平衡力的位置 C．电路中无电流的位置 D．线圈所在平面与磁感线平行的位置 【答案】B 【详解】给线圈通电，线圈会发生转动，转动到某一位置时，不能继续转动下去，而是摆动几下后就停下来，这是由于这一位置时线圈两边受到的力的大小相等，方向相反，并与线圈在同一个平面上，使线圈受力平衡，我们把这个位置称为线圈的平衡位置，故B符合题意，A、C、D不符合题意。 故选B。 【跟踪训练1】电和磁有紧密的联系。下面是探究小组进行的一些与电和磁有关的实验。 (1)如图甲所示，接通电路后，观察到小磁针偏转，此现象说明了通电导体 ；断开开关，小磁针在 的作用下又恢复到原来的位置； (2)如图乙所示，将导线缠绕成螺线管后通电，磁场会 （选填“增强”或“变弱”）。滑片位置不变时，开关在 （选填“1”或“2”）时的磁场更强； (3)如图丙所示，在M、N之间接入 ，就可以探究磁场对电流的作用，这一实验将 能转化成 能。 【答案】(1) 周围存在磁场 地磁场 (2) 增强 1 (3) 电源 电 机械 【详解】（1）[1]如图甲为奥斯特实验，实验中，开关闭合时，通电导体周围的磁场和小磁针的磁场相互作用，使小磁针发生偏转，实验现象说明通电导体周围存在着磁场。 [2]断开开关，导线的磁场消失，小磁针在地磁场的作用下又恢复到原来的位置。 （2）[1][2]奥斯特实验证明通电导线周围存在着磁场，如图乙所示，将导线缠绕成螺线管后通电，每圈通电导线周围都存在磁场，通电导线的磁场叠加，磁场会增强；电磁铁磁性强弱与线圈匝数、电流大小有关，在电流一定时，线圈匝数越多，磁性越强，滑片位置不变时，开关接1时通电线圈匝数更多，开关在1时通电线圈的磁场更强。 （3）[1][2][3]如图丙所示，在M、N两接线柱间换接电源可以探究磁场对电流的作用的实验。闭合开关，磁场对通电导体产生力的作用，使导体运动，这一过程消耗电能，将电能转化为机械能。 【跟踪训练2】如图为探究磁场对电流的作用的实验装置，闭合开关，导体ab运动起来， （选填“电动”或“发电”）机是根据此原理制成的。调转蹄形磁铁的磁极，导体ab运动方向与原来 ；增大电源电压，导体ab运动速度比原来的更 。 【答案】 电动 相反 大 【详解】[1]磁场对放入其中的通电导体有力的作用，电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理而制成的，图中有电源，所以闭合开关，导体ab运动起来，是电动机的原理。 [2]磁场对放入其中的通电导体有力的作用，且受力的方向与电流的方向、磁场的方向有关。调转蹄形磁铁的磁极，即磁场方向改变，电流方向不变，通电导体在磁场中受力方向改变。故导体ab运动方向与原来相反。 [3]导体在磁场中受到力的大小跟电流的大小有关。若增大电路中的电流，导体的运动速度比原来的更大。 【典例1-2】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）在正确完成（1）的操作后，闭合开关，发现导体棒AB在磁场力作用下向左运动，若要使导体棒AB在磁场力作用下向右运动，你采取的方法是 或 ； （3）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，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的。通电后若cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，则ab段导线所受磁场力的方向是 ，这两个力 （选填“是”或“不是”）一对平衡力，理由是 ； （4）小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆全部刮去后，用导电支架托住，放入磁场中（如图丙所示）。闭合开关，发现线圈不能持续转动，只能在平衡位置附近摆动。线圈处于平衡位置时，线圈平面与磁感线 （选填“平行”或“垂直”）；为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是 。 【答案】 电源 铝棒 改变电流的方向 改变磁场的方向 竖直向上 不是 两个力的方向不在同一直线 垂直 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 【详解】（1）[1]实验是利用如图所示的装置研究“磁场对通电直导线的作用”，即导线中必须有电流，所以在M、N间应接电源，使导线中有电流通过。 [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，而选择铝棒。 （2）[3][4]通电导体在磁场中受到力的作用而运动，力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，故若要使导体棒AB在磁场力作用下向右运动，可以改变电流的方向或改变磁场的方向。 （3）[5]在乙图中，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时，ab段导线与cd段导线所在位置的磁场方向相同，电流方向相反，所以受到磁场力的方向相反，是竖直向上的。 [6] [7]这两个力不是一对平衡力，由图乙可知，这两个力不作用在一条直线上。 （4）[8]根据（3）中受力分析可知，当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈受平衡力的作用，此时线圈处于平衡位置。 [9]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，线圈在磁场中受磁场力的作用转动，当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，当通电线圈转过半圈后，线圈中电流再次接通，再受磁场力的作用，从而使线圈持续转动。 【跟踪训练1】课本上“通电导线在磁场中受力”的实验示意图如图甲所示，小明同学实际探究时在电路中连接了一个滑动变阻器（如图乙）。 序号 磁场方向 ab中电流方向 ab运动方向 1 向下 无电流 静止不动 2 向下 由a向 向左运动 3 向上 由向 向右运动 4 向下 由向 向右运动 (1)小明在电路中接入滑动变阻器的作用是 。 (2)比较 （填实验序号）两次实验，可以说明通电导线在磁场中的受力方向与电流方向有关。 (3)比较2、3两次实验，可以说明通电导线在磁场中的受力方向与 有关。 (4)小谦想在图甲的基础上对实验进行改造，探究影响感应电流方向的因素。为了观察到明显的实验现象，他要把图甲中的电源换成图丙中的 。 【答案】(1)保护电路 (2)2、4 (3)磁场方向 (4)灵敏电流计 【详解】（1）滑动变阻器通过改变电阻的大小，能起到保护电路的作用，防止电源被短路。 （2）比较实验2、4，磁场方向相同，电流方向不同，导体运动方向不同，说明通电导线在磁场中受力方向与电流方向有关。 （3）比较实验2、3，电流方向相同，磁场方向不同，导体运动方向不同，说明通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关。 （4）探究影响感应电流方向的因素，为了观察到明显的实验现象，需要用灵敏电流计代替电源来显示产生感应电流的方向。 【跟踪训练2】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。 题型2 直流电动机原理及工作过程 1． 直流电动机的构造及工作原理 直流电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，主要由以下部分组成： 磁体（定子）：提供磁场的永磁体或电磁铁。 线圈（转子）：可以绕轴转动的多匝线圈。 换向器：由两个半圆形铜环组成，与线圈两端相连。 电刷：与换向器保持滑动接触，将电流引入线圈。 转轴：输出机械动力。 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． 换向器的作用与原理 换向器是直流电动机能够持续转动的关键装置。 换向器是两个彼此绝缘的半圆形铜环，分别与线圈两端相连，当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈的连接位置。从而使线圈转过平衡位置的瞬间，电刷从一个半环切换到另一个半环，使电流方向改变。 3． 调整电动机的方法 （1）改变转动方向：改变电流方向（对调电源正负极）；改变磁场方向（对调磁极）。 （2）提高转速：增大电流（提高电压或减小电阻）；增强磁场（换用更强的磁体）；增加线圈匝数。 ★特别提醒 换向器改变电流的时机：换向器是在线圈刚转过平衡位置的瞬间改变电流方向，不是在平衡位置改变。这样改变方向后，线圈受力方向与转动方向相同，起到推动作用。 在自制简易电动机时，通常采用“一端全部刮去漆皮，另一端只刮去上半周漆皮”的方法，这相当于起到了换向器的作用——线圈转一周，有半周通电、半周不通电，依靠惯性冲过平衡位置。 直流电动机的电流特点：直流电动机工作时，线圈中的电流方向是变化的（每半周改变一次），但外部电路中的电流方向不变。 【典例2-1】如图是一台简易直流电动机，支架中间是磁铁。将绕制好的线圈置于接通电源的支架上，却不转动，轻推后也无法持续转动，最可能的原因是（    ） A．线圈的磁场力相互平衡，合力为零 B．电源正负极接反，线圈的磁场力反了 C．线圈太粗质量大，磁场力太小，转不动 D．线圈匝数过多，电阻大电流小，没有受到磁场力 【答案】C 【详解】A．当线圈处于平衡位置时（即线圈平面与磁感线垂直），线圈的磁场力相互平衡，合力为零，此时线圈不会转动，轻推一下，线圈越过平衡位置后，由于受到磁场力的作用就可以持续转动，但题目中轻推后也无法持续转动，故A不符合题意； B．电源正负极接反，只会改变线圈的转动方向，而不会导致线圈不转动，故B不符合题意； C．在磁场和电流一定时，磁场力大小与线圈质量无关，但是线圈质量大，惯性就大，磁场力相对较小，就可能使线圈转不动，轻推一下，给线圈一个初始动力，若磁场力还是较小，就无法让线圈持续转动，故C符合题意； D．线圈匝数多电阻大只会让电流变小，磁场力变小，但只要有电流通过线圈，在磁场中就一定会受到磁场力，并非“没有受到磁场力”，故D不符合题意。 故选C。 【跟踪训练1】小应自制了一个直流电动机模型，如图所示。回形针做成两个支架，分别与电池两极相连。用漆包铜线绕成一个线圈，以线圈引线为轴，用小刀刮去轴的一端全部绝缘漆，另一端只刮去上半周绝缘漆。将线圈放在支架上，磁体放在线圈边，闭合开关，轻轻拨动线圈，此时线圈顺时针转动，则下列说法错误的是（    ） A．若仅改变磁极方向，线圈会逆时针转动 B．若再增加一节干电池，线圈转动速度加快 C．刮去上半周绝缘漆，作用相当于换向器 D．工作时将机械能转化为电能 【答案】D 【详解】A．电动机转动方向与电流、磁场方向有关，改变磁极方向（磁场方向改变），线圈会逆时针转动，故A正确，不符合题意； B．增加一节干电池，电流增大，线圈受力增大，转动速度加快，故B正确，不符合题意； C．刮去上半周绝缘漆的设计，作用相当于换向器，使线圈持续转动，故C正确，不符合题意； D．直流电动机工作时是电能转化为机械能，而非机械能转化为电能，故D错误，符合题意。 故选D。 【跟踪训练2】如图所示，放在U形磁铁两极之间的铝盘的下边缘浸在液态水银中，闭合开关S，铝盘会绕水平轴O转动。下列说法正确的是（　　） A．铝盘转动的原理与电动机的工作原理相同 B．将磁铁的磁极对调后，铝盘的转动方向不变 C．将电源的正负极对调后接入电路，铝盘的转动方向不变 D．左右移动滑动变阻器的滑片P，铝盘的转动方向改变 【答案】A 【详解】A．通电之后，有从铝盘圆心流向圆周的电流（相当于每根半径都是一个通电导线），通电铝盘在磁场中受到力的作用而运动，与电动机的工作原理相同，故A正确； B．将磁铁的磁极对调后，铝盘的受力方向与原来相反，转动方向与原来相反，故B错误； C．电源两极对调或磁极两极对调，铝盘受力方向与原来反向，转动方向会改变，故C错误； D．左右移动滑动变阻器的滑片P，铝盘中的电流大小发生变化，铝盘受到的磁场力的大小发生变化，转动速度变化，铝盘的转动方向不会改变，故D错误。 故选A。 【典例2-2】如图所示为直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．这两个时刻线圈中的电流方向相同 B．这两个时刻ab边中的电流方向相同 C．这两个时刻ab边受到的磁力方向不同 D．在同一个时刻ab边受到的磁力方向与cd边受到的磁力方向相同 【答案】C 【详解】AB．根据图中电源的正负极可知，左图中线圈中电流的流向为d→c→b→a，右图中线圈中电流的流向为a→b→c→d，故这两个时刻电流方向不同，故AB错误； C．通电导体在磁场中受到力的方向与磁场的方向和电流的方向有关，这两个时刻ab边的电流方向不同，故受到的磁力方向不同，故C正确； D．在同一个时刻ab边与cd边中的电流方向不同，故受到磁力的方向不同，故D错误。 故选C。 【跟踪训练1】下图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析不正确的是（　　） 　　 A．导线ab中的电流在这两个时刻方向不同，受到的磁场力方向也不同 B．甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置 C．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向 D．如果电动机持续转动，则电动机内外流的都是直流电 【答案】D 【详解】A．由图可知，导线ab在这两个时刻电流方向不同，由于导体受力方向与磁场方向和电流方向有关，所以两次导线ab的受力方向不同，故A正确，不符合题意； B．平衡位置是指线圈平面与磁感线垂直的位置，图中磁感线从左向右，故甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置，故B正确，不符合题意； C．读图由左手定则可知：电源的左侧为正极，从上往下看，线圈中电流都是顺时针方向，故C正确，不符合题意； D．电动机之所以能转动，是因为换向器每当转过平衡位置就会改变线圈中电流的方向，即电动机线圈外是直流电，线圈内是交流电，故D错误，符合题意。 故选D。 【跟踪训练2】请结合图甲、乙回答下列有关电动机工作过程的问题。 (1)电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。图甲中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。 (2)图乙中线圈所在的位置 （选填“是”或“不是”）平衡位置，图中A、B组成的装置叫 ，它的作用是在线圈 （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。电动机工作时是把电能转化为 。 【答案】(1) 通电线圈 电流方向不同 (2) 是 换向器 刚转过 机械能 【详解】（1）[1][2]电动机的工作原理是磁场对通电导体（或流）有力的作用。图甲中，线圈左右两边框 ab、cd 的受力方向相反，原因是两边电流方向相反。 （2）[1][2][3][4]图乙中，线圈平面与磁感线垂直，这个位置叫做平衡位置（因为此时两边受力大小相等、方向相反且在同一直线上，合力为零）。图中 A、B 组成的部件叫做换向器。它的作用是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。电动机工作时把电能转化为机械能。 【典例2-3】香洲区物理学习小组开展了有关生活中常用的直流电动机的项目式学习。 【任务一】制作简易电动机 如图甲所示是小海学习小组制作的简单电动机模型，该模型主要由强磁体、用漆包线绕成的线圈和电池等构成。 (1)为使线圈能够持续转动，用小刀刮去线圈两端引线漆皮的要求是（　　） A．两端全刮掉 B．一端全刮掉，另一端只刮半周 (2)图乙中直流电动机的线圈可以持续转动，是因为换向器能在线圈越过平衡位置时，自动改变线圈中的 。 【任务二】制作“书桌神器” 学习小组利用电动机制作了一款“书桌神器”；既能清理纸屑，又能吹风纳凉； (3)如图丙接通电路后，旋钮式电阻的旋钮绕O点沿箭头方向转动时，电路中电阻 ，电动机转速会 ；（两空均选填“变大”“变小”或“不变”） (4)如图丙、丁，当开关与a接触、与c接触时，电动机正转，产生向左的气流向内吸纸屑；若要电动机反转，产生向右的气流向外吹风，则开关与 接触、与 接触； (5)结合评价表，判断该模型的评价等级为 。 评价等级 优秀 合格 待改进 能吸纸屑、吹风且风速可调 能吸纸屑、吹风，风速不可调 只能吸纸屑或只能吹风 【答案】(1)B (2)电流方向 (3) 变小 变大 (4) b d (5)优秀 【详解】（1）要使线圈能够持续转动，需要通过换向器在平衡位置时改变电流的方向，可以通过刮去引线漆皮的方法模拟换向器；引线漆皮一端全刮掉，另一端只刮半周。当线圈转过平衡位置时，未刮掉的部分会断开电流，依靠惯性继续转动，待转过一定角度后，刮掉的部分再次接触电刷，电流恢复，从而实现连续转动，故B符合题意，A不符合题意。 故选B。 （2）换向器的作用就是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，使线圈受到的力方向始终与转动方向一致，从而实现连续转动。 （3）[1][2]旋钮式电阻的旋钮绕O点沿箭头方向转动时，旋钮式电阻接入电路中的电阻变小，电路总电阻变小；由可得，通过电路的电流变大；通过电动机的电流变大，电动机的转速变大。 （4）[1][2]电动机转动的方向与电流方向有关，现在要让电动机反转，则需改变电流方向，使电流方向与原来的电流方向相反。则当开关与b接触、与d接触。 （5）由题意知，电动机正转时，能向内吸纸屑；电动机反转时，向外吹风；并且还可以通过旋钮来调节电动机的转速，从而调节风速；所以，判断该模型的评价等级为优秀。 【跟踪训练1】如图是直流电动机模型。 （1）直流电动机模型里的换向器在线圈 （选填“刚转到”、“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向； （2）小明将组装好的直流电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图甲，若要电动机转速加快，小明应将滑动变阻器的滑片向 （选填“左”或“右”）端移动； （3）接下来，小明把该直流电动机模型中的永磁铁换成图乙所示的电磁铁，并将电磁铁线圈的两个接线柱M、N分别与电刷A、B相连，使电磁铁线圈与电动机模型线圈并联后，合用一个电源，当对调接在电源正、负极上的导线时，电动机线圈转动的方向会不会改变?答： ，理由是 ； （4）若这台电动机正常工作时，两端的电压为5V，通过的电流为1A，通电10s，该电动机线圈的电阻为1Ω，这台电动机的效率为 。 【答案】 刚转过 左 不会 电流方向和磁场方向同时发生改变，受力方向不变 80% 【详解】（1）[1]直流电动机模型里的换向器的作用是在线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向，使得线圈持续转动下去。 （2）[2]通电导体在磁场中受力的大小与电流的大小和磁场的强弱有关，若要电动机转速加快，小明应将滑动变阻器的滑片向左端移动，增大电路中的电流。 （3）[3][4]当对调接在电源正、负极上的导线时，电流方向和磁场方向同时发生改变，受力方向不变，所以电动机线圈转动的方向不会改变。 （4）[5]消耗的电能为 电动机线圈产生的热量为 则这台电动机的效率为 【跟踪训练2】小明在制作电动机模型时把一段粗漆包线绕成3cm×2cm矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，用硬金属丝做两个支架，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，如图甲所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会持续转动。 （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 ； A．两端全刮掉        B．一端全部刮掉，另一端只刮半周 （2）如图甲、乙所示，图 的线圈恰好处于平衡位置，另一个图中线圈左右两边所受的两个力不满足二力平衡条件的原因是这两个力 。如图丙所示的线圈可以持续转动，是因为它加装了 ，该装置能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。 【答案】 B 乙 没有作用在同一直线上 换向器 【详解】（1）[1]在实验中影响线圈的转向的因素有电流的方向和磁场的方向，则为了使线圈能持续转动，采取将线圈一头的绝缘漆刮去，另一头刮去一半的办法，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，故选B。 （2）[2][3][4]当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈处于平衡状态，此时线圈受力平衡，所以图乙的线圈恰好处于平衡位置；另一个图中线圈左右两边所受的两个力大小相等、方向相反但不满足二力平衡条件中的作用在同一直线上；丁图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 题型3 扬声器和耳机构造及原理 1. 扬声器和耳机的构造 扬声器（喇叭）和耳机都是将电信号转化为声信号的装置，它们的构造基本相同： 永久磁体：提供稳定的磁场。 线圈（音圈）：绕在纸盆或振膜上的线圈，通过音频电流。 锥形纸盆/振膜：振动发声的部件。 2. 扬声器和耳机的工作原理 工作原理：通电导体在磁场中受力运动（与电动机原理相同）。 工作过程：线圈中通入强弱变化、方向变化的音频电流 → 线圈在磁场中受到大小和方向变化的力 → 线圈带动纸盆/振膜振动 → 振动产生声音。 能量转化：电能转化为机械能（声能）。 3. 电流变化和振动的关系 电流方向变化：影响线圈受力方向，使纸盆来回振动。 电流大小变化：影响线圈受力大小，影响纸盆振动幅度（响度）。 电流变化频率：影响纸盆振动频率（音调）。 4. 扬声器与话筒的区别与联系 能量转化 工作原理 作用 扬声器/耳机 电能 → 声能 磁场对电流的作用（电动机原理） 把电信号转化为声音 动圈式话筒 声能 → 电能 电磁感应（发电机原理） 把声音转化为电信号 扬声器：磁场对电流的作用（电动机原理）/话筒：电磁感应（发电机原理）。 ★特别提醒 “变化的电流”是关键：扬声器中通入的是方向不断变化、大小不断变化的音频电流，而不是恒定电流。只有变化的电流才能产生变化的磁场力，使纸盆振动发出声音。 【典例3-1】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 【详解】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。 【跟踪训练1】新型公交车的玻璃上已经安装了自动爆玻器，它相当于一个电控安全锤。危急时刻，司机只需按下开关通电，自动爆玻器磁场中的线圈就会产生一个冲击力，带动钨钢头击打车窗玻璃边角部位，实现击碎玻璃的目的。下列说法正确的是（    ） A．自动爆玻器工作时将机械能转化为电能 B．击打车窗玻璃边角部位的钨钢头设计成锥形是为了增大压力 C．自动爆玻器工作原理电磁感应现象 D．自动爆玻器的工作原理与扬声器相同 【答案】D 【详解】A．自动爆玻器工作时是需要先通电，利用电能转化为机械能，不是机械能转化为电能，故A错误； B．钨钢头设计成锥形是通过减小受力面积增大压强，不是增大压力，故B错误； C．自动爆玻器工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，不是电磁感应现象，故C错误； D．扬声器也是利用通电导体在磁场中受力运动的原理，自动爆玻器与之相同，故D正确。 故选D。 【跟踪训练2】一种动圈式扬声器可以代替话筒使用，如图所示。人对着扬声器的锥形纸盆说话，声音使纸盆振动，与纸盆相连的线圈也会随着振动（线圈放置在一个永久磁体的磁场中），这时线圈中就会产生随声音变化的电流，下列说法正确的是（    ） A．该过程中，电能转化为机械能 B．该过程中，线圈在磁场中不受力 C．该过程的原理与电动机相同 D．该过程的原理与发电机相同 【答案】D 【详解】由题意知，动圈式扬声器的原理是：纸盆的振动带动线圈在磁场在做切割磁感线的运动，会在线圈中产生感应电流，即是电磁感应现象。 A．该过程中是机械能转化为电能，故A错误； B．该过程中线圈在磁场中受力的作用，故B错误； CD．该过程的原理与发电机相同，即都是电磁感应现象，故C错误，D正确。 故选D。 【典例3-2】为了揭秘现代化养殖场的“黑科技”，某学校组织科技小组同学到本地一大型养殖场调研。在养殖场内，十万只蛋鸡刚刚完成进食，饲喂塔顶太阳能板正迎着朝阳，屋顶的旋转风帽迎着晨风自动旋转，饲养场内的48组芯片传感器监测着温度、湿度、光照、粉尘、二氧化碳等12项指标，智能饲喂机正在计算午间饲料配比，5G巡检机器人穿梭在鸡群中，实时上传画面。这个看似科幻的场景，正是中国现代化养殖场的日常缩影。请结合上述信息完成下面问题。 (1)根据以上场景的描述，下列说法错误的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．制作传感器芯片的核心材料是半导体 C．巡检机器人的镜头是凸透镜 D．监控画面通过电磁波传回数字平台 (2)机器人的动力装置是电动机，其工作原理与 （选填“动圈式话筒”或“扬声器”）的工作原理相同。 (3)如图甲所示，为养殖场屋顶直径可达1.2米的银色旋转风帽，是利用自然风使风帽旋转实现室内换气的装置。它不用电，无噪声，节能环保，只是微风即可让其轻盈旋转。风帽转动时其内部空气流速变大，压强变 ，养殖场内的污浊气体在 的作用下被排出。 (4)参观结束后，科技小组同学设计了一个禽畜水槽喂水报警系统，其原理电路如图乙所示，电源电压为9V，R0是阻值为20Ω的定值电阻，电压表量程为0~15V，电流表为0~0.6A，R1为滑动变阻器，弹簧、金属杆和水槽底部活塞相连，当水槽装满水时水深和R1的长度相等；当水槽内的水被禽畜喝掉逐渐减少时，活塞在弹簧作用下会自动上升；当水深低于设置深度时，通过电压表改装的报警系统自动报警。当水深为50cm时，滑片P位于R1的a点，此时R1接入电路的电阻长度为R1总长度的，电流表示数为0.2A；当水槽水深40cm时，R0的电功率为 W；如果把R0换成阻值更大的定值电阻，报警深度会变 。 【答案】(1)A (2)扬声器 (3) 小 大气压 (4) 0.45 浅（或小或少） 【详解】（1）A．太阳能可以源源不断从自然界获取，属于可再生能源，故A错误，A符合题意； B．半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，制作传感器芯片的核心材料是半导体，故B正确，B不符合题意； C．巡检机器人的镜头是凸透镜，利用凸透镜成像原理工作，故C正确，C不符合题意； D．电磁波可以传递信息，监控画面通过电磁波传回数字平台，故D正确，D不符合题意。 故选A。 （2）电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用。动圈式话筒是利用电磁感应原理工作；扬声器是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作，所以机器人动力装置电动机的工作原理与扬声器相同。 （3）[1][2]风帽转动时其内部空气流速变大，根据流体压强与流速的关系，流速越大的地方压强越小，所以压强变小。养殖场内的污浊气体在大气压的作用下被排出（外部大气压大于风帽内部压强 ）。 （4）[1]当水深为50cm时滑片P位于a点，此时R1接入电路的电阻长度为总长度的，电流表的示数为0.2A，根据欧姆定律，电路的总电阻为 由于R0=20Ω，则R1接入电路的电阻为R1a =R总-R0=45Ω-20Ω=25Ω 因为R1a是R1总电阻的，所以R1的总电阻为R1=4×R1a=4×25Ω=100Ω 由于水槽装满水时水深和R1的长度相等，R1的总长度为 当水深为40cm时，水深减少了10cm，即R1接入电路的长度增加10cm，则R1的阻值为 此时电路中的总电阻为R总＇=R0+R1＇=20Ω+40Ω=60Ω 电路中的电流为 R0的电功率为P0=I总2R0=(0.15A)2×20Ω=0.45W [2]如果把R0​换成阻值更大的定值电阻，报警条件是电压表的示数达到上限，由于电压表测量的是R0​两端的电压，因此R0​的阻值增大时，R0​在电路中分得的电压会更大，需要R1接入电路的阻值更大，滑片需要向上移动更多，对应水槽的水位更低，因此报警深度会变浅。 【跟踪训练1】小鹏旅航者X2飞行汽车近日在消博会亮相，并透露将在两三年内量产。据悉，旅航者X2全机身采用碳纤维材料打造，碳纤维材料是一种比普通钢硬度高10倍的超硬材料，仅次于金刚石的硬度，兼顾安全性和轻量化，旅航者X2最大起飞重量为560kg，裸机重量仅为360kg，官方表示，其有10个容量“72V 20A·h”的电池作为动力源，充电半小时，续航时间为35分钟，拥有自主飞行路径规划能力，通过多个传感器可实现对地监控、无死角环境感知、自助返航降落、百公里双向实时通信。 （1）飞行汽车的驱动单元为4个旋翼，飞行中，可以通过调节电动机线圈中的 来改变旋翼转速；电动机工作的原理与 工作原理相似（选填“扬声器”或“动圈式话筒”） （2）碳纤维材料打造机身，是因为碳纤维具有 小的物理特性；裸机静止在水平地面上，单侧底杠与地面的接触面积为，此时地面受到裸机的压强为 Pa； （3）单个电池充满电可以储能 J，充电半小时可以将10个电池充满电，充电功率为 kW。 【答案】 电流大小 扬声器 密度 1.8×105 5.184×106 28.8 【详解】（1）[1]飞行汽车的驱动单元为4个旋翼，飞行中，可以通过调节电动机线圈中的电流大小来改变旋翼转速。 [2]电动机工作的原理与扬声器工作原理相似，都是利用通电导体在磁场中受力而运动的原理制成的。 （2）[3]碳纤维材料打造机身，是因为碳纤维具有密度小的物理特性。 [4]裸机静止在水平地面上，对地面的压力 F=G=mg=360kg×10N/kg=3600N 此时地面受到裸机的压强 （3）[5][6]单个电池充满电可以储能 W=UIt=72V×20A×3600s=5.184×106J 充电半小时可以将10个电池充满电，充电功率 【跟踪训练2】图甲是“探究磁场对通电导体的作用”实验装置。 (1)在实验时，是通过观察 来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用。 (2)移动滑动变阻器的滑片到适当位置，闭合开关，发现金属棒ab向右运动。保持磁场方向不变，只改变电路中的电流方向，闭合开关，发现金属棒ab向左运动；保持电流方向不变，只把磁体的N、S极调换一下，发现金属棒ab向左运动；让磁场方向、电流方向同时改变，发现金属棒ab向右运动。根据观察到的实验现象，进行分析，可以得到的结论是：磁场对通电导体有力的作用，且力的方向与 和 有关。 (3)根据该实验原理，小明用一段漆包铜线绕成线圈，自制了一个如图乙所示的简易电动机，用小刀刮去两端的漆皮，另一端只刮去半周。按这种方法刮漆的目的有两个：一是使线圈能够 ，二是这一部位能起到 （填某一部件的名称）的作用。 (4)下列装置中用到该实验原理的是________（填字母）。 A．扬声器 B．动圈式话筒 C．发电机 【答案】(1)金属棒ab的运动 (2) 电流的方向 磁场的方向 (3) 导电 换向器 (4)A 【详解】（1）由图可知，闭合开关，电路中有电流通过，导体棒ab受力在磁场中运动，是通过观察金属棒ab的运动来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用，判断受力的方向。 （2）[1][2]闭合开关，发现金属棒ab向右运动；保持磁场方向不变，只改变电路中的电流方向，发现金属棒ab向左运动；保持电流方向不变，只把磁铁的N，闭合开关，说明通电导体受力的方向与磁场的方向有关；让磁场方向、电流方向同时改变，发现金属棒ab向右运动，通电导体受力的方向不变；综上所述磁场对通电导线有力的作用，且力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。 （3）[1][2]将线圈两端引线的漆皮，金属具有导电性，一端全部刮掉，金属能够导电；二是另一端只刮去半周，当线圈刚转过平衡位置时，线圈由于惯性转过另半圈；它的作用就相当于电动机中的换向器。 （4）A．扬声器的原理是电导体在磁场中受到磁场力的作用，故A符合题意； BC．动圈式话筒和发电机的原理是电磁感应，故BC不符合题意； 故选A。 【能力培优练】 1．兴趣小组的同学制作了一个小小电动机如图所示，下列正确的有（　　） A．电动机主要由磁体和线圈组成 B．电动机把机械能转化为电能 C．对调电源正、负极不能改变线圈的转动方向 D．电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻无关 【答案】A 【详解】A．电动机主要由磁体和线圈组成。在常见的电动机结构中，磁体提供磁场，线圈在磁场中受力而转动，这是电动机的基本组成部分，故A正确； B．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，其能量转化是将电能转化为机械能（动能），而不是把动能转化为电能，故B错误； C．电动机线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，对调电源正、负极会改变电流方向，从而可以改变线圈的转动方向，故C错误； D．根据焦耳定律可知，电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻有关，故D错误。 故选A。 2．如图所示，是某兴趣小组自制的简易电动机。一块纽扣强磁铁的上端磁极吸附在一根铁钉的底部，铁钉的尖端竖直地吸在一节干电池的正极上；将导线一端接在电池负极，若另一端接在磁铁上，铁钉和磁铁就会沿图示方向转动。整个实验电路电阻较小，下列分析正确的是（   ） A．铁钉中电流的方向是从底部指向尖端 B．铁钉和磁铁转动时，机械能转化为电能 C．电路中电流较大，不能长时间进行实验 D．若将磁铁的上下磁极调换，铁钉和磁铁仍沿图示方向转动 【答案】C 【详解】A．电流从电池正极流出，经铁钉尖端流向底部，因此铁钉中电流方向是从尖端指向底部，故A错误； B．电动机工作时是电能转化为机械能，不是机械能转化为电能，故B错误； C．题目中提到“整个实验电路电阻较小”，根据 ，电路中电流较大，长时间通电会导致电池发热甚至损坏，因此不能长时间实验，故C正确； D．将磁铁的上下磁极调换，磁场方向改变，受力方向也会改变，因此转动方向会改变，故D错误。 故选C。 3．将一段裸铜导线弯成如图甲所示形状的线框，将它置于一节5号干电池上（线框上端的弯折处与正极接触良好），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端，与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会开始转动，成为一个“简易电动机”，如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（   ） A．线框会转动是由于电荷间的相互作用 B．电路中的热功率等于线框旋转的机械功率 C．若线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则线框无法转动 D．若磁铁吸附在电池负极的是极，那么从上向下看，线框做逆时针转动 【答案】D 【详解】A．通电导体在磁场中会受到力的作用，所以线框会转动是由于受到磁场力的作用，故A错误； B．本题模型为简易电动机，电动机将电能主要转化为机械能，极少部分转化为内能，所以电路中的热功率小于线框旋转的机械功率，故B错误； C．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，与磁铁接触良好的一侧的线圈有电流通过，受到安培力作用，仍然能使线框转动，故C错误； D．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，磁铁下端为N极，则外部磁感线由N极出发，回到S极并指向线框轴，电流方向沿线框由正极流向负极，根据左手定则，左侧线框受力方向向外，右侧线框受力方向向内，从上向下看，线框将做逆时针转动，故D正确； 故选D。 4．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 【详解】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。 5．如图1，⊗表示导线中的电流方向垂直于纸面向里，F是磁场对通电导线的作用力。用Fab、Fcd、Fa'b'、Fc'd'分别表示图2、3中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a'b'、c'd'的作用力，则（　　） A．Fab竖直向上，Fcd竖直向下 B．Fab竖直向下，Fcd竖直向上 C．Fa'b'竖直向上，Fc'd'竖直向下 D．Fa'b'竖直向下，Fc'd'竖直向下 【答案】B 【详解】AB．由图2可知，线圈右侧dc中的电流的方向是向内的，根据磁场方向改变，其受到的磁场力的方向是竖直向上的，ab所受磁场力方向竖直向下，故A不符合题意，B符合题意； CD．由图3知，线圈左侧a′b′电流的方向是向里的，根据磁场方向不变，其受到的磁场力的方向是竖直向下的，c′d′所受磁场力方向竖直向下，故CD不符合题意。 答案B。 6．如图是电压表内部结构示意图，表头内部有一个磁铁和一个导电线圈，通电后，指针在磁力的作用下会旋转，其原理是 ，当电压表正负接线柱接反时，电压表指针反向偏转，说明受力方向与 有关；该电压表有两个量程，若使用小量程，则应把导线接在图中 两个接线柱上（填字母）。 【答案】 通电导体在磁场中受到力的作用 电流方向 A、B 【详解】[1]电压表内部的磁铁形成磁场，当电流通过线圈时，线圈会在磁场中受到力的作用而旋转，从而带动指针指示电压值。所以电压表的原理是通电导体在磁场中受到力的作用。 [2]当电压表正负接线柱接反时，电流从负极流入，正极流出，线圈中的电流方向改变，指针反向偏转，说明受力方向与电流方向有关。 [3]电压表有两个量程，指针指在电压表同一位置时，所以测得电压不同，但指针偏转角度相同，即该线圈受到磁场力的作用相等，而磁场没有发生改变，说明通过的电流相同，由可知，所测电压小时，电路电阻较小，所测电压大时，电路电阻较大，由图可知，若使用小量程，应把导线接在图中A、B两个接线柱上。 7．如图所示为某电动机的原理图。EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，（OO'为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，螺线管E端为 （选填“N”或“S”）极，若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将 （选填“顺时针转动”或“逆时针转动”）。 【答案】 N 顺时针转动 【详解】[1]由图可知，电流从螺线管E左端流入，F端流出，根据安培定则可判断出螺线管的E端为N极。 [2]因为电动机中通电线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，只改变其中一个因素，转动方向改变；若同时改变电流方向和磁场方向，转动方向不变。将电源的正负极对调，根据安培定则，两个螺线管的磁极改变，F端为N极，P端为S极，磁场方向改变；线圈中的电流方向也改变，即磁场方向和电流方向同时改变，所以线圈的转动方向不变，仍顺时针转动。 8．夏天的紫外线较强，长时间在室外会对皮肤造成伤害，甚至诱发皮肤癌。某遮阳棚厂家利用紫外光敏电阻对紫外线较灵敏的性质，对图甲的遮阳棚进行了改进，设计了如图乙所示电路。当户外紫外线增强到设定值时，闭合，电动机转动，遮阳棚上防紫外线的遮阳布展开。电动机的工作原理是 ，电路中光敏电阻随光照强度的增强而 （选填“增大”或“减小”）。 【答案】 通电导体在磁场中受力的作用 减小 【详解】[1] 电动机是把电能转换成机械能的一种设备，电动机工作原理是通电导体在磁场中受力的作用转动。 [2] 根据题意可知，当户外紫外线增强到设定值时，S闭合，电动机转动，遮阳棚上防紫外线的遮阳布展开，此时的开关S是向下运动的，这说明电磁铁的磁性变大，吸下衔铁；电磁铁磁性变大，通过电磁铁的电流变大，根据欧姆定律可知，电磁铁电路中的总电阻变小，根据串联电路的电阻关系可知，光敏电阻的阻值变小，故当户外紫外线增强时，光敏电阻的阻值变小。 9．小红同学在家找到两个外观一样，额定电压均为220V的普通白炽灯，如图所示，其铭牌已经模糊，看不出额定功率，但是可以直接通过观察灯丝比较出两只灯泡的额定功率，若将两只灯泡串联起来，接在220V的电路中，两灯的亮度情况是 （选填“甲灯更亮”，“乙灯更亮”或“两灯一样亮”），小刚将灯泡接在家庭电路上，闭合开关，用一蹄形磁铁去靠近灯泡的玻璃泡，如图丙所示，他发现发光的灯丝在晃动，类似于 。（填“电动机原理”或“发电机原理”） 【答案】 乙灯更亮 电动机原理 【详解】[1]材料相同的情况下，灯丝越细，电阻越大，灯丝越长，电阻越大，因此乙灯灯丝的电阻大于甲灯灯丝的电阻。在串联电路中，电流处处相等，所以通过两灯电流大小相等，根据电功率公式，在电流相等的条件下，电阻越大，灯丝的实际电功率也就越大，灯也就越亮，因此乙灯更亮。 [2]灯泡发光时，灯丝中有电流通过。此时，如果用磁铁靠近灯泡，灯丝会轻微晃动，说明灯丝在蹄形磁铁的磁场中受到了力的作用，这个现象类似于电动机的工作原理，即通电导体在磁场中会受到力的作用。 10．即将服役的国产航母“福建舰”（如图甲）装备了电磁弹射器，可将战机快速弹射起飞。 (1)电磁弹射器的工作原理如图乙，轨道上的磁悬浮电磁弹射车受到巨大的电磁弹力（即通电导线在磁场中会 ）而快速向前滑行，就像我们投掷纸飞机一样，推动战机完成起飞； (2)电磁弹射车采用磁悬浮技术，其工作时，线圈中强大的 产生强磁场，使轨道与其上方弹射车的磁场相互作用产生 （选填“引力”或“斥力”）实现磁悬浮，从而使轨道与弹射车之间的摩擦大幅减少。 【答案】(1)受力运动 (2) 电流 斥力 【详解】（1）通电导线在磁场中会受力运动，轨道上的磁悬浮电磁弹射车受到巨大的电磁弹力而快速向前滑行。 （2）[1][2]通电导体周围存在磁场，电磁弹射车工作时，线圈中强大的电流产生强磁场，使轨道与其上方弹射车的磁场相互作用产生斥力实现磁悬浮，从而使轨道与弹射车之间的摩擦大幅减少。 11．电与磁之间存在着相互联系，根据下图所示的实验，回答问题： (1)如图甲、乙所示，小聪利用干电池、导线和小磁针进行实验；通电后小磁针发生偏转断电后小磁针复位，本实验说明 ；若把图甲中的小磁针换成直导线并通电。推测：两条通电导线之间 （选填“有”或“没有）相互作用力； (2)小聪又将直导线绕成螺线管形状，安装在一块硬纸板上，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑，通电后轻轻敲击硬纸板，现象如图丙所示，表明：通电螺线管周围的磁场与 的磁场相似；A点处的磁场方向向 （选填“左”或“右”）； (3)在螺线管中插入铁芯可制成电磁铁，以下应用中用到了电磁铁的有________（多选）； A．白炽灯 B．电磁起重机 C．电炉 D．电铃 E．电磁继电器 (4)如图丁所示，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，只对调此电源的两极，电动机的线圈转动方向将沿 （选填“顺时针”或“逆时针）。 【答案】(1) 通电导体周围存在磁场 有 (2) 条形磁铁 右 (3)BDE (4)顺时针 【详解】（1）[1]磁场对放在其中的磁体有力的作用，通电后小磁针偏转，小磁针受到力的作用，断电后复位，说明通电导体周围存在磁场。 [2]通电导线周围存在磁场，磁场对通电导线有力的作用，因此若把图甲中的小磁针换成直导线并通电，两条通电导线之间有相互作用力。 （2）[1]如图丙所示，根据铁屑的分布可知，通电螺线管周围的磁场与条形磁铁的磁场相似，均是两端磁性最强。 [2]图丙中，电流从螺线管左端流入，从右端流出，根据安培定则可知螺线管右端为N极，左端为S极。磁体外部磁感线都是从N极出发并指向S极，所以A点处的磁场方向向右。 （3）AC．白炽灯和电炉工作的原理是电流的热效应，故AC不符合题意； BDE．电磁起重机、电铃、电磁继电器利用了电磁铁的磁性，利用的是电流的磁效应，故BDE符合题意。 故选BDE。 （4）只调换电源两极，会同时改变电流方向和电磁铁的磁极方向，故线圈受力方向不变，因此电动机的线圈转动方向将沿顺时针。 12．学习完电与磁的知识，小涛同学制作了以下几个实验装置： (1)如图甲所示的电路，他将A、B串联，目的是控制 相同，探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系；通过电磁铁吸引大头针的数量来判定电磁铁磁性强弱的，这种研究方法是 法； (2)如图乙所示的电路，线圈能够持续转动下去，是因为他加装了 ，该装置能在线圈 （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向； (3)如图丙所示的电路，小涛将线圈abcd经过一定的处理并放在用硬金属丝做成的支架m、n上，按图示连接电路，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动，这就是简易的电动机， （选填“扬声器”或“动圈式话筒”）的原理与它相同；若只将电源的正负极互换，则线圈转动方向会与原来的转动方向 （选填“相同”或“相反”）。 【答案】(1) 电流 转换 (2) 换向器 刚转过 (3) 扬声器 相同 【详解】（1）[1]在串联电路中，电流处处相等。将A、B两个电磁铁串联，目的是控制通过两个电磁铁的电流相同，这样就可以探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。 [2]通过电磁铁吸引大头针的数量来判定电磁铁磁性强弱，把不易观察的磁性强弱转换为容易观察的吸引大头针的数量，这种研究方法是转换法。 （2）[1]若使线圈能够持续转动下去，在线圈刚转过平衡位置时，需改变线圈中的电流方向，所以加装了换向器。 [2]线圈在平衡位置时不受力的作用，由于惯性会继续转动越过平衡位置，电刷连接电源正、负极的位置不变，所以线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 （3）[1]电动机是根据通电导体在磁场中受力运动的原理制成的。扬声器也是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的；而动圈式话筒是根据电磁感应原理工作的，所以扬声器的原理与简易电动机相同。 [2]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，如图丙所示，若只将电源的正、负极互换，不仅改变了通过线圈的电流方向，也改变了电磁铁的磁场方向，则线圈转动方向会与原来的转动方向相同。 【链接中考】 1．（2023·江苏宿迁·中考真题）图中是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，将线圈一端的漆全部刮掉，另一端只刮掉半周，在线圈的下面放置了一块磁体。将其接入电路中，闭合开关后，线圈转动起来了。关于此电动机模型下列说法正确的是（　　）    A．利用电磁感应原理工作 B．线圈在转动时，始终受到磁场作用力 C．将电能转化为机械能 D．增大线圈中的电流可改变转动方向 【答案】C 【详解】A．此实验利用通电线圈在磁场中受到力的作用，故A错误； B．由于线圈中有一端的漆只刮掉半周，会出现电路中无电流状态，当线圈转到该位置处，由于线圈中无电流，所以不会受到磁场力的作用，故B错误； C．电动机消耗电能而转动起来，能量转化为电能转化为机械能，故C正确； D．增大线圈中的电流，会改变线圈受到磁场力的大小，而不会改变受力的方向，故D错误。 故选C。 2．（2025·江苏镇江·中考真题）如图所示为某种扬声器的原理图，AB间连接一导线，导线置于磁极之间，导线中间固定一薄膜片。当AB间通有方向不断变化的电流时，导线所受的磁场作用力的方向 ，薄膜片 发声，声音传入人耳。人耳的鼓膜面积取，大气压强取，则大气对鼓膜的压力为 N。 【答案】 不断变化 振动 8 【详解】[1]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。当AB间通有方向不断变化的电流时，而磁场方向不变，所以导线所受的磁场作用力的方向不断变化。 [2]因为导线所受磁场力方向不断变化，会带动薄膜片振动，声音是由物体振动产生的，所以薄膜片振动发声。 [3]根据压强公式，可得。已知， 则大气对鼓膜的压力为 3.（2025·江苏扬州·中考真题）某款人形机器人参加半程马拉松比赛，安装在腹部的摄像头相当于一个 透镜，远处的物体成倒立、 的实像。该机器人跑步由电动机驱动，电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。以并肩运动的陪跑员为参照物，机器人是 的。机器人跑完21km路程用时约为2h40min，平均速度约为 km/h。（计算结果保留整数） 【答案】 凸 缩小 通电导体 静止 8 【详解】[1][2]安装在机器人腹部的摄像头是利用凸透镜来成像的，所以摄像头相当于一个凸透镜；摄像头的成像原理与照相机成像原理相同，所以成倒立、缩小的实像。 [3]通电导体在磁场中要受到力的作用，电动机就是利用该原理制成的。 [4]以并肩运动的陪跑员为参照物，机器人与陪跑员的位置没有发生变化，则机器人是静止的。 [5]机器人的平均速度约为 4．（2025·江苏南通·中考真题）阅读短文，回答问题。 跨学科实践——制作智能垃圾箱模型 【任务要求】为保护环境、节约资源，同学们设计制作智能垃圾箱模型，实现对可回收垃圾的收集、自动称量、压缩的目的。 【设计制作】任务一：设计制作称重系统。图甲是称重的原理图，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流，压力传感器的电阻的阻值与压力的关系图线如图乙所示。某次测试中，将1kg的物体放在压力传感器上，电压表示数为8V。电压表示数能反映回收垃圾质量的大小，可在电压表上标注对应的质量值。（g取10N/kg） 任务二：设计制作压缩系统。图丙是设计制作的工作流程图。 图丁为压缩系统的模型图。当雷达监测到回收物高度超过预设值时，压缩系统启动，电动机通过减速机带动转换结构中的螺杆转动，螺杆将转动转化为推拉杆向下的直线运动。从而使压板在收集箱内移动。压缩系统的部分参数如下表，“导程”指螺杆每旋转一周推拉杆移动的直线距离，“减速机的速比”指电动机的转速与减速机的输出转速的比值，“电动机效率”指电动机将电能转化为机械能的效率。设电动机的输出功率等于减速机的输出转速、导程以及推拉杆的推力三者的乘积。 电动机额定功率/W 60 导程/（m·r-1） 1.2×10-2 电动机的额定转速/（r·s-1） 60 减速机的速比 20 电动机的效率/% 90 压板的质量/kg 10 【交流评价】同学间交流，对模型制作过程中遇到的问题、使用效果和创新改进等方面进行评价。 (1)雷达发射的超声波是由声源 产生的，改变电动机中的 方向可改变压板运动的方向； (2)“交流评价”“反思改进”是工作流程图中的两个环节，其中环节A为 ；C处提出的问题是 ； (3)关于本次实践活动，下列说法正确的是___________； A．压力传感器受到的压力越大，通过它的电流越大 B．压力传感器受到的压力越大，它的阻值越大 C．电压表刻度上标注的质量值从左向右逐渐变大 D．当电压表示数为6V时，可回收物的质量为2kg (4)若预设值为0.66H，雷达发射至接收到超声波的时间间隔小于 s时，电动机启动。电动机以额定功率工作时，压板与回收物的接触面积为800cm²，则压板对回收物的压强为 Pa；（超声波速度取340m/s） (5)实验测试完成后，同学们对模型存在的问题和需要改进的地方进行了交流。他们认为若要使模型中的称重装置测量更精确，可采取的方法是 ；请对模型的设计再提出一个改进的建议或创新方法 。 【答案】(1) 振动 电流 (2) 反思改进 模型的称重精度是否满足要求？”或“压缩系统的能耗是否过高等 (3)D (4) 0.002 2×10⁴ (5) 对传感器进行校准 加装自动分拣或分类识别等功能 【详解】（1）[1]声音是由物体振动产生的，所以雷达发射的超声波是由声源振动产生的。 [2]电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动，受到的磁场力的方向与电流的方向和磁场方向有关。所以改变电动机中的电流方向可改变压板运动的方向。 （2）[1][2]根据工作流程图的一般流程，先进行“交流评价”，再根据评价结果进行“反思改进”，所以环节A为反思改进。C处是在交流评价环节，结合“对模型制作过程中遇到的问题、使用效果和创新改进等方面进行评价”可知，C 处提出的问题可以是模型的称重精度是否满足要求？”或“压缩系统的能耗是否过高等； （3）A．电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流，所以电路中电流是恒定不变的，故A错误； B．由图乙可知，压力传感器受到的压力越大，它的阻值越小，故B错误； C．电路中电流是恒定不变的，回收垃圾质量越大，压力传感器受到的压力越大，它的阻值越小，根据，电压表示数越小，所以电压表刻度上标注的质量值从左向右逐渐变小，故C错误； D．将1kg的物体放在压力传感器上，电压表示数为8V，此时压力传感器受到的压力为 由图乙可知，压力传感器对应的阻值为，所以电路中的电流为 则当电压表示数为6V时，压力传感器的阻值为 由图乙可知，此时压力传感器受到的压力为20N，则可回收物的质量为 故D正确。 故选D。 （4）[1]当雷达监测到回收物高度超过预设值时，压缩系统启动，电动机通过减速机带动转换结构中的螺杆转动，螺杆将转动转化为推拉杆向下的直线运动。所以若预设值为0.66H，则超声波传播的距离为 则超声波传播的时间为 所以若预设值为0.66H，雷达发射至接收到超声波的时间间隔小于0.002s时，电动机启动。 [2]“减速机的速比”指电动机的转速与减速机的输出转速的比值，所以减速机的输出转速为 设电动机的输出功率等于减速机的输出转速、导程以及推拉杆的推力三者的乘积，则推拉杆的推力为 压板的重力为 则压板对回收物的压强为 （5）[1]若要使模型中的称重装置测量更精确，可采取的方法是对传感器进行校准，减小误差。 [2]对模型的设计提出的改进措施是：加装自动分拣或分类识别等功能，可以做到垃圾分类回收。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 三、磁场对电流的作用 电动机 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 磁场对电流的作用 1 题型2 直流电动机原理及工作过程 4 题型3 扬声器和耳机构造及原理 10 【能力培优练】 14 【链接中考】 18 【重难题型讲解】 题型1 磁场对电流的作用 1. 探究磁场对电流的作用 历史上，奥斯特实验证明了“电生磁”，即电流周围存在磁场。那么反过来，磁场对电流是否也有力的作用？这一问题最终由安培等科学家通过实验证实：磁场对通电导线有力的作用。 磁场对电流作用的特点： ①该现象的条件是：通电的导体置于磁场中。 ②如果导体中没有电流，或者导体与磁感线平行放置，则导体不受磁场力作用。 ③这一发现为电动机的发明奠定了理论基础。 2. 磁场对通电导线作用力的探究 实验操作 现象 结论与分析 给直导线通电 导线运动起来 磁场对通电导线有力的作用 改变电流方向 导线运动方向改变 受力方向与电流方向有关 改变磁场方向 导线运动方向改变 受力方向与磁场方向有关 同时改变电流和磁场方向 导线运动方向不变 受力方向与电流和磁场方向的关系符合左手定则 增大电流或增强磁场 导线运动更快或幅度更大 受力大小与电流大小和磁场强弱有关 ★拓展培优 判断磁场对电流作用力的方向——左手定则 通电导体在磁场中的受力方向可用左手定则判断——伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并互相垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电导体的受力方向。 导体不运动的几种可能： ①电路未接通，导线中没有电流。 ②电流太小或磁场太弱，受力不足以克服阻力。 ③导线与磁感线平行放置（此时受力为零）。 ④磁体磁性太弱或导线被卡住。 【典例1-1】通电线圈在磁场中会转动，但摆动几下后停在某一位置。这个位置是（　　） A．不受磁场力的位置 B．受平衡力的位置 C．电路中无电流的位置 D．线圈所在平面与磁感线平行的位置 【跟踪训练1】电和磁有紧密的联系。下面是探究小组进行的一些与电和磁有关的实验。 (1)如图甲所示，接通电路后，观察到小磁针偏转，此现象说明了通电导体 ；断开开关，小磁针在 的作用下又恢复到原来的位置； (2)如图乙所示，将导线缠绕成螺线管后通电，磁场会 （选填“增强”或“变弱”）。滑片位置不变时，开关在 （选填“1”或“2”）时的磁场更强； (3)如图丙所示，在M、N之间接入 ，就可以探究磁场对电流的作用，这一实验将 能转化成 能。 【跟踪训练2】如图为探究磁场对电流的作用的实验装置，闭合开关，导体ab运动起来， （选填“电动”或“发电”）机是根据此原理制成的。调转蹄形磁铁的磁极，导体ab运动方向与原来 ；增大电源电压，导体ab运动速度比原来的更 。 【典例1-2】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）在正确完成（1）的操作后，闭合开关，发现导体棒AB在磁场力作用下向左运动，若要使导体棒AB在磁场力作用下向右运动，你采取的方法是 或 ； （3）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，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的。通电后若cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，则ab段导线所受磁场力的方向是 ，这两个力 （选填“是”或“不是”）一对平衡力，理由是 ； （4）小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆全部刮去后，用导电支架托住，放入磁场中（如图丙所示）。闭合开关，发现线圈不能持续转动，只能在平衡位置附近摆动。线圈处于平衡位置时，线圈平面与磁感线 （选填“平行”或“垂直”）；为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是 。 【跟踪训练1】课本上“通电导线在磁场中受力”的实验示意图如图甲所示，小明同学实际探究时在电路中连接了一个滑动变阻器（如图乙）。 序号 磁场方向 ab中电流方向 ab运动方向 1 向下 无电流 静止不动 2 向下 由a向 向左运动 3 向上 由向 向右运动 4 向下 由向 向右运动 (1)小明在电路中接入滑动变阻器的作用是 。 (2)比较 （填实验序号）两次实验，可以说明通电导线在磁场中的受力方向与电流方向有关。 (3)比较2、3两次实验，可以说明通电导线在磁场中的受力方向与 有关。 (4)小谦想在图甲的基础上对实验进行改造，探究影响感应电流方向的因素。为了观察到明显的实验现象，他要把图甲中的电源换成图丙中的 。 【跟踪训练2】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 题型2 直流电动机原理及工作过程 1． 直流电动机的构造及工作原理 直流电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，主要由以下部分组成： 磁体（定子）：提供磁场的永磁体或电磁铁。 线圈（转子）：可以绕轴转动的多匝线圈。 换向器：由两个半圆形铜环组成，与线圈两端相连。 电刷：与换向器保持滑动接触，将电流引入线圈。 转轴：输出机械动力。 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． 换向器的作用与原理 换向器是直流电动机能够持续转动的关键装置。 换向器是两个彼此绝缘的半圆形铜环，分别与线圈两端相连，当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈的连接位置。从而使线圈转过平衡位置的瞬间，电刷从一个半环切换到另一个半环，使电流方向改变。 3． 调整电动机的方法 （1）改变转动方向：改变电流方向（对调电源正负极）；改变磁场方向（对调磁极）。 （2）提高转速：增大电流（提高电压或减小电阻）；增强磁场（换用更强的磁体）；增加线圈匝数。 ★特别提醒 换向器改变电流的时机：换向器是在线圈刚转过平衡位置的瞬间改变电流方向，不是在平衡位置改变。这样改变方向后，线圈受力方向与转动方向相同，起到推动作用。 在自制简易电动机时，通常采用“一端全部刮去漆皮，另一端只刮去上半周漆皮”的方法，这相当于起到了换向器的作用——线圈转一周，有半周通电、半周不通电，依靠惯性冲过平衡位置。 直流电动机的电流特点：直流电动机工作时，线圈中的电流方向是变化的（每半周改变一次），但外部电路中的电流方向不变。 【典例2-1】如图是一台简易直流电动机，支架中间是磁铁。将绕制好的线圈置于接通电源的支架上，却不转动，轻推后也无法持续转动，最可能的原因是（    ） A．线圈的磁场力相互平衡，合力为零 B．电源正负极接反，线圈的磁场力反了 C．线圈太粗质量大，磁场力太小，转不动 D．线圈匝数过多，电阻大电流小，没有受到磁场力 【跟踪训练1】小应自制了一个直流电动机模型，如图所示。回形针做成两个支架，分别与电池两极相连。用漆包铜线绕成一个线圈，以线圈引线为轴，用小刀刮去轴的一端全部绝缘漆，另一端只刮去上半周绝缘漆。将线圈放在支架上，磁体放在线圈边，闭合开关，轻轻拨动线圈，此时线圈顺时针转动，则下列说法错误的是（    ） A．若仅改变磁极方向，线圈会逆时针转动 B．若再增加一节干电池，线圈转动速度加快 C．刮去上半周绝缘漆，作用相当于换向器 D．工作时将机械能转化为电能 【跟踪训练2】如图所示，放在U形磁铁两极之间的铝盘的下边缘浸在液态水银中，闭合开关S，铝盘会绕水平轴O转动。下列说法正确的是（　　） A．铝盘转动的原理与电动机的工作原理相同 B．将磁铁的磁极对调后，铝盘的转动方向不变 C．将电源的正负极对调后接入电路，铝盘的转动方向不变 D．左右移动滑动变阻器的滑片P，铝盘的转动方向改变 【典例2-2】如图所示为直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．这两个时刻线圈中的电流方向相同 B．这两个时刻ab边中的电流方向相同 C．这两个时刻ab边受到的磁力方向不同 D．在同一个时刻ab边受到的磁力方向与cd边受到的磁力方向相同 【跟踪训练1】下图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析不正确的是（　　） 　　 A．导线ab中的电流在这两个时刻方向不同，受到的磁场力方向也不同 B．甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置 C．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向 D．如果电动机持续转动，则电动机内外流的都是直流电 【跟踪训练2】请结合图甲、乙回答下列有关电动机工作过程的问题。 (1)电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。图甲中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是 。 (2)图乙中线圈所在的位置 （选填“是”或“不是”）平衡位置，图中A、B组成的装置叫 ，它的作用是在线圈 （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。电动机工作时是把电能转化为 。 【典例2-3】香洲区物理学习小组开展了有关生活中常用的直流电动机的项目式学习。 【任务一】制作简易电动机 如图甲所示是小海学习小组制作的简单电动机模型，该模型主要由强磁体、用漆包线绕成的线圈和电池等构成。 (1)为使线圈能够持续转动，用小刀刮去线圈两端引线漆皮的要求是（　　） A．两端全刮掉 B．一端全刮掉，另一端只刮半周 (2)图乙中直流电动机的线圈可以持续转动，是因为换向器能在线圈越过平衡位置时，自动改变线圈中的 。 【任务二】制作“书桌神器” 学习小组利用电动机制作了一款“书桌神器”；既能清理纸屑，又能吹风纳凉； (3)如图丙接通电路后，旋钮式电阻的旋钮绕O点沿箭头方向转动时，电路中电阻 ，电动机转速会 ；（两空均选填“变大”“变小”或“不变”） (4)如图丙、丁，当开关与a接触、与c接触时，电动机正转，产生向左的气流向内吸纸屑；若要电动机反转，产生向右的气流向外吹风，则开关与 接触、与 接触； (5)结合评价表，判断该模型的评价等级为 。 评价等级 优秀 合格 待改进 能吸纸屑、吹风且风速可调 能吸纸屑、吹风，风速不可调 只能吸纸屑或只能吹风 【跟踪训练1】如图是直流电动机模型。 （1）直流电动机模型里的换向器在线圈 （选填“刚转到”、“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向； （2）小明将组装好的直流电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图甲，若要电动机转速加快，小明应将滑动变阻器的滑片向 （选填“左”或“右”）端移动； （3）接下来，小明把该直流电动机模型中的永磁铁换成图乙所示的电磁铁，并将电磁铁线圈的两个接线柱M、N分别与电刷A、B相连，使电磁铁线圈与电动机模型线圈并联后，合用一个电源，当对调接在电源正、负极上的导线时，电动机线圈转动的方向会不会改变?答： ，理由是 ； （4）若这台电动机正常工作时，两端的电压为5V，通过的电流为1A，通电10s，该电动机线圈的电阻为1Ω，这台电动机的效率为 。 【跟踪训练2】小明在制作电动机模型时把一段粗漆包线绕成3cm×2cm矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，用硬金属丝做两个支架，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，如图甲所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会持续转动。 （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 ； A．两端全刮掉        B．一端全部刮掉，另一端只刮半周 （2）如图甲、乙所示，图 的线圈恰好处于平衡位置，另一个图中线圈左右两边所受的两个力不满足二力平衡条件的原因是这两个力 。如图丙所示的线圈可以持续转动，是因为它加装了 ，该装置能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。 题型3 扬声器和耳机构造及原理 1. 扬声器和耳机的构造 扬声器（喇叭）和耳机都是将电信号转化为声信号的装置，它们的构造基本相同： 永久磁体：提供稳定的磁场。 线圈（音圈）：绕在纸盆或振膜上的线圈，通过音频电流。 锥形纸盆/振膜：振动发声的部件。 2. 扬声器和耳机的工作原理 工作原理：通电导体在磁场中受力运动（与电动机原理相同）。 工作过程：线圈中通入强弱变化、方向变化的音频电流 → 线圈在磁场中受到大小和方向变化的力 → 线圈带动纸盆/振膜振动 → 振动产生声音。 能量转化：电能转化为机械能（声能）。 3. 电流变化和振动的关系 电流方向变化：影响线圈受力方向，使纸盆来回振动。 电流大小变化：影响线圈受力大小，影响纸盆振动幅度（响度）。 电流变化频率：影响纸盆振动频率（音调）。 4. 扬声器与话筒的区别与联系 能量转化 工作原理 作用 扬声器/耳机 电能 → 声能 磁场对电流的作用（电动机原理） 把电信号转化为声音 动圈式话筒 声能 → 电能 电磁感应（发电机原理） 把声音转化为电信号 扬声器：磁场对电流的作用（电动机原理）/话筒：电磁感应（发电机原理）。 ★特别提醒 “变化的电流”是关键：扬声器中通入的是方向不断变化、大小不断变化的音频电流，而不是恒定电流。只有变化的电流才能产生变化的磁场力，使纸盆振动发出声音。 【典例3-1】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 【跟踪训练1】新型公交车的玻璃上已经安装了自动爆玻器，它相当于一个电控安全锤。危急时刻，司机只需按下开关通电，自动爆玻器磁场中的线圈就会产生一个冲击力，带动钨钢头击打车窗玻璃边角部位，实现击碎玻璃的目的。下列说法正确的是（    ） A．自动爆玻器工作时将机械能转化为电能 B．击打车窗玻璃边角部位的钨钢头设计成锥形是为了增大压力 C．自动爆玻器工作原理电磁感应现象 D．自动爆玻器的工作原理与扬声器相同 【跟踪训练2】一种动圈式扬声器可以代替话筒使用，如图所示。人对着扬声器的锥形纸盆说话，声音使纸盆振动，与纸盆相连的线圈也会随着振动（线圈放置在一个永久磁体的磁场中），这时线圈中就会产生随声音变化的电流，下列说法正确的是（    ） A．该过程中，电能转化为机械能 B．该过程中，线圈在磁场中不受力 C．该过程的原理与电动机相同 D．该过程的原理与发电机相同 【典例3-2】为了揭秘现代化养殖场的“黑科技”，某学校组织科技小组同学到本地一大型养殖场调研。在养殖场内，十万只蛋鸡刚刚完成进食，饲喂塔顶太阳能板正迎着朝阳，屋顶的旋转风帽迎着晨风自动旋转，饲养场内的48组芯片传感器监测着温度、湿度、光照、粉尘、二氧化碳等12项指标，智能饲喂机正在计算午间饲料配比，5G巡检机器人穿梭在鸡群中，实时上传画面。这个看似科幻的场景，正是中国现代化养殖场的日常缩影。请结合上述信息完成下面问题。 (1)根据以上场景的描述，下列说法错误的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．制作传感器芯片的核心材料是半导体 C．巡检机器人的镜头是凸透镜 D．监控画面通过电磁波传回数字平台 (2)机器人的动力装置是电动机，其工作原理与 （选填“动圈式话筒”或“扬声器”）的工作原理相同。 (3)如图甲所示，为养殖场屋顶直径可达1.2米的银色旋转风帽，是利用自然风使风帽旋转实现室内换气的装置。它不用电，无噪声，节能环保，只是微风即可让其轻盈旋转。风帽转动时其内部空气流速变大，压强变 ，养殖场内的污浊气体在 的作用下被排出。 (4)参观结束后，科技小组同学设计了一个禽畜水槽喂水报警系统，其原理电路如图乙所示，电源电压为9V，R0是阻值为20Ω的定值电阻，电压表量程为0~15V，电流表为0~0.6A，R1为滑动变阻器，弹簧、金属杆和水槽底部活塞相连，当水槽装满水时水深和R1的长度相等；当水槽内的水被禽畜喝掉逐渐减少时，活塞在弹簧作用下会自动上升；当水深低于设置深度时，通过电压表改装的报警系统自动报警。当水深为50cm时，滑片P位于R1的a点，此时R1接入电路的电阻长度为R1总长度的，电流表示数为0.2A；当水槽水深40cm时，R0的电功率为 W；如果把R0换成阻值更大的定值电阻，报警深度会变 。 【跟踪训练1】小鹏旅航者X2飞行汽车近日在消博会亮相，并透露将在两三年内量产。据悉，旅航者X2全机身采用碳纤维材料打造，碳纤维材料是一种比普通钢硬度高10倍的超硬材料，仅次于金刚石的硬度，兼顾安全性和轻量化，旅航者X2最大起飞重量为560kg，裸机重量仅为360kg，官方表示，其有10个容量“72V 20A·h”的电池作为动力源，充电半小时，续航时间为35分钟，拥有自主飞行路径规划能力，通过多个传感器可实现对地监控、无死角环境感知、自助返航降落、百公里双向实时通信。 （1）飞行汽车的驱动单元为4个旋翼，飞行中，可以通过调节电动机线圈中的 来改变旋翼转速；电动机工作的原理与 工作原理相似（选填“扬声器”或“动圈式话筒”） （2）碳纤维材料打造机身，是因为碳纤维具有 小的物理特性；裸机静止在水平地面上，单侧底杠与地面的接触面积为，此时地面受到裸机的压强为 Pa； （3）单个电池充满电可以储能 J，充电半小时可以将10个电池充满电，充电功率为 kW。 【跟踪训练2】图甲是“探究磁场对通电导体的作用”实验装置。 (1)在实验时，是通过观察 来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用。 (2)移动滑动变阻器的滑片到适当位置，闭合开关，发现金属棒ab向右运动。保持磁场方向不变，只改变电路中的电流方向，闭合开关，发现金属棒ab向左运动；保持电流方向不变，只把磁体的N、S极调换一下，发现金属棒ab向左运动；让磁场方向、电流方向同时改变，发现金属棒ab向右运动。根据观察到的实验现象，进行分析，可以得到的结论是：磁场对通电导体有力的作用，且力的方向与 和 有关。 (3)根据该实验原理，小明用一段漆包铜线绕成线圈，自制了一个如图乙所示的简易电动机，用小刀刮去两端的漆皮，另一端只刮去半周。按这种方法刮漆的目的有两个：一是使线圈能够 ，二是这一部位能起到 （填某一部件的名称）的作用。 (4)下列装置中用到该实验原理的是________（填字母）。 A．扬声器 B．动圈式话筒 C．发电机 【能力培优练】 1．兴趣小组的同学制作了一个小小电动机如图所示，下列正确的有（　　） A．电动机主要由磁体和线圈组成 B．电动机把机械能转化为电能 C．对调电源正、负极不能改变线圈的转动方向 D．电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻无关 2．如图所示，是某兴趣小组自制的简易电动机。一块纽扣强磁铁的上端磁极吸附在一根铁钉的底部，铁钉的尖端竖直地吸在一节干电池的正极上；将导线一端接在电池负极，若另一端接在磁铁上，铁钉和磁铁就会沿图示方向转动。整个实验电路电阻较小，下列分析正确的是（   ） A．铁钉中电流的方向是从底部指向尖端 B．铁钉和磁铁转动时，机械能转化为电能 C．电路中电流较大，不能长时间进行实验 D．若将磁铁的上下磁极调换，铁钉和磁铁仍沿图示方向转动 3．将一段裸铜导线弯成如图甲所示形状的线框，将它置于一节5号干电池上（线框上端的弯折处与正极接触良好），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端，与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会开始转动，成为一个“简易电动机”，如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（   ） A．线框会转动是由于电荷间的相互作用 B．电路中的热功率等于线框旋转的机械功率 C．若线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则线框无法转动 D．若磁铁吸附在电池负极的是极，那么从上向下看，线框做逆时针转动 4．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 5．如图1，⊗表示导线中的电流方向垂直于纸面向里，F是磁场对通电导线的作用力。用Fab、Fcd、Fa'b'、Fc'd'分别表示图2、3中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a'b'、c'd'的作用力，则（　　） A．Fab竖直向上，Fcd竖直向下 B．Fab竖直向下，Fcd竖直向上 C．Fa'b'竖直向上，Fc'd'竖直向下 D．Fa'b'竖直向下，Fc'd'竖直向下 6．如图是电压表内部结构示意图，表头内部有一个磁铁和一个导电线圈，通电后，指针在磁力的作用下会旋转，其原理是 ，当电压表正负接线柱接反时，电压表指针反向偏转，说明受力方向与 有关；该电压表有两个量程，若使用小量程，则应把导线接在图中 两个接线柱上（填字母）。 7．如图所示为某电动机的原理图。EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，（OO'为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，螺线管E端为 （选填“N”或“S”）极，若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将 （选填“顺时针转动”或“逆时针转动”）。 8．夏天的紫外线较强，长时间在室外会对皮肤造成伤害，甚至诱发皮肤癌。某遮阳棚厂家利用紫外光敏电阻对紫外线较灵敏的性质，对图甲的遮阳棚进行了改进，设计了如图乙所示电路。当户外紫外线增强到设定值时，闭合，电动机转动，遮阳棚上防紫外线的遮阳布展开。电动机的工作原理是 ，电路中光敏电阻随光照强度的增强而 （选填“增大”或“减小”）。 9．小红同学在家找到两个外观一样，额定电压均为220V的普通白炽灯，如图所示，其铭牌已经模糊，看不出额定功率，但是可以直接通过观察灯丝比较出两只灯泡的额定功率，若将两只灯泡串联起来，接在220V的电路中，两灯的亮度情况是 （选填“甲灯更亮”，“乙灯更亮”或“两灯一样亮”），小刚将灯泡接在家庭电路上，闭合开关，用一蹄形磁铁去靠近灯泡的玻璃泡，如图丙所示，他发现发光的灯丝在晃动，类似于 。（填“电动机原理”或“发电机原理”） 10．即将服役的国产航母“福建舰”（如图甲）装备了电磁弹射器，可将战机快速弹射起飞。 (1)电磁弹射器的工作原理如图乙，轨道上的磁悬浮电磁弹射车受到巨大的电磁弹力（即通电导线在磁场中会 ）而快速向前滑行，就像我们投掷纸飞机一样，推动战机完成起飞； (2)电磁弹射车采用磁悬浮技术，其工作时，线圈中强大的 产生强磁场，使轨道与其上方弹射车的磁场相互作用产生 （选填“引力”或“斥力”）实现磁悬浮，从而使轨道与弹射车之间的摩擦大幅减少。 11．电与磁之间存在着相互联系，根据下图所示的实验，回答问题： (1)如图甲、乙所示，小聪利用干电池、导线和小磁针进行实验；通电后小磁针发生偏转断电后小磁针复位，本实验说明 ；若把图甲中的小磁针换成直导线并通电。推测：两条通电导线之间 （选填“有”或“没有）相互作用力； (2)小聪又将直导线绕成螺线管形状，安装在一块硬纸板上，并在硬纸板上均匀地撒满铁屑，通电后轻轻敲击硬纸板，现象如图丙所示，表明：通电螺线管周围的磁场与 的磁场相似；A点处的磁场方向向 （选填“左”或“右”）； (3)在螺线管中插入铁芯可制成电磁铁，以下应用中用到了电磁铁的有________（多选）； A．白炽灯 B．电磁起重机 C．电炉 D．电铃 E．电磁继电器 (4)如图丁所示，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，只对调此电源的两极，电动机的线圈转动方向将沿 （选填“顺时针”或“逆时针）。 12．学习完电与磁的知识，小涛同学制作了以下几个实验装置： (1)如图甲所示的电路，他将A、B串联，目的是控制 相同，探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系；通过电磁铁吸引大头针的数量来判定电磁铁磁性强弱的，这种研究方法是 法； (2)如图乙所示的电路，线圈能够持续转动下去，是因为他加装了 ，该装置能在线圈 （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向； (3)如图丙所示的电路，小涛将线圈abcd经过一定的处理并放在用硬金属丝做成的支架m、n上，按图示连接电路，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动，这就是简易的电动机， （选填“扬声器”或“动圈式话筒”）的原理与它相同；若只将电源的正负极互换，则线圈转动方向会与原来的转动方向 （选填“相同”或“相反”）。 【链接中考】 1．（2023·江苏宿迁·中考真题）图中是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，将线圈一端的漆全部刮掉，另一端只刮掉半周，在线圈的下面放置了一块磁体。将其接入电路中，闭合开关后，线圈转动起来了。关于此电动机模型下列说法正确的是（　　）    A．利用电磁感应原理工作 B．线圈在转动时，始终受到磁场作用力 C．将电能转化为机械能 D．增大线圈中的电流可改变转动方向 2．（2025·江苏镇江·中考真题）如图所示为某种扬声器的原理图，AB间连接一导线，导线置于磁极之间，导线中间固定一薄膜片。当AB间通有方向不断变化的电流时，导线所受的磁场作用力的方向 ，薄膜片 发声，声音传入人耳。人耳的鼓膜面积取，大气压强取，则大气对鼓膜的压力为 N。 3.（2025·江苏扬州·中考真题）某款人形机器人参加半程马拉松比赛，安装在腹部的摄像头相当于一个 透镜，远处的物体成倒立、 的实像。该机器人跑步由电动机驱动，电动机的工作原理是磁场对 有力的作用。以并肩运动的陪跑员为参照物，机器人是 的。机器人跑完21km路程用时约为2h40min，平均速度约为 km/h。（计算结果保留整数） 4．（2025·江苏南通·中考真题）阅读短文，回答问题。 跨学科实践——制作智能垃圾箱模型 【任务要求】为保护环境、节约资源，同学们设计制作智能垃圾箱模型，实现对可回收垃圾的收集、自动称量、压缩的目的。 【设计制作】任务一：设计制作称重系统。图甲是称重的原理图，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流，压力传感器的电阻的阻值与压力的关系图线如图乙所示。某次测试中，将1kg的物体放在压力传感器上，电压表示数为8V。电压表示数能反映回收垃圾质量的大小，可在电压表上标注对应的质量值。（g取10N/kg） 任务二：设计制作压缩系统。图丙是设计制作的工作流程图。 图丁为压缩系统的模型图。当雷达监测到回收物高度超过预设值时，压缩系统启动，电动机通过减速机带动转换结构中的螺杆转动，螺杆将转动转化为推拉杆向下的直线运动。从而使压板在收集箱内移动。压缩系统的部分参数如下表，“导程”指螺杆每旋转一周推拉杆移动的直线距离，“减速机的速比”指电动机的转速与减速机的输出转速的比值，“电动机效率”指电动机将电能转化为机械能的效率。设电动机的输出功率等于减速机的输出转速、导程以及推拉杆的推力三者的乘积。 电动机额定功率/W 60 导程/（m·r-1） 1.2×10-2 电动机的额定转速/（r·s-1） 60 减速机的速比 20 电动机的效率/% 90 压板的质量/kg 10 【交流评价】同学间交流，对模型制作过程中遇到的问题、使用效果和创新改进等方面进行评价。 (1)雷达发射的超声波是由声源 产生的，改变电动机中的 方向可改变压板运动的方向； (2)“交流评价”“反思改进”是工作流程图中的两个环节，其中环节A为 ；C处提出的问题是 ； (3)关于本次实践活动，下列说法正确的是___________； A．压力传感器受到的压力越大，通过它的电流越大 B．压力传感器受到的压力越大，它的阻值越大 C．电压表刻度上标注的质量值从左向右逐渐变大 D．当电压表示数为6V时，可回收物的质量为2kg (4)若预设值为0.66H，雷达发射至接收到超声波的时间间隔小于 s时，电动机启动。电动机以额定功率工作时，压板与回收物的接触面积为800cm²，则压板对回收物的压强为 Pa；（超声波速度取340m/s） (5)实验测试完成后，同学们对模型存在的问题和需要改进的地方进行了交流。他们认为若要使模型中的称重装置测量更精确，可采取的方法是 ；请对模型的设计再提出一个改进的建议或创新方法 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $