20.5 跨学科实践：制作简易直流电动机 课堂练习-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．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 2．如图所示，小明同学做了一个小小直流电动机模型。同学们围着观看线圈的持续转动，一起分享着他的成果。同时其他没有做成功的同学提出了以下不同想法，你认为正确的是（　　） 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 C．线圈两端（作为转轴）的漆皮在同一侧刮去半周，这样才可持续转动 D．此电动机模型是根据电磁感应的原理制成的 3．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． 4．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 5．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 6．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 7．如图所示是直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，以下是同学们对直流电动机工作原理的分析，其中正确的是(　　) A．导线ab在这两个时刻电流方向不同，受力方向也不同 B．导线cd在这两个时刻电流方向相同，受力方向也相同 C．导线ab和cd在甲图位置所受力的方向相同 D．导线ab和cd在乙图位置受到的二力平衡 8．一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 9．关于直流电动机，下列叙述正确的是（　　） A．直流电动机正常工作时，是将电能转化为内能 B．直流电动机的工作原理是电磁感应 C．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 D．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 10．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 二、填空题 11．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）。 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 ___________Ω。 13．如图是小海用一节干电池、一个强力磁铁，一根铜丝自制的一个简易电动机，轻轻推一下心形线圈，线圈就转动起来了，这是因为磁场对_________有力的作用；若要让线圈朝相反的方向转动，除了只改变磁极的方向外，你还有什么方法：_________。 14．某位同学在做实验时，连接了如图所示的电路，闭合开关后，直流电动机和发光二极管同时工作。此时，电动机和二极管是 _____的（选填“串联”或“并联”），断开开关，顺时针转动电机，发现二极管发光，但逆时针转动电机，发现二极管不发光，这是由于二极管具有 _____的独特功能。    15．如图所示，是某兴趣小组自制的简易电动机。一块纽扣强磁体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，若另一端接在磁体上，铁钉和磁体就会沿图示方向转动，其原理是___________。若想改变铁钉和磁体的转动方向，可以采取的措施是___________。 三、综合题 16．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”）。 17．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！ 18．电梯已经成为高层住宅必备的交通工具。在综合实践课上，某小组开展了设计电梯的活动。 【任务一】了解电梯的构造 电梯的典型结构包括滑轮、轿厢、钢丝绳、配重、电动机、安全装置和信号操纵系统等，如图（a）所示，是某种升降电梯的基本构造，电动机和配重通过钢丝绳分别给轿厢施加拉力，连接轿厢的两根钢丝绳非常靠近，轿厢与配重的运动方向始终相反。 (1)图（a）中、两个滑轮是___________滑轮。 (2)若轿厢中的乘客增加时，该装置的机械效率___________（填“增大”“不变”或“减小”）。 【任务二】电梯功能优化设计 (3)如图（b）所示为电梯的报警系统工作原理图。已知控制电路电源电压为U，为定值电阻。出于安全考虑，电梯设置有超载响铃报警系统。结合工作原理图可知：力敏电阻的阻值随所受压力的___________而减小（选填“增大”或“减小”）。 (4)如果想改变电梯升降的速度，在不改变电动机构造的前提条件下，可在电动机所在电路中串联一个___________（选填“定值电阻”或“滑动变阻器”）。 【任务三】电梯工作过程 (5)电梯里的电动机是通过改变电流方向，来切换转轴的转动方向，使轿厢升降自如。如图（c）是其简化的电路图，当两个单刀双掷开关触点1和2接触时电动机正向转动，触点1和3接触时电动机反向转动。请将图（c）中的电路图补充完整。 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 D C D C C D A B D C 1．D 【详解】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。 2．C 【详解】A．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A错误； BC．线圈两端（作为转轴）的漆皮如果全部刮去，线圈越过平衡位置之后，由于线圈中的电流方向没有改变，此时线圈受到的力会阻碍它的转动，不能实现持续转动，将线圈两端（作为转轴）的漆皮在同一侧刮去半周，这样可以让线圈在磁场力的作用下转到半周，还有半周不通电，线圈依靠惯性转到半周，这样就能使线圈持续转到下去，故B错误，C正确； D．此电动机模型是根据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。 3．D 【详解】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。 4．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。 5．C 【详解】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。 6．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。 7．A 【详解】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A正确；同理可知，导线cd在这两个时刻的电流方向和受力方向都是不同的，故B错；导线ab和cd在甲图位置所受力的方向是相反的，故C错；导线ab和cd在乙图位置受到的两个力没有同一直线上，不是平衡力，故D错；应选A． 8．B 【详解】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。 9．D 【详解】A．直流电动机正常工作时，消耗电能，得到机械能，是将电能转化为机械能，故A错误； B．直流电动机的原理是通电线圈在磁场中受力而转动，故B错误； C．通电导线在磁场中受力的方向跟磁场的方向以及电流的方向有关，当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，故C错误； D．直流电动机中起电驱电流的换向作用的结构叫做换向器，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，故D正确。 故选D。 10．C 【详解】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。 11． 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。 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． 通电导体 只改变电路中电流的方向 【详解】[1]电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用。在这个简易电动机中，心形线圈中有电流通过，在磁场中就会受到力的作用从而转动起来。 [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。要使线圈朝相反方向转动，除了改变磁极方向（即磁场方向）外，还可以只改变电流的方向，这样线圈受力方向就会改变，从而反向转动。 14． 并联 单向导电性 【详解】[1]由电路图可知，在有外部电源供电的情况下，闭合开关后，直流电动机和发光二极管同时工作。此时，电动机和二极管均能独立工作、互不影响即为并联。 [2]把开关断开，此时没有外部电源供电，则转动电动机，此时电动机相当于发电机，充当了电源的作用，而当顺时针转动电机，发现二极管发光，但逆时针转动电机，发现二极管不发光，说明晶体二极管具有单向导电性。 15． 通电导体在磁场中受到力的作用 将磁体的磁极对调/将电源的正、负极对调 【详解】[1]装置接通电路后，处在磁体产生的磁场中的通电导体受到力的作用，从而带动铁钉和磁体转动，因此原理为通电导体在磁场中受到力的作用。 [2] 通电导体在磁场中的受力方向与电流方向、磁场方向两个因素有关，因此想要改变转动方向，只需要改变其中一个因素即可：可以调换电源正负极改变电流方向，或者调换磁体磁极改变磁场方向。 16．(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。 17． 小 重心 A 左 大 15 【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。根据表格中数据的平均情况，设计吃水深度与型深之比的平均值为 为了该船模在测试水槽中安全行驶，设最多可承载n个这样的垫圈，因此有 解得n≈15。 18．(1)定 (2)增大 (3)增大 (4)滑动变阻器 (5) 【详解】（1）图中两个滑轮的轴位置固定不动，符合定滑轮的特征，因此是定滑轮； （2）乘客增加时，提升相同高度，有用功增大，额外功不变，由可知，机械效率增大； （3）超载时电梯受到的压力增大，需要电磁铁吸下衔铁触发电铃报警，此时要求控制电路电流更大、总电阻更小，因此是压力增大时减小； （4）滑动变阻器可以改变接入电路的电阻，从而改变电路电流，改变电动机功率，实现改变电梯升降速度的目的，而定值电阻无法改变电阻，改变电路电流； （5）将电源的左端同时接左侧开关的静触点2和右侧开关的静触点3，电源的右端同时接左侧开关的静触点3和右侧开关的静触点2，即可满足要求：当两个开关的1接2时电流从M左端流入右端流出，1接3时电流从M右端流入左端流出，实现转动方向改变。如图所示： 学科网（北京）股份有限公司 $