第3节 电动机（举一反三讲义）科学新教材浙教版八年级下册

第3节 电动机 目录 目录 1 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1 磁场对通电导体的作用 2 知识点2 磁场对通电线圈的作用 5 知识点3 直流电动机 7 知识点4 电动机的调节与故障排查 9 【巩固训练】 11 【学习目标】 1. 科学观念 （1）理解磁场对通电导体的作用规律，认识通电导体受力方向与电流、磁场方向的关系。 （2）了解直流电动机的构造、工作原理与能量转化，知道换向器的作用。 2. 科学思维 （1）能根据电流和磁场方向判断导体受力方向，提升逻辑推理与规律应用能力。 （2）建立 “受力 — 转动 — 换向” 的分析模型，理解电动机的工作过程。 3. 探究实践 （1）能完成磁场对通电导体作用的探究实验，规范分析实验现象与结论。 （2）能结合生活实例，分析电动机的应用与故障原因。 4. 态度责任 （1）认识电动机在生产生活中的广泛应用，体会电磁技术的实用价值。 （2）树立科学探究意识，激发对电磁应用的学习兴趣。 重点： 1.磁场对通电导体的作用规律，受力方向的影响因素 2.直流电动机的工作原理、换向器的作用与能量转化 难点： 1.结合电流、磁场方向判断通电导体的受力方向 2.理解换向器如何实现线圈持续转动，分析电动机的工作过程 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1 磁场对通电导体的作用 1. 实验：磁场对通电导线的作用 实验操作 实验现象 结论 给磁场中的直导线通电 导线 通电导线在磁场中会受到力的作用 改变电流方向 导线运动方向 导线受力方向与电流方向有关 改变磁场方向 导线运动方向 导线受力方向与磁场方向有关 同时改变电流方向和磁场方向 导线运动方向 同时改变电流方向和磁场方向，受力方向不变 2. 规律 （1）只改变电流方向或磁场方向，受力方向反转；同时改变两个，受力方向不变。 （2）受力大小影响因素：电流越大、磁场越 、通电导体在磁场中的长度越长，导体受到的力越 。 （3）能量转化：电能转化为 。 【典例1】如图所示，是小明同学探究“磁场对通电导体的作用”的实验装置，AB是一根金属棒，通过金属导轨连接到电路中，闭合开关S0后，金属棒没有运动（仪器、电路都完好），要想使金属棒运动起来，下列措施不可行的是（　　） A．将蹄形磁体的N、S极对调 B．换用磁性强一些的蹄形磁体 C．换用能提供较大电流的直流电源 D．使用轻质金属棒，减小金属棒与导轨之间的摩擦力 【变式1】如图，通电导线A在磁场中受到磁场的作用力F竖直向上。若改变磁场方向和电流方向，则下列情况中对F判断正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式2“⊗”表示导线中的电流方向垂直于纸面向里；“⊙”表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。螺线管通电后外部磁场的情况，如图所示，此时通电导线受到的力F向上．以下小京对力方向的判断，正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式3】在探究通电导线在磁场受力方向与什么因素有关时，一位同学做了如图甲、乙、丙三个实验。其中AB表示闭合电路的一部分导线，导线上的箭头表示电流方向，F表示导线受力方向，S/N分别表示蹄形磁铁的南北极。 （1）实验 说明，通电导线在磁场中的受力方向与电流的方向有关（填“甲和乙”、“乙和丙”或者“甲和丙”下同）。 （2）实验 说明，通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关。 知识点2 磁场对通电线圈的作用 1. 实验现象：通电线圈在磁场中会受力发生转动，但无法持续转动，最终会停在某个固定位置。 2.平衡位置：线圈平面与磁感线 的位置，叫做线圈的平衡位置。 线圈静止的原因：线圈在平衡位置时，上下两边受力大小 、方向 、作用在同一直线上，形成一对 ，线圈受力平衡，因此静止。 【典例2】为了提高能量利用率，纯电动汽车在行驶过程中采用能量回收刹车系统为汽车充电（其简化原理如图所示），刹车时充电开关接通，车轮带动线圈转动，产生电流，给电池充电。同时通电的线圈受到磁场产生的阻力，从而减缓车轮转动。请回答：图中导线ab产生箭头方向的电流，导体ab在磁场中受到一个向后的力，此时导线cd所受磁场力方向为（　　） A．c→d B．d→c C．向前 D．向后 【变式1】线圈abcd转动过程中经过图甲、乙所示位置时，导线ab所受磁场力的方向（　　） A．相反，由于磁场方向改变了 B．相反，由于流过ab的电流方向改变了 C．相同，由于磁场方向和流过ab的电流方向都改变了 D．相同，由于磁场方向和流过ab的电流方向都没改变 【变式2】如图所示，线圈abcd位于磁场中，当开关接通时，ab段导线受磁场力F的方向向上；此时，cd段导线受磁场力（　　） A．方向向上 B．方向向下 C．为零，因为线圈处于水平位置 D．为零，因为ab段导线向上转动 【变式3】一个能自由转动的矩形线圈悬挂在磁场中，通电后矩形线圈不发生偏转。下列对这一现象进行的原因分析和得出结果的描述，正确的是（　　） A．这说明通电线圈在磁场中一定没有受到力的作用 B．线圈在磁场中受到力的作用，但可能是通电线圈的平面与磁场方向平行 C．线圈在磁场中受到力的作用，但可能是通电线圈的平面与磁场方向垂直 D．以上三种情况都有可能 知识点3 直流电动机 1. 工作原理：利用 的原理制成，核心能量转化为电能转化为 。 2. 基本构造 ①定子：固定不动的部分，主要是 ，提供稳定的磁场。 ②转子：可以转动的部分，主要是 ，是受力转动的核心。 ③换向器：两个相互绝缘的 ，与线圈两端相连，随线圈一起转动。 ④电刷：固定不动，与换向器紧密接触，连接电源，给线圈供电。 3.换向器作用：当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流 ，从而改变线圈的受力方向，让线圈始终沿同一个方向持续转动。 4. 工作过程 【典例3】电动汽车由于低污染、低能耗、低噪音的优点，逐渐成为人们更加热衷的代步工具。电动汽车的电动机的基本原理如图，下列有关说法正确的是（　　） A．电动机将电能全部转化为机械能 B．电动机的工作原理是电磁感应 C．图中电动机线圈正好处于平衡位置 D．图中线圈可以沿同一方向持续转动 【变式1】下列是我们电与磁学到的图例分析，说法正确的是（　　） A．甲是直流电动机原理图，线圈内的电流方向会不断改变 B．乙中小磁针静止时指向正确，图中左右两块磁体可以只有一个磁极 C．丙图中沿线圈abcd虚线上方放置一枚可自由旋转的小磁针，可作为奥斯特实验 D．丁图是发电机的原理图，是将电能转化为机械能 【变式2】如图所示为直流电动机的工作原理，下列相关分析中正确的是（　　） A．将电源两极对调，线圈转动方向不变 B．电动机的线圈转动1周的过程中电流方向改变4次 C．将电源两极和磁铁两极都同时对调，线圈转动方向不变 D．图中的线圈正处于平衡位置 【变式3】如图所示的甲、乙两图中的矩形线圈，现在给它们通电，则下列说法正确的是（　　） A．甲中线圈转动，乙中线圈不转动 B．乙中线圈转动，甲中线圈不转动 C．甲、乙中的线圈都会转动 D．甲、乙中的线圈都不会转动 知识点4 电动机的调节与故障排查 1.电动机的调节 调节目标 影响因素 调节方法 改变转动方向 电流方向、磁场方向 1. 只对调电源正负极（改电流方向）； 2. 只对调磁极（改磁场方向） 注意：同时改变两个，转向不变 改变转动快慢 电流大小、磁场强弱、线圈匝数 1. 增大或减小电路电流；2. 增强或减弱磁体磁性；3. 增加或减少线圈匝数 2. 电动机常见故障排查——电动机通电后不转 （1）平衡位置问题：线圈刚好停在平衡位置，受力平衡。解决办法：用手轻推一下线圈，即可持续转动。 （2）电路问题：电路不通、电源电压太低、线圈断路。 （3）机械问题：转轴被卡住、线圈与外壳摩擦、电刷与换向器接触过紧，摩擦阻力太大。 （4）磁性问题：永磁体磁性太弱，线圈受力太小，无法克服摩擦转动。 【典例4】在安装直流电动机模型的实验中，小希将组装好的电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图甲所示。 （1）小希闭合开关，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。线圈原来不转的原因可能是（ ）（填字母）。 A．线圈处于平衡位置 B．电源正负极接反了 C．磁铁没有磁性 （2）若要电动机转速加快，小希应将滑动变阻器的滑片向 移动。 （3）完成以上实验后，小希取下图甲中的电源换上小灯泡，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，此过程中应用的原理是 。 【变式1】小明和小华分别用如图所示的装置研究简易电动机的工作情况，小明将线圈两端的漆全部刮掉，小华只将一端的漆全刮掉，另一端刮掉一半，闭合开关后（有电流通过灯丝，灯就发光），他们看到的现象分别是（　　） A．小明看到线圈连续转动，灯时亮时灭 B．小华看到线圈连续转动，灯连续发光 C．小华看到线圈左右摆动，灯时亮时灭 D．小明看到线圈左右摆动，灯连续发光 【变式2】在安装直流电动机模型的实验中，小赵将组装好的电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图所示。 （1）直流电动机的工作原理是 。 （2）小赵闭合开关，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。线圈原来不转的原因可能是 。 （3）若想改变线圈的转动方向，可采取的措施 。 【变式3】如图是小明将安装好的直流电动机模型接入电路的情况。 （1）直流电动机的工作原理是 ； （2）请说出图中两个主要结构的名称，A是 ，B是 ； （3）合上开关，若将滑动变阻器的滑片P向左移动，则电动机的转速将 ； （4）闭合开关，电动机不转动，可能原因是 。 【巩固训练】 1.如图所示是某同学自制的玩具电动机，一块椭圆形磁铁吸在干电池底部，将一段裸露的铜线折成矩形线框，上边与电池正极接触，下边搭接在磁铁上，观察到线框顺时针转动，则（　　） A．该过程中机械能转化为电能 B．线框左右两边所受磁场力方向相同 C．若仅调换电池两极，线框将逆时针转动 D．若仅调换磁铁两极，线框仍顺时针转动 2.江涛用如图所示的实验装置，探究“磁场对通电直导线的作用”。闭合开关S，原本静止的轻质硬直导线AB水平向左运动。要使AB水平向右运动，下列措施中可行的是（　　） A．将A、B两端对调 B．换用磁性更强的蹄形磁体 C．将蹄形磁体的N、S极对调 D．将滑动变阻器的滑片P向右移动 3.图示为直流电动机的工作原理图，在图示位置，电流沿dcba流过线圈，此时dc边受到磁场的作用力向下，则（　　） A．线圈在图示位置时，ab边受到磁场的作用力向下 B．线圈由图示位置转过180°时，电流沿adcb流过线圈 C．线圈由图示位置转过180°时，dc边受到磁场的作用力向下 D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向下 4.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。现要线圈逆时针转动，下列方法中可行的是（　　） A．只对换磁极 B．只改变电流大小 C．换用磁性更强的磁体 D．对换磁极同时改变电流方向 5.小源同学自己动手做了一个直流电动机模型，接通电路后发现电动机不转动，可当他拨了一下线圈后，电动机就快速转了起来，造成这一情况的原因可能是（　　） A．电源电压太低 B．电刷接触不良 C．电源正、负极接反了 D．开始时，线圈处于平衡位置了 6.如图所示为直流电动机工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．电动机通电后不转动，一定是电路断路 B．电动机工作时，电能主要转化为机械能 C．电动机工作过程中，线圈中的电流方向保持不变 D．将磁体的磁极对调一下可以使电动机的转速增大 7.如图是一种带电动转盘的餐桌，通常安装的是直流电动机，其工作原理是 （选填“通电线圈能在磁场中转动”或“电磁感应”）。若在使用过程中，电动转盘转动过快，可 （选填“增大”或“减小”）通过电动机的电流来调节转速。 8.新能源电动汽车已普及，当踩下踏板（油门）时，电车的电机转动，电车启动，电机转动的原理是 。现在的电车都有能量回收，当放开踏板（油门），能把车的部分机械能转化为电能，重新给蓄电池充电。某科学兴趣小组模拟设计了三种能量回收方案（部分图）。从理论上说，你认为可行是 。 A.导线安装在轮圈上 B.导线安装在辐条上 C.导线安装在后叉上 9.在安装直流电动机模型的实验中，小希将组装好的电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图甲所示。 （1）小希闭合开关，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。线圈原来不转的原因可能是 （填字母）。 A.线圈处于平衡位置 B.电源正负极接反了 C.磁铁没有磁性 （2）若要电动机转速加快，小希应将滑动变阻器的滑片向 移动。 （3）完成以上实验后，小希取下图甲中的电源换上小灯泡，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 机。 10.小明在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场方向垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强度、导体在磁场中的长度以及导体中的电流强度有关。他设计了如图所示的装置，实验步骤如下： ①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒处于蹄形磁铁的中央位置。 ②电源正、负极分别接a、b，给导体两端加电压U1，闭合电路，观察悬线偏转的角度α1。 ③给导体两端加电压U2，且U2＞U1闭合电路，观察悬线偏转的角度α2。 ④比较α1、α2的大小。 （1）根据上述实验步骤，小明想要探究的问题是 。 （2）请写出改变上述实验中导体棒运动方向的实验操作： 。 （3）小明想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是他更换了另一根较长的导体棒去实验。你认为这种方法是否合理，请简要说明理由： 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 电动机 目录 目录 1 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1 磁场对通电导体的作用 2 知识点2 磁场对通电线圈的作用 6 知识点3 直流电动机 8 知识点4 电动机的调节与故障排查 12 【巩固训练】 16 【学习目标】 1. 科学观念 （1）理解磁场对通电导体的作用规律，认识通电导体受力方向与电流、磁场方向的关系。 （2）了解直流电动机的构造、工作原理与能量转化，知道换向器的作用。 2. 科学思维 （1）能根据电流和磁场方向判断导体受力方向，提升逻辑推理与规律应用能力。 （2）建立 “受力 — 转动 — 换向” 的分析模型，理解电动机的工作过程。 3. 探究实践 （1）能完成磁场对通电导体作用的探究实验，规范分析实验现象与结论。 （2）能结合生活实例，分析电动机的应用与故障原因。 4. 态度责任 （1）认识电动机在生产生活中的广泛应用，体会电磁技术的实用价值。 （2）树立科学探究意识，激发对电磁应用的学习兴趣。 重点： 1.磁场对通电导体的作用规律，受力方向的影响因素 2.直流电动机的工作原理、换向器的作用与能量转化 难点： 1.结合电流、磁场方向判断通电导体的受力方向 2.理解换向器如何实现线圈持续转动，分析电动机的工作过程 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1 磁场对通电导体的作用 1. 实验：磁场对通电导线的作用 实验操作 实验现象 结论 给磁场中的直导线通电 导线运动 通电导线在磁场中会受到力的作用 改变电流方向 导线运动方向反转 导线受力方向与电流方向有关 改变磁场方向 导线运动方向反转 导线受力方向与磁场方向有关 同时改变电流方向和磁场方向 导线运动方向不变 同时改变电流方向和磁场方向，受力方向不变 2. 规律 （1）只改变电流方向或磁场方向，受力方向反转；同时改变两个，受力方向不变。 （2）受力大小影响因素：电流越大、磁场越强、通电导体在磁场中的长度越长，导体受到的力越大。 （3）能量转化：电能转化为机械能。 【典例1】如图所示，是小明同学探究“磁场对通电导体的作用”的实验装置，AB是一根金属棒，通过金属导轨连接到电路中，闭合开关S0后，金属棒没有运动（仪器、电路都完好），要想使金属棒运动起来，下列措施不可行的是（　　） A．将蹄形磁体的N、S极对调 B．换用磁性强一些的蹄形磁体 C．换用能提供较大电流的直流电源 D．使用轻质金属棒，减小金属棒与导轨之间的摩擦力 【答案】A 【解答】解：A、将N、S极对调后，磁场力的方向发生变化但磁场力的大小不变，故导体受力仍平衡，故对调磁极不能使导体棒运动，故A不可行； B、换用强磁场后，磁场力变大，当磁场力大于摩擦力时，导体棒即会产生运动，故B可行； C、增大电源后，导体棒中电流变大，故磁场力变强，磁场力大于摩擦力时，导体棒即会产生运动，故C可行； D、使用轻质金属棒，金属棒对导轨的压力变小，故摩擦力减小，摩擦力小于磁场力时，导体棒即会运动，故D可行。 故选：A。 【变式1】如图，通电导线A在磁场中受到磁场的作用力F竖直向上。若改变磁场方向和电流方向，则下列情况中对F判断正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解答】解：根据通电导体在磁场中的受力方向跟什么因素有关可知，同时改变电流方向和磁场方向，通电导体在磁场中的受力方向不改变，故BCD错误，A正确。 故选：A。 【变式2“⊗”表示导线中的电流方向垂直于纸面向里；“⊙”表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。螺线管通电后外部磁场的情况，如图所示，此时通电导线受到的力F向上．以下小京对力方向的判断，正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：由图可知，当磁感线方向向左时，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向上的； A、根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，导体周围磁感线方向向左时，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向上的；故A错误； B、根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，导体周围磁感线方向向左，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向上的，故B错误； C、磁感线方向向右时，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向下的，故C错误； D、磁感线方向向右时，导线中的电流方向垂直于纸面向外，导体的受力方向是向上的，故D正确。 故选：D。 【变式3】在探究通电导线在磁场受力方向与什么因素有关时，一位同学做了如图甲、乙、丙三个实验。其中AB表示闭合电路的一部分导线，导线上的箭头表示电流方向，F表示导线受力方向，S/N分别表示蹄形磁铁的南北极。 （1）实验 说明，通电导线在磁场中的受力方向与电流的方向有关（填“甲和乙”、“乙和丙”或者“甲和丙”下同）。 （2）实验 说明，通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关。 【答案】（1）甲和乙；（2）甲和丙。 【解答】解：（1）甲、乙两次实验中，磁场方向相同，电流方向改变，导体在磁场中受力的方向也改变，说明通电导线在磁场中的受力方向与电流方向有关。 （2）甲、丙实验中，电流方向相同，磁场方向改变，导体在磁场中受力的方向也改变，说明通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关。 故答案为：（1）甲和乙；（2）甲和丙。 知识点2 磁场对通电线圈的作用 1. 实验现象：通电线圈在磁场中会受力发生转动，但无法持续转动，最终会停在某个固定位置。 2.平衡位置：线圈平面与磁感线垂直的位置，叫做线圈的平衡位置。 线圈静止的原因：线圈在平衡位置时，上下两边受力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，形成一对平衡力，线圈受力平衡，因此静止。 【典例2】为了提高能量利用率，纯电动汽车在行驶过程中采用能量回收刹车系统为汽车充电（其简化原理如图所示），刹车时充电开关接通，车轮带动线圈转动，产生电流，给电池充电。同时通电的线圈受到磁场产生的阻力，从而减缓车轮转动。请回答：图中导线ab产生箭头方向的电流，导体ab在磁场中受到一个向后的力，此时导线cd所受磁场力方向为（　　） A．c→d B．d→c C．向前 D．向后 【答案】C 【解答】解：图中导线ab产生箭头方向的电流，导体ab在磁场中受到一个向后的力，磁场方向不变，导体cd中的电流方向与ab中的电流方向相反，所以cd边受力向前，故C正确，ABD错误。 故选：C。 【变式1】线圈abcd转动过程中经过图甲、乙所示位置时，导线ab所受磁场力的方向（　　） A．相反，由于磁场方向改变了 B．相反，由于流过ab的电流方向改变了 C．相同，由于磁场方向和流过ab的电流方向都改变了 D．相同，由于磁场方向和流过ab的电流方向都没改变 【答案】B 【解答】解：由于电流从电源的正极出发，故此时图甲中ab的电流方向是由b到a；在图乙中，由于磁场的方向没有改变，电流的方向是由a到b，故此时线圈受力的方向改变，故B正确。 故选：B。 【变式2】如图所示，线圈abcd位于磁场中，当开关接通时，ab段导线受磁场力F的方向向上；此时，cd段导线受磁场力（　　） A．方向向上 B．方向向下 C．为零，因为线圈处于水平位置 D．为零，因为ab段导线向上转动 【答案】B 【解答】解：根据图示信息，电流从电源的正极出发回到负极，判断线圈中cd段导线的电流方向由c到d；在磁场方向不变的情况下，ab段的电流方向和cd电流方向相反，则可以判断ab段导线受磁场力的方向与cd段相反，ab段受力向上，所以cd段受力向下。 故选：B。 【变式3】一个能自由转动的矩形线圈悬挂在磁场中，通电后矩形线圈不发生偏转。下列对这一现象进行的原因分析和得出结果的描述，正确的是（　　） A．这说明通电线圈在磁场中一定没有受到力的作用 B．线圈在磁场中受到力的作用，但可能是通电线圈的平面与磁场方向平行 C．线圈在磁场中受到力的作用，但可能是通电线圈的平面与磁场方向垂直 D．以上三种情况都有可能 【答案】C 【解答】解：矩形线圈悬挂在磁场中，通电后矩形线圈不发生偏转，不一定是不受力，很可能是受力平衡造成的。 如果线圈平面和磁感线垂直，则此时线圈两个边的受力大小相等、方向相反且在同一直线上，这两个力彼此平衡，这个位置是线圈的平衡位置，所以线圈不能转动。 故选：C。 知识点3 直流电动机 1. 工作原理：利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成，核心能量转化为电能转化为机械能。 2. 基本构造 ①定子：固定不动的部分，主要是永磁体，提供稳定的磁场。 ②转子：可以转动的部分，主要是线圈，是受力转动的核心。 ③换向器：两个相互绝缘的铜半环，与线圈两端相连，随线圈一起转动。 ④电刷：固定不动，与换向器紧密接触，连接电源，给线圈供电。 3.换向器作用：当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向，让线圈始终沿同一个方向持续转动。 4. 工作过程 【典例3】电动汽车由于低污染、低能耗、低噪音的优点，逐渐成为人们更加热衷的代步工具。电动汽车的电动机的基本原理如图，下列有关说法正确的是（　　） A．电动机将电能全部转化为机械能 B．电动机的工作原理是电磁感应 C．图中电动机线圈正好处于平衡位置 D．图中线圈可以沿同一方向持续转动 【答案】D 【解答】解：A、电动机在工作过程中主要将电能转化为机械能，还有一部分电能转化为内能，故A错误； B、电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力而转动，故B错误； C、由图可知，此时线圈所在的平面与磁感线是平行的，所以不是平衡位置，故C错误； D、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，故D正确。 故选：D。 【变式1】下列是我们电与磁学到的图例分析，说法正确的是（　　） A．甲是直流电动机原理图，线圈内的电流方向会不断改变 B．乙中小磁针静止时指向正确，图中左右两块磁体可以只有一个磁极 C．丙图中沿线圈abcd虚线上方放置一枚可自由旋转的小磁针，可作为奥斯特实验 D．丁图是发电机的原理图，是将电能转化为机械能 【答案】A 【解答】解：A、甲能作为电动机原理图，线圈外部是直流电，换向器改变了线圈内部电流方向，线圈才能持续转动，线圈内的电流方向会不断改变，故A正确； B、乙中小磁针静止时指向正确，图中左右两块磁体有两个磁极，故B错误； C、丙图中线圈abcd上方放置一枚可自由旋转的小磁针，不可作为奥斯特实验，小磁针会转动，故C错误； D、丁图是发电机的原理图，是将机械能转化为电能，故D错误， 故选：A。 【变式2】如图所示为直流电动机的工作原理，下列相关分析中正确的是（　　） A．将电源两极对调，线圈转动方向不变 B．电动机的线圈转动1周的过程中电流方向改变4次 C．将电源两极和磁铁两极都同时对调，线圈转动方向不变 D．图中的线圈正处于平衡位置 【答案】C 【解答】解：A、直流电动机的转动方向与电流方向和磁场方向有关，将电源两极对调，会改变电流方向，根据左手定则，线圈转动方向会改变，故A错误。 B、直流电动机中换向器的作用是当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。线圈每转一周，经过平衡位置2次，所以电流方向改变2次，故B错误。 C、将电源两极和磁铁两极都同时对调，电流方向和磁场方向同时改变，线圈转动方向不变，故C正确。 D、当线圈平面与磁感线垂直时，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，此时线圈处于平衡位置，图中磁感线与线圈不垂直，故D错误。 故选：C。 【变式3】如图所示的甲、乙两图中的矩形线圈，现在给它们通电，则下列说法正确的是（　　） A．甲中线圈转动，乙中线圈不转动 B．乙中线圈转动，甲中线圈不转动 C．甲、乙中的线圈都会转动 D．甲、乙中的线圈都不会转动 【答案】A 【解答】解：根据图示可知，乙中线圈处于平衡位置，因此现在给它们通电，甲线圈转动，由于乙图中线圈受平衡力作用，乙线圈不会转动。 故选：A。 知识点4 电动机的调节与故障排查 1.电动机的调节 调节目标 影响因素 调节方法 改变转动方向 电流方向、磁场方向 1. 只对调电源正负极（改电流方向）； 2. 只对调磁极（改磁场方向） 注意：同时改变两个，转向不变 改变转动快慢 电流大小、磁场强弱、线圈匝数 1. 增大或减小电路电流；2. 增强或减弱磁体磁性；3. 增加或减少线圈匝数 2. 电动机常见故障排查——电动机通电后不转 （1）平衡位置问题：线圈刚好停在平衡位置，受力平衡。解决办法：用手轻推一下线圈，即可持续转动。 （2）电路问题：电路不通、电源电压太低、线圈断路。 （3）机械问题：转轴被卡住、线圈与外壳摩擦、电刷与换向器接触过紧，摩擦阻力太大。 （4）磁性问题：永磁体磁性太弱，线圈受力太小，无法克服摩擦转动。 【典例4】在安装直流电动机模型的实验中，小希将组装好的电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图甲所示。 （1）小希闭合开关，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。线圈原来不转的原因可能是（　A　 ）（填字母）。 A．线圈处于平衡位置 B．电源正负极接反了 C．磁铁没有磁性 （2）若要电动机转速加快，小希应将滑动变阻器的滑片向　左　 移动。 （3）完成以上实验后，小希取下图甲中的电源换上小灯泡，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，此过程中应用的原理是　电磁感应现象　 。 【答案】（1）A； （2）左； （3）电磁感应现象。 【解答】解：（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，故A正确，BC不正确。 故选A。 （2）若要电动机转速加快，可以增大电路中的电流，所以应将滑动变阻器的滑片向左移动，减小滑动变阻器的电阻，从而增大电路中的电流。 （3）取下电源换接上小灯泡，快速拉动细线，使线圈转动起来，线圈在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流，小灯泡会发光，这是电磁感应现象。 故答案为：（1）A； （2）左； （3）电磁感应现象。 【变式1】小明和小华分别用如图所示的装置研究简易电动机的工作情况，小明将线圈两端的漆全部刮掉，小华只将一端的漆全刮掉，另一端刮掉一半，闭合开关后（有电流通过灯丝，灯就发光），他们看到的现象分别是（　　） A．小明看到线圈连续转动，灯时亮时灭 B．小华看到线圈连续转动，灯连续发光 C．小华看到线圈左右摆动，灯时亮时灭 D．小明看到线圈左右摆动，灯连续发光 【答案】D 【解答】解： 小华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为转动，另一个半周没有电流通过，不受磁场力的作用，利用惯性转动，这样才能使线圈在磁场中持续转动下去，灯时亮时灭，故BC错误； 小明把两端的漆皮都刮掉，线圈每转过半圈，受力方向发生变化，会来回摆动，但电路中有持续的电流，灯泡会持续发光，故A错误，D正确。 故选：D。 【变式2】在安装直流电动机模型的实验中，小赵将组装好的电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图所示。 （1）直流电动机的工作原理是 　通电线圈在磁场中受到力的作用而转动　 。 （2）小赵闭合开关，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。线圈原来不转的原因可能是 　可能是线圈刚好处于平衡位置　 。 （3）若想改变线圈的转动方向，可采取的措施 　改变电流方向或改变磁场方向　 。 【答案】（1）通电线圈在磁场中受到力的作用而转动；（2）可能是线圈刚好处于平衡位置；（3）改变电流方向或改变磁场方向。 【解答】解：（1）直流电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受到力的作用而转动。当直流电源接通后，电流通过线圈，线圈在磁场中会受到安培力的作用，由于安培力的方向与电流方向和磁场方向有关，所以线圈会在磁场中发生转动。 （2）线圈原来不转的原因：可能是线圈刚好处于平衡位置。当线圈处于平衡位置时，线圈所受的磁场力相互平衡，合力为零，线圈就会保持静止状态。在这种情况下，用手轻轻转一下线圈，使线圈偏离平衡位置，线圈就会在磁场力的作用下开始正常转动。 （3）改变线圈转动方向的措施：根据直流电动机的工作原理，线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，因此可采取以下措施来改变线圈的转动方向； 改变电流方向：将电源的正负极对调，这样通过线圈的电流方向就会改变，从而使线圈受到的安培力方向改变，实现转动方向的改变。 改变磁场方向：把磁铁的两极对调，改变磁感线的方向，也能使线圈受到的安培力方向改变，进而改变线圈的转动方向。 故答案为：（1）通电线圈在磁场中受到力的作用而转动；（2）可能是线圈刚好处于平衡位置；（3）改变电流方向或改变磁场方向。 【变式3】如图是小明将安装好的直流电动机模型接入电路的情况。 （1）直流电动机的工作原理是 　通电线圈在磁场中受力转动　 ； （2）请说出图中两个主要结构的名称，A是　电刷　 ，B是　换向器　 ； （3）合上开关，若将滑动变阻器的滑片P向左移动，则电动机的转速将　变慢　 ； （4）闭合开关，电动机不转动，可能原因是　电源电压太低，导致通过电动机的电流太小，电动机受到的力太小，无法转动（答案不唯一）　 。 【答案】（1）通电线圈在磁场中受力转动； （2）电刷；换向器； （3）变慢； （4）电源电压太低，导致通过电动机的电流太小，电动机受到的力太小，无法转动（答案不唯一）。 【解答】解：（1）直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，给电动机的线圈通电后，线圈在磁场中就会受到力的作用而转动； （2）观察可知，A是电刷，它与换向器接触，起到导电的作用，使电流能够流入和流出线圈；B是换向器，它的作用是每当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈能够持续转动；（3）当滑动变阻器的滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据欧姆定律可知，在电源电压不变的情况下，电路中的电阻变大，电流就会变小，电动机线圈受到的作用力减小，电动机的转速越快，所以电动机的转速将变慢； （4）闭合开关，电动机不转动，可能原因有很多；比如电源电压太低，导致通过电动机的电流太小，电动机受到的力太小，无法转动；或者电动机处于平衡位置，此时线圈受到平衡力的作用，不会转动；还可能是电路出现断路，没有电流通过电动机；也可能是电刷与换向器接触不良等。 故答案为：电源电压太低，导致通过电动机的电流太小，电动机受到的力太小，无法转动或者电动机处于平衡位置，此时线圈受到平衡力的作用，不会转动（答案不唯一）。 故答案为： （1）通电线圈在磁场中受力转动； （2）电刷；换向器； （3）变慢； （4）电源电压太低，导致通过电动机的电流太小，电动机受到的力太小，无法转动（答案不唯一）。 【巩固训练】 1.如图所示是某同学自制的玩具电动机，一块椭圆形磁铁吸在干电池底部，将一段裸露的铜线折成矩形线框，上边与电池正极接触，下边搭接在磁铁上，观察到线框顺时针转动，则（　　） A．该过程中机械能转化为电能 B．线框左右两边所受磁场力方向相同 C．若仅调换电池两极，线框将逆时针转动 D．若仅调换磁铁两极，线框仍顺时针转动 【答案】C 【解答】解： A、玩具电动机在通电后会消耗电能，电能转化为机械能，故A错误； B、线框左右两边导线的电流的方向相同，磁场的方向不同，所以受到的磁场力方向不相同，故B错误； C、若仅调换电池两极，磁场的方向不变，电流的方向改变，则磁场力的方向改变，线框将逆时针转动，故C正确； D、若仅调换磁铁两极，磁场的方向改变，电流方向不变，线框将逆时针转动，故D错误。 故选：C。 2.江涛用如图所示的实验装置，探究“磁场对通电直导线的作用”。闭合开关S，原本静止的轻质硬直导线AB水平向左运动。要使AB水平向右运动，下列措施中可行的是（　　） A．将A、B两端对调 B．换用磁性更强的蹄形磁体 C．将蹄形磁体的N、S极对调 D．将滑动变阻器的滑片P向右移动 【答案】C 【解答】解：A、将A、B两端对调，只是改变了导体的方向，电流方向不变，不会改变运动方向，故A不可行； B、换用磁性更强的蹄形磁体，将增大导线的运动速度，不会改变运动方向，故B不可行； C、将蹄形磁体的N、S极对调，只改变一个影响因素（磁场方向），受力运动方向改变，故C可行； D、将滑动变阻器的滑片P向右移动，减小了电路中的电流，导线的运动速度变小，不会改变运动方向，故D不可行。 故选：C。 3.图示为直流电动机的工作原理图，在图示位置，电流沿dcba流过线圈，此时dc边受到磁场的作用力向下，则（　　） A．线圈在图示位置时，ab边受到磁场的作用力向下 B．线圈由图示位置转过180°时，电流沿adcb流过线圈 C．线圈由图示位置转过180°时，dc边受到磁场的作用力向下 D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向下 【答案】D 【解答】解：A、在图示位置，电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，此时ab边电流方向与dc边相反，磁场方向相同，所以ab边受到磁场的作用力向上，故A错误。 B、线圈由图示位置转过 180° 时，换向器会改变电流方向，电流应沿abcd流过线圈，而不是adcb，故B错误。 C、线圈由图示位置转过 180° 时，电流方向改变，磁场方向不变，原来dc边受到磁场的作用力向下，此时dc边受到磁场的作用力向上，故C错误。 D、线圈由图示位置转过 180° 时，电流方向改变为沿abcd流过线圈，磁场方向不变，ab 边此时受到磁场的作用力向下，故D正确。 故选：D。 4.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。现要线圈逆时针转动，下列方法中可行的是（　　） A．只对换磁极 B．只改变电流大小 C．换用磁性更强的磁体 D．对换磁极同时改变电流方向 【答案】A 【解答】解：直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关，若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变，它的转动方向将改变。但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向，线圈的转动方向将不变，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选：A。 5.小源同学自己动手做了一个直流电动机模型，接通电路后发现电动机不转动，可当他拨了一下线圈后，电动机就快速转了起来，造成这一情况的原因可能是（　　） A．电源电压太低 B．电刷接触不良 C．电源正、负极接反了 D．开始时，线圈处于平衡位置了 【答案】D 【解答】解：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。A、B两个选项电动机始终不会转动。C选项中的电动机不会停止。 故选：D。 6.如图所示为直流电动机工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．电动机通电后不转动，一定是电路断路 B．电动机工作时，电能主要转化为机械能 C．电动机工作过程中，线圈中的电流方向保持不变 D．将磁体的磁极对调一下可以使电动机的转速增大 【答案】B 【解答】解：A、电动机通电后不转，可能是电路断路、可能是电流过小、可能是线圈在平衡位置，故A错误； B、电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能，故B正确； C、电动机工作过程中，换向器会自动改变线圈中的电流方向，线圈中的电流方向是变化的，故C错误； D、对调磁极只会将线圈受力反向，不会改变线圈受力的大小，线圈转动的速度将不变，故D错误。 故选：B。 7.如图是一种带电动转盘的餐桌，通常安装的是直流电动机，其工作原理是　通电线圈能在磁场中转动　 （选填“通电线圈能在磁场中转动”或“电磁感应”）。若在使用过程中，电动转盘转动过快，可　减小　 （选填“增大”或“减小”）通过电动机的电流来调节转速。 【答案】通电线圈能在磁场中转动；减小。 【解答】解：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。 直流电动机的转速与电流大小有关，在其他条件不变的情况下，通过电动机的电流越大，电动机的转速越快；通过电动机的电流越小，电动机的转速越慢。已知电动转盘转动过快，为了降低转速，可减小通过电动机的电流。 故答案为：通电线圈能在磁场中转动；减小。 8.新能源电动汽车已普及，当踩下踏板（油门）时，电车的电机转动，电车启动，电机转动的原理是　通电线圈在磁场中受力转动　 。现在的电车都有能量回收，当放开踏板（油门），能把车的部分机械能转化为电能，重新给蓄电池充电。某科学兴趣小组模拟设计了三种能量回收方案（部分图）。从理论上说，你认为可行是　BC　 。 A.导线安装在轮圈上 B.导线安装在辐条上 C.导线安装在后叉上 【答案】通电线圈在磁场中受力转动；BC 【解答】解：（1）当踩下踏板（油门）时，电机通电，电机中的线圈在磁场中受力转动，电车的电机转动，电车启动。 （2）A．导线安装在轮圈上，此时导线不做切割磁感线运动，因此不会产生感应电流，故A不符合题意； B．导线安装在辐条上，此时导线做切割磁感线运动会产生感应电流，故B符合题意； C．导线安装在后叉上，导线做切割磁感线运动会产生感应电流，故C符合题意。 故选：BC。 故答案为：通电线圈在磁场中受力转动；BC。 9.在安装直流电动机模型的实验中，小希将组装好的电动机模型、滑动变阻器、电源、开关串联起来如图甲所示。 （1）小希闭合开关，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。线圈原来不转的原因可能是 　A　 （填字母）。 A.线圈处于平衡位置 B.电源正负极接反了 C.磁铁没有磁性 （2）若要电动机转速加快，小希应将滑动变阻器的滑片向 　左　 移动。 （3）完成以上实验后，小希取下图甲中的电源换上小灯泡，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 　发电　 机。 【答案】（1）A；（2）左；（3）发电。 【解答】解：（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，故选A； （2）若要电动机转速加快，可以增大电路中的电流，所以应将滑动变阻器的滑片向左移动，减小滑动变阻器的电阻，从而增大电路中的电流； （3）取下电源换接上小灯泡，快速拉动细线，使线圈转动起来，线圈在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流，小灯泡会发光，这是电磁感应现象，此时模型就相当于发电机。 故答案为：（1）A；（2）左；（3）发电。 10.小明在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场方向垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强度、导体在磁场中的长度以及导体中的电流强度有关。他设计了如图所示的装置，实验步骤如下： ①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒处于蹄形磁铁的中央位置。 ②电源正、负极分别接a、b，给导体两端加电压U1，闭合电路，观察悬线偏转的角度α1。 ③给导体两端加电压U2，且U2＞U1闭合电路，观察悬线偏转的角度α2。 ④比较α1、α2的大小。 （1）根据上述实验步骤，小明想要探究的问题是 　探究磁场对通电导体的作用力大小与导体中的电流大小的关系　 。 （2）请写出改变上述实验中导体棒运动方向的实验操作：　改变电流方向或改变磁场的方向　 。 （3）小明想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是他更换了另一根较长的导体棒去实验。你认为这种方法是否合理，请简要说明理由：　没有控制电流的大小不变　 。 【答案】（1）探究磁场对通电导体的作用力大小与导体中的电流大小的关系；（2）改变电流方向或改变磁场的方向；（3）没有控制电流的大小不变。 【解答】解：（1）由实验步骤可知，当电路中电压越大时，导体中的电流越大，观察悬线偏转的角度，所以想要探究的问题是探究磁场对通电导体的作用力大小与导体中的电流大小的关系； （2）磁场对通电导体的作用力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，改变上述实验中导体棒运动方向的方法是：改变电流方向或改变磁场的方向； （3）在实验中，如果导体棒的长度改变了，则其电阻会随之改变，导体棒中的电流也会随之改变，这样不符合控制变量法的要求，因此，他这样做存在的问题是没有控制电流的大小不变。 故答案为：（1）探究磁场对通电导体的作用力大小与导体中的电流大小的关系；（2）改变电流方向或改变磁场的方向； （3）没有控制电流的大小不变。 / 学科网（北京）股份有限公司 $