14.3 通电导线在磁场中受到的作用力（举一反三·讲义）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

14.3 通电导线在磁场中受到的作用力 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 磁场对通电导线的作用】 2 【知识点2 电动机的工作原理】 5 课后作业 8 2021年5月22日，我国首辆火星车“祝融号”安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始执行探测任务。图14-3-1是“祝融号”在火星表面行驶巡视的模拟画面，火星车行驶要依靠电动机，电动机通电后转动从而带动火星车行驶。为什么电动机通电后能转动？ 【知识点1 磁场对通电导线的作用】 1. 探究磁场对通电导线的作用 （1）实验器材：电源、开关、直导线、蹄形磁铁等。 （2）实验原理图 （3）实验步骤 ①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动方向。 ②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察导线ab是否运动。 ③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察它的运动方向。 ④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察它的运动方向。 ⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察它的运动方向。 （4）实验现象 ①导线ab放在磁场里，接通电源，发生运动，去掉蹄形磁体，接通电源，导线ab不运动； ②导线ab 放在磁场里，接通电源，ab向左运动；把电源的正负极对调，ab向右运动； ③保持电流方向与①一样，把蹄形磁铁的磁极调换一下，ab向右运动。 ④同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，通电导线运动的方向不变。 （5）实验结论 通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向与电流方向、磁场方向都有关。当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向与磁感线的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。 2. 探究磁场对通电线圈的作用 （1）如图所示，把线框放在磁场里，接通电源，让电流通过，可以看到，通电线框在磁场中可以转过一个角度，但不能（选填“能”或“不能”）持续转动。 （2）通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因 ①在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，发生顺时针转动。 甲 乙 丙 丁 ②当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。 ③如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，磁场力作用的结果使线圈又逆时针旋转。 ④通电线圈最后静止在平衡位置（图丁）。 3. 扬声器（动圈式）的发声 （1）动圈式扬声器的作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。 （2）动圈式扬声器的主要结构：由固定的永磁体、线圈和锥形纸盆等构成。 （3）动圈式扬声器的发声原理：通电导线在磁场中受到的力的作用。 当线圈中通以携带声音信息、大小和方向不断变化的电流时，线圈在永磁体的磁场中受到力的作用而振动，从而带动纸盆振动，于是扬声器就发出了声音。 【例1】在学习“电与磁”后，小段拿来一根已连接导线的导体棒ab做了如下实验研究，按如图所示正确连接电路。 (1)为了使该实验顺利进行，装置中的导体棒ab应选用轻质的________（选填“铁棒”或“铝棒”）； (2)闭合开关前，导体棒ab静止，闭合开关后，导体棒ab向右运动，说明磁场对通电导体有力的作用，________是利用这一原理制作而成的； (3)若仅将磁体的N、S极对调，导体棒ab会向________（选填“左”或“右”）摆动，说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关； (4)若保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，发现导体棒ab向左运动，这表明通电导体在磁场中的受力方向与________有关。 【答案】(1)铝棒 (2)电动机 (3)左 (4)电流方向 【详解】（1）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，而是铝棒。 （2）电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理制成的，所以这里应填电动机。 （3）通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关，仅将磁体的N、S极对调，即改变了磁场方向，导体棒ab的受力方向改变，会向左摆动。 （4）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，电流方向改变，导体棒ab向左运动，表明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关。 【变式1-1】如图所示是探究“让通电导线在磁场中动起来”的实验装置。下列说法错误的是（     ） A．通电导体在磁场中运动时，机械能转化为电能 B．利用图中实验原理可以制作电动机 C．蹄形磁铁磁性越强，实验现象越明显 D．同时改变磁场方向及电源正、负极，导体的运动方向不会改变 【答案】A 【详解】A．该实验中，通电导体在磁场中受力运动，消耗电能，获得机械能，是电能转化为机械能，而不是机械能转化为电能，故A错误； B．电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，此实验正是探究通电导体在磁场中受力运动的实验，所以利用图中实验原理可以制作电动机，故B正确‌； C．蹄形磁铁磁性越强，对通电导体的作用力越大，导体运动就越明显，实验现象也就越明显，故C正确‌； D．导体在磁场中受到力的方向与电流方向和磁场方向有关，只改变其中一个方向，导体运动方向会改变；若同时改变磁场方向及电源正、负极（即电流方向），导体的运动方向不会改变，故D正确‌。 故选A。 【变式1-2】下图是一种动圈式扬声器的内部结构示意图。当线圈中有电流通过时，通电线圈在____中受到力的作用而运动；由于通过线圈的交变电流方向不断变化，线圈就不断来回运动，带动纸盆振动发声。若将线圈两端连接干电池，则该扬声器_____（选填“会”或“不会”）持续发声。 【答案】 磁场 不会 【详解】由图知线圈安装在永磁体的磁场中，当线圈中有电流通过时，通电线圈在磁场中受到力的作用，因而运动。 要使扬声器持续发声，应该使通过线圈的交变电流方向不断变化，线圈才能不断来回运动，带动纸盆振动。若将线圈两端连接干电池，线圈只能单方向运动，故该扬声器不会持续发声。 【知识点2 电动机的工作原理】 1. 电动机的组成 电动机主要由两部分组成：能够转动的线圈，也叫转子；固定不动的磁体，也叫定子；电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。 2. 换向器 （1）换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。 （2）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。 3. 直流电动机的工作原理 （1）如图甲所示，通电线圈中的电流方向为a→b→с→d，线圈在磁场力的作用下，顺时针转动。 甲 乙 （2）如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性线圈转过平衡位置。 丙 丁 （3）如图丙所示，线圈越过平衡位置后，电路接通，线圈中的电流方向变化为d→c→b→а，线圈受力方向随之改变，继续顺时针转动。 （4）如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，改变了电流方向和受力方向，线圈继续转动。 4. 实际的电动机 （1）实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。 （2）电动机工作时，把电能转化为机械能。 （3）改变电动机转动方向的办法：只让线圈中电流方向与原来相反或只让磁场方向与原来相反。 （4）改变电动机转速的方法：改变线圈中电流的大小，或改变磁场的磁性强弱。 （5）电动机具有效率高、噪声小等优点，被广泛应用于工业、交通运输、家用电器等领域。 【例2】如图所示，图甲和图乙分别为直流电动机线圈在两个不同的时刻所处的位置，下列分析中正确的是（     ） A．导线ab中的电流方向在这两个时刻相同 B．导线ab在这两个时刻受到的磁场作用力方向不同 C．图乙中的线圈处在平衡位置上 D．由于具有惯性，线圈不能持续转动 【答案】B 【详解】AB．由图可知，导线ab在这两个时刻分别与电源正极和负极相连，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错误，B正确； C．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，图中不是平衡位置，故C错误； D．换向器在线圈由于惯性刚转过平衡位置就会改变线圈中电流的方向，从而会改变线圈的受力方向，所以线圈能持续转动，故D错误。 故选B。 【变式2-1】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。 【变式2-2】如图所示，导线ab、cd受力方向分别是向下和向上，线圈受力_____时针旋转。当线圈在图示位置旋转180°后，ab段受到力的方向是竖直向______的、cd段受到力的方向是竖直向_____的；线圈受力______时针旋转。 【答案】 顺 上 下 顺 【详解】由于导线ab受力向下、导线cd受力向上，所以线圈受力顺时针旋转； 旋转180°后，导线ab、cd中电流方向反向，磁场方向没变，所以受力方向改变，导线ab受力向上、导线cd受力向下，线圈受力仍顺时针旋转。 1．电动机的工作原理是（　　） A．电磁感应现象 B．通电导体在磁场中受到力的作用 C．电流的磁效应 D．磁极间的相互作用 【答案】B 【详解】电动机是根据通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动的原理制成的。故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。 2. 下列家用电器中，使用了电动机的是（　　） A．日光灯 B．电饭锅 C．洗衣机 D．电热器 【答案】C 【详解】A．日光灯将电能转化为光能，属于照明设备，不使用电动机，故A不符合题意； B．电饭锅利用电流的热效应，将电能转化为内能来加热食物，不使用电动机，故B不符合题意； C．洗衣机内部安装电动机，通过电动机带动滚筒转动，实现洗衣、脱水功能，故C符合题意； D．电热器同样利用电流的热效应，将电能转化为内能来发热，不使用电动机，故D不符合题意。 故选C。 3．小电动机是将电能转化为机械能的装置，可以使转子转动更快的方法是（     ） A．增大电流 B．改变电流方向 C．减少线圈圈数 D．改变线圈缠绕方向 【答案】A 【详解】电动机转子转速由通电线圈在磁场中受到的磁力大小决定，磁力越大转速越快。 A．增大电流可增大线圈所受磁力，转速加快，故A符合题意； B．改变电流方向仅改变转子转动方向，不改变磁力大小，转速不变，故B不符合题意； C．减少线圈圈数会减小线圈所受磁力，转速减慢，故C不符合题意； D．改变线圈缠绕方向仅改变转子转动方向，不改变磁力大小，转速不变，故D不符合题意。 故选A。 4．处在磁场中的通电导体，当电流方向和磁场方向垂直时会受到力的作用，力的方向与磁场方向和电流方向三者之间互相垂直，并且存在一定的逻辑关系，如图甲所示。电动机的线圈处在水平位置，通有顺时针方向的电流，如图乙所示。则下列说法中正确的是（　　） A．电动机的线圈将逆时针方向转动 B．此时，线圈前后两个边中电流方向和磁场方向平行，受力的方向相反 C．此时，线圈受力平衡，不发生转动 D．此时，线圈左边受力的方向竖直向上 【答案】A 【详解】ACD．由图可知，电路中电流方向此时为顺时针方向，根据左手定则，此时线圈受力方向为左下右上，故线圈将逆时针方向转动，故A正确，CD错误； B．此时，线圈前后两个边中电流方向和磁场方向平行，不受力，故B错误。 故选A。 5. 手持小风扇的简化电路如图所示，下列说法正确的是（     ） A．电池的作用是为电动机提供电能 B．导线通常用半导体材料制成 C．电动机是将机械能转化为电能的装置 D．通电后电流从电池负极经电动机流向正极 【答案】A 【详解】A．电池是电路中的电源，作用是为用电器提供电能，故A正确； B．导线需要良好导电性，一般用铜、铝等材料制成，半导体多用于制造电子元器件，故B错误； C．电动机工作时消耗电能，输出机械能，是将电能转化为机械能的装置，故C错误； D．在电源外部，电流方向为从电池正极流出，经用电器后回到电池负极，故D错误。 故选A。 6．某同学将线圈紧密粘贴在纸杯底部，在线圈上方放置一个强磁铁，制成一个简易扬声器，如图所示。在线圈中通入交变电流，纸杯即可振动发声。下列说法正确的是（     ） A．线圈中的电流不会产生磁场 B．线圈带动纸杯振动是电磁感应现象 C．该扬声器与发电机的工作原理相同 D．磁场对线圈的力的大小和方向随电流的大小和方向而改变 【答案】D 【详解】A．根据电流的磁效应，通电线圈周围会产生磁场，故A错误； B．线圈带动纸杯振动的原理是通电线圈在磁场中受力运动，不是电磁感应现象，故B错误； C．发电机的工作原理是电磁感应，该扬声器原理是通电导体在磁场中受力，二者原理不同，故C错误； D．通电线圈在磁场中受力的大小随电流大小改变而改变，受力方向随电流方向改变而改变，故D正确。 故选D。 7．小白做了甲、乙、丙三个实验，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（丙图中受力方向未标出），S、N分别表示U形磁铁的南北极。下列判断正确的是（      ） A．实验甲和乙可说明通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关 B．实验甲和乙可说明通电导线在磁场中受力方向与电流方向无关 C．实验丙中导线受力方向应和实验甲中导线受力方向相同 D．实验丙中导线受力方向应和实验乙中导线受力方向相同 【答案】D 【详解】AB．比较甲、乙两图，磁场方向相同，电流方向不同，导线受力方向不同，这说明通电导线在磁场中的受力方向与电流方向有关，故AB错误； CD．比较甲、丙两图，电流方向不同，磁场方向相同。根据通电导线在磁场中的受力方向与电流方向有关，可知丙图中导线受力方向和甲图中导线受力方向相反。 比较乙、丙两图，乙图中电流方向相同，磁场方向相同，可知丙图中导线受力方向和乙图中导线受力方向相同，故C错误，D正确。 故选D。 8．如图所示，磁场中的矩形铜线框处于静止状态，闭合开关后，若CD段导体受到向上的磁场力，则（     ） A．AB段导体受到磁场力的方向向下 B．电路中M处的电流大于Q处的电流 C．矩形铜线框一定发生转动 D．若只将电源正负极对调，AB段受到磁场力的方向一定向下 【答案】D 【详解】A．AB段与CD段电流方向、磁场方向均相同，则受力方向相同，由题意知，CD段受力向上，因此AB段受力也向上，故A错误； B．M和Q都在干路，干路电流处处相等，因此M处电流等于Q处电流，故B错误； C．AB段和CD段受力方向相同，两个力同向，不会使铜线框产生转动效果，因此矩形铜线框不会发生转动，故C错误； D．磁场方向不变，只对调电源正负极，电流方向反向，因此所有导体受力方向都反向；原来AB段受力向上，对调后AB段受力方向一定向下，故D正确。 故选 D。 9. 在物理学中，用表示电流的方向垂直于纸面向里，⊙表示电流的方向垂直于纸面向外。如图所示，甲图表示直导体a在磁场中受到一个既跟电流方向垂直，又跟磁感线方向垂直的水平向左的磁场力F，乙图所示的三种情况中，通电导体a受到的磁场力方向水平向左的是（　　） A．A B．B C．C D．AC 【答案】C 【详解】由题图可知导线受力的方向水平向左。 A．相对于甲图，电流方向改变，磁场方向不变，通电导体受力方向改变，方向水平向右，故A错误； B．相对于甲图，电流方向相同，磁场方向发生了改变，所以受力方向改变，方向水平向右，故B错误； C．相对于甲图，磁场方向改变，电流方向变化，通电导体受力方向不变，仍为水平向左，故C正确； D．选项包含错误选项A和正确选项C，故D错误。 故选C。 10．如图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，则（　　） A．螺线管F端为N极，P端为N极 B．此电动机不需要换向器也可以持续沿一个方向转动 C．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察、线圈仍顺时针转动 D．线圈转动时，螺线管没有受到线圈的作用力 【答案】C 【详解】A．根据安培定则判断：电流从电源正极流出，流入左螺线管EF的E端，结合绕线方向可得，E端为N极，F端为S极；电流流入右螺线管PQ的P端，结合绕线方向可得，P端为N极，Q端为S极，故A不符合题意； B．电动机中，当线圈转过平衡位置后，若没有换向器，线圈电流方向不变，受力方向就会反向，线圈无法持续沿同一方向转动，必须依靠换向器改变电流方向才能持续转动。故B不符合题意； C．通电线圈在磁场中的受力转动方向，与电流方向和磁场方向两个因素有关，电源正负极对调后，螺线管的电流方向改变，磁场方向随之改变，同时线圈自身的电流方向也改变，两个因素同时改变，因此线圈受力方向不变，转动方向不变，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动。故C符合题意； D．力的作用是相互的，线圈在螺线管的磁场中受到力的作用，同时螺线管也必然受到线圈的反作用力，故D不符合题意。 故选C。 11. 一次家庭探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间时，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象，下列说法正确的是（　　） A．灯丝晃动是一种电流的磁现象 B．灯丝晃动是内能转化成了机械能 C．灯丝晃动是受到磁体的吸引作用 D．灯丝晃动是磁场对电流的作用 【答案】D 【详解】ACD．将有电流通过的灯丝置于磁场中，发现灯丝晃动，说明通电导体在磁场中受到力的作用，同时说明受力方向是变化的，进一步说明灯丝中电流的方向也在不断改变，灯通过的电流为交流电，故AC错误，D正确； B．灯丝晃动是磁场对电流的作用，该过程中电能转化成了机械能，故B错误。 故选D。 12. 如图所示，在直流电动机的工作过程中，“换向器”起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的_______，从而实现通电线圈在磁场中的_______的转动。 【答案】 电流方向 持续 【详解】 在直流电动机的工作过程中，“换向器”起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的电流方向，从而实现通电线圈在磁场中的持续转动。 13. 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 【详解】电动机线圈转动的方向与电流的方向和磁场的方向有关，根据图示结合可知，甲中线圈ab边和cd边电流方向相反，磁场方向相同，所以ab边和cd边受力方向相反，并且不在同一条直线上，又因为电流大小相同，所以受力大小也是相等的，故这两个力不是一对平衡力，所以甲中线圈转动；乙中线圈处于平衡位置，线圈中上、下两条边受到的磁场力的方向相反，大小相等，且作用在一条直线上，是一对平衡力，故乙中线圈不会转动，故A正确，BCD均错误。故选A。 14．如图为汽车启动的工作原理图。旋转汽车钥匙（闭合汽车内开关），电磁铁即具有磁性而把衔铁A吸下来，使动触点B与静触点C接触，电动机所在电路接通。AOB相当于一个绕O点转动的_____。电动机启动时电流很大，其所在电路连接选用粗且短的导线可以减小导线的______。电动机是利用_____（选填“电磁感应”或者“磁场对电流的作用”）的原理工作的。 【答案】 杠杆 电阻 磁场对电流的作用 【详解】能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆，AOB能够绕O点转动，所以AOB相当于一个绕O点转动的杠杆。 在导线材料一定时，长度越小、横截面积越大，导线的电阻越小。电动机启动时电流很大，选用粗且短的导线可以减小导线的电阻。 电动机是利用通电导体在磁场中受力转动的原理工作的，也就是磁场对电流有力的作用，所以这里应选“磁场对电流的作用”。 15. 在如图所示实验装置，闭合开关后静止在金属支架上的轻质铝管ab会朝左运动，说明通电导体在磁场中_______（选填“有”或“无”）受到力的作用；若只将电源的正负极互换，则ab铝管运动方向与原来的_______（选填“相同”或“相反”）。实验中的原理可应用于______（选填“发电机”或“电动机”）。 【答案】 有 相反 电动机 【详解】开关闭合后，导体中有电流通过，导体运动起来，说明通电导体在磁场中受到力的作用。 若只将电源的正负极互换，通电导体中的电流方向发生改变，可以使ab铝管运动方向发生改变，与原来的运动方向相反；电动机是根据这个原理制成的。 16．一个能吹冷热风的电吹风简化电路如图所示，图中A是电动机，B是电热丝，若闭合开关___，吹出的是冷风；闭合开关_____，吹出的是热风。电动机工作时主要是将_____能转化为_____能。 【答案】 S1 S1和 S2 电 机械 【详解】吹冷风时，只有电动机工作，所以只需闭合 S1，此时只有电动机接入电路，吹出冷风。 吹热风时，电动机和电热丝同时工作，所以需要闭合 S1和S2，此时电动机和电热丝并联，吹出热风。 电动机工作时，消耗的是电能，通过内部的通电线圈在磁场中受力转动，将电能主要转化为机械能，以此带动风扇叶片转动吹出风。 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，如图所示，为“福建舰”上搭载的电磁弹射装置简化示意图，通过电磁作用给舰载机巨大的推力，使其短时间内达到起飞速度，电磁弹射装置的工作原理与__________（选填“电动机”或“发电机”）相同，将______能转化为机械能，舰载机在航母上降落时，舰载机的舰钩会勾住拦阻索，达到短距离减速的目的，说明力可以改变物体的______。 【答案】 电动机 电 运动状态 【详解】电磁弹射装置利用通电导体在磁场中受到力的作用来推动滑块，进而带动舰载机前进，这和电动机的工作原理相同；电磁弹射装置消耗电能，为舰载机提供机械能，因此起飞时将电能转化为机械能；舰载机降落时被拦阻索钩住，速度迅速减小，运动状态发生改变，这说明力可以改变物体的运动状态。 18. 如图是扬声器的示意图，工作时，变化的音频电流通过线圈，线圈在磁场中受到______的作用，从而带动纸盆振动；当线圈中电流的频率变低，纸盆振动变慢，声音音调______（选填“变高”或“变低”）；若给线圈通入恒定的直流电，纸盆______（选填“能”或“不能”）持续振动。 【答案】 力 变低 不能 【详解】扬声器工作时，变化的音频电流通过线圈，线圈在磁场中受到力的作用，从而带动纸盆振动发声；音调由振动频率决定，频率越低，音调越低。当线圈中电流的频率变低，纸盆振动变慢，声音音调变低；若给线圈通入恒定的直流电，线圈受到的磁场力方向不变，只能向一个方向运动，无法来回振动，因此纸盆不能持续振动。 19．如图所示是深受年轻人喜爱的电动平衡车，平衡车采用锂电池组提供电能，行驶时驱动电机把电能转化为平衡车的______能，实现了碳的零排放；驱动电机的工作原理是________，若该车在40 s内沿水平面匀速直线行驶200 m，匀速行驶时受到的阻力为90 N，则此过程中牵引力做功的功率为_____W。 【答案】 机械 通电导体在磁场中受力运动 450 【详解】行驶时驱动电机使平衡车运动，将电能转化为平衡车的机械能，让车获得运动的能量。 驱动电机属于电动机，工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，将电能转化为机械能。 平衡车沿水平面匀速直线行驶，水平方向受力平衡，牵引力大小等于阻力，即 牵引力做功 牵引力做功的功率 20. 在探究“电动机为什么会转动”的实验中： (1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周围也存在______，磁体会对通电导体产生力的作用吗？ (2)如图所示，将导体ab置于蹄形磁体的两极之间，未闭合开关前，导体ab______，闭合开关后，导体ab______，说明磁场对______导体有力的作用；（前两空均选填“静止”或“运动”） (3)断开开关，将图中磁体的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向______（选填“相同”或“相反”），说明通电导体在磁场中的受力方向与______有关； (4)断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向______（选填“相同”或“相反”），说明通电导体在磁场中的受力方向与______有关； (5)如果同时改变磁场方向和电流方向，______（选填“能”或“不能”）确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 【答案】(1)磁场 (2) 静止 运动 通电 (3) 相反 磁场方向 (4) 相反 电流方向 (5)不能 【详解】（1）磁场与磁场之间存在力的作用，一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，如果导体运动状态发生改变，说明受到了磁力的作用，那么通电导体周围也存在磁场。 （2）开关未闭合时，电路中无电流，没有磁力的作用，因此导体ab静止；开关闭合后，电路中有电流通过，通电导体周围存在磁场，因此导体ab运动。通过实验可以得出磁场对通电导体有力的作用。 （3）将磁体的N、S极对调，磁场方向发生改变，而电流方向保持不变，根据左手定则可知，导体ab运动方向发生改变。因此可以推理出通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关。 （4）将电源的正、负极对调，电流方向发生改变，而磁场方向保持不变，根据左手定则可知，导体ab运动方向发生改变。因此可以推理出通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关。 （5）如果同时改变磁场方向和电流方向，发现导体的受力方向不发生改变。因此无法观察到磁场方向或电流方向对受力方向的影响，不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 14.3 通电导线在磁场中受到的作用力 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 磁场对通电导线的作用】 2 【知识点2 电动机的工作原理】 5 课后作业 7 2021年5月22日，我国首辆火星车“祝融号”安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始执行探测任务。图14-3-1是“祝融号”在火星表面行驶巡视的模拟画面，火星车行驶要依靠电动机，电动机通电后转动从而带动火星车行驶。为什么电动机通电后能转动？ 【知识点1 磁场对通电导线的作用】 1. 探究磁场对通电导线的作用 （1）实验器材：电源、开关、直导线、蹄形磁铁等。 （2）实验原理图 （3）实验步骤 ①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动方向。 ②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察导线ab是否运动。 ③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察它的运动方向。 ④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察它的运动方向。 ⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察它的运动方向。 （4）实验现象 ①导线ab放在磁场里，接通电源，发生运动，去掉蹄形磁体，接通电源，导线ab不运动； ②导线ab 放在磁场里，接通电源，ab向左运动；把电源的正负极对调，ab向右运动； ③保持电流方向与①一样，把蹄形磁铁的磁极调换一下，ab向右运动。 ④同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，通电导线运动的方向不变。 （5）实验结论 通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向与 方向、 方向都有关。当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向与磁感线的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。 2. 探究磁场对通电线圈的作用 （1）如图所示，把线框放在磁场里，接通电源，让电流通过，可以看到，通电线框在磁场中可以转过一个角度，但 （选填“能”或“不能”）持续转动。 （2）通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因 ①在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，发生顺时针转动。 甲 乙 丙 丁 ②当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。 ③如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，磁场力作用的结果使线圈又逆时针旋转。 ④通电线圈最后静止在平衡位置（图丁）。 3. 扬声器（动圈式）的发声 （1）动圈式扬声器的作用：它是把 信号转变为 信号的装置。 （2）动圈式扬声器的主要结构：由固定的永磁体、线圈和锥形纸盆等构成。 （3）动圈式扬声器的发声原理：通电导线在磁场中受到的力的作用。 当线圈中通以携带声音信息、大小和方向不断变化的电流时，线圈在永磁体的磁场中受到力的作用而振动，从而带动纸盆振动，于是扬声器就发出了声音。 【例1】在学习“电与磁”后，小段拿来一根已连接导线的导体棒ab做了如下实验研究，按如图所示正确连接电路。 (1)为了使该实验顺利进行，装置中的导体棒ab应选用轻质的________（选填“铁棒”或“铝棒”）； (2)闭合开关前，导体棒ab静止，闭合开关后，导体棒ab向右运动，说明磁场对通电导体有力的作用，________是利用这一原理制作而成的； (3)若仅将磁体的N、S极对调，导体棒ab会向________（选填“左”或“右”）摆动，说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关； (4)若保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，发现导体棒ab向左运动，这表明通电导体在磁场中的受力方向与________有关。 【变式1-1】如图所示是探究“让通电导线在磁场中动起来”的实验装置。下列说法错误的是（     ） A．通电导体在磁场中运动时，机械能转化为电能 B．利用图中实验原理可以制作电动机 C．蹄形磁铁磁性越强，实验现象越明显 D．同时改变磁场方向及电源正、负极，导体的运动方向不会改变 【变式1-2】下图是一种动圈式扬声器的内部结构示意图。当线圈中有电流通过时，通电线圈在____中受到力的作用而运动；由于通过线圈的交变电流方向不断变化，线圈就不断来回运动，带动纸盆振动发声。若将线圈两端连接干电池，则该扬声器_____（选填“会”或“不会”）持续发声。 【知识点2 电动机的工作原理】 1. 电动机的组成 电动机主要由两部分组成：能够转动的线圈，也叫转子；固定不动的磁体，也叫定子；电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。 2. 换向器 （1）换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。 （2）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的 。 如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。 3. 直流电动机的工作原理 （1）如图甲所示，通电线圈中的电流方向为a→b→с→d，线圈在磁场力的作用下，顺时针转动。 甲 乙 （2）如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性线圈转过平衡位置。 丙 丁 （3）如图丙所示，线圈越过平衡位置后，电路接通，线圈中的电流方向变化为d→c→b→а，线圈受力方向随之改变，继续顺时针转动。 （4）如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，改变了电流方向和受力方向，线圈继续转动。 4. 实际的电动机 （1）实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。 （2）电动机工作时，把 能转化为 能。 （3）改变电动机转动方向的办法：只让线圈中电流方向与原来相反或只让磁场方向与原来相反。 （4）改变电动机转速的方法：改变线圈中电流的大小，或改变磁场的磁性强弱。 （5）电动机具有效率高、噪声小等优点，被广泛应用于工业、交通运输、家用电器等领域。 【例2】如图所示，图甲和图乙分别为直流电动机线圈在两个不同的时刻所处的位置，下列分析中正确的是（     ） A．导线ab中的电流方向在这两个时刻相同 B．导线ab在这两个时刻受到的磁场作用力方向不同 C．图乙中的线圈处在平衡位置上 D．由于具有惯性，线圈不能持续转动 【变式2-1】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 【变式2-2】如图所示，导线ab、cd受力方向分别是向下和向上，线圈受力_____时针旋转。当线圈在图示位置旋转180°后，ab段受到力的方向是竖直向______的、cd段受到力的方向是竖直向_____的；线圈受力______时针旋转。 1．电动机的工作原理是（　　） A．电磁感应现象 B．通电导体在磁场中受到力的作用 C．电流的磁效应 D．磁极间的相互作用 2. 下列家用电器中，使用了电动机的是（　　） A．日光灯 B．电饭锅 C．洗衣机 D．电热器 3．小电动机是将电能转化为机械能的装置，可以使转子转动更快的方法是（     ） A．增大电流 B．改变电流方向 C．减少线圈圈数 D．改变线圈缠绕方向 4．处在磁场中的通电导体，当电流方向和磁场方向垂直时会受到力的作用，力的方向与磁场方向和电流方向三者之间互相垂直，并且存在一定的逻辑关系，如图甲所示。电动机的线圈处在水平位置，通有顺时针方向的电流，如图乙所示。则下列说法中正确的是（　　） A．电动机的线圈将逆时针方向转动 B．此时，线圈前后两个边中电流方向和磁场方向平行，受力的方向相反 C．此时，线圈受力平衡，不发生转动 D．此时，线圈左边受力的方向竖直向上 5. 手持小风扇的简化电路如图所示，下列说法正确的是（     ） A．电池的作用是为电动机提供电能 B．导线通常用半导体材料制成 C．电动机是将机械能转化为电能的装置 D．通电后电流从电池负极经电动机流向正极 6．某同学将线圈紧密粘贴在纸杯底部，在线圈上方放置一个强磁铁，制成一个简易扬声器，如图所示。在线圈中通入交变电流，纸杯即可振动发声。下列说法正确的是（     ） A．线圈中的电流不会产生磁场 B．线圈带动纸杯振动是电磁感应现象 C．该扬声器与发电机的工作原理相同 D．磁场对线圈的力的大小和方向随电流的大小和方向而改变 7．小白做了甲、乙、丙三个实验，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（丙图中受力方向未标出），S、N分别表示U形磁铁的南北极。下列判断正确的是（      ） A．实验甲和乙可说明通电导线在磁场中受力方向与磁场方向有关 B．实验甲和乙可说明通电导线在磁场中受力方向与电流方向无关 C．实验丙中导线受力方向应和实验甲中导线受力方向相同 D．实验丙中导线受力方向应和实验乙中导线受力方向相同 8．如图所示，磁场中的矩形铜线框处于静止状态，闭合开关后，若CD段导体受到向上的磁场力，则（     ） A．AB段导体受到磁场力的方向向下 B．电路中M处的电流大于Q处的电流 C．矩形铜线框一定发生转动 D．若只将电源正负极对调，AB段受到磁场力的方向一定向下 9. 在物理学中，用表示电流的方向垂直于纸面向里，⊙表示电流的方向垂直于纸面向外。如图所示，甲图表示直导体a在磁场中受到一个既跟电流方向垂直，又跟磁感线方向垂直的水平向左的磁场力F，乙图所示的三种情况中，通电导体a受到的磁场力方向水平向左的是（　　） A．A B．B C．C D．AC 10．如图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，则（　　） A．螺线管F端为N极，P端为N极 B．此电动机不需要换向器也可以持续沿一个方向转动 C．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察、线圈仍顺时针转动 D．线圈转动时，螺线管没有受到线圈的作用力 11. 一次家庭探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间时，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象，下列说法正确的是（　　） A．灯丝晃动是一种电流的磁现象 B．灯丝晃动是内能转化成了机械能 C．灯丝晃动是受到磁体的吸引作用 D．灯丝晃动是磁场对电流的作用 12. 如图所示，在直流电动机的工作过程中，“换向器”起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的_______，从而实现通电线圈在磁场中的_______的转动。 13. 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 14．如图为汽车启动的工作原理图。旋转汽车钥匙（闭合汽车内开关），电磁铁即具有磁性而把衔铁A吸下来，使动触点B与静触点C接触，电动机所在电路接通。AOB相当于一个绕O点转动的_____。电动机启动时电流很大，其所在电路连接选用粗且短的导线可以减小导线的______。电动机是利用_____（选填“电磁感应”或者“磁场对电流的作用”）的原理工作的。 15. 在如图所示实验装置，闭合开关后静止在金属支架上的轻质铝管ab会朝左运动，说明通电导体在磁场中_______（选填“有”或“无”）受到力的作用；若只将电源的正负极互换，则ab铝管运动方向与原来的_______（选填“相同”或“相反”）。实验中的原理可应用于______（选填“发电机”或“电动机”）。 16．一个能吹冷热风的电吹风简化电路如图所示，图中A是电动机，B是电热丝，若闭合开关___，吹出的是冷风；闭合开关_____，吹出的是热风。电动机工作时主要是将_____能转化为_____能。 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，如图所示，为“福建舰”上搭载的电磁弹射装置简化示意图，通过电磁作用给舰载机巨大的推力，使其短时间内达到起飞速度，电磁弹射装置的工作原理与__________（选填“电动机”或“发电机”）相同，将______能转化为机械能，舰载机在航母上降落时，舰载机的舰钩会勾住拦阻索，达到短距离减速的目的，说明力可以改变物体的______。 18. 如图是扬声器的示意图，工作时，变化的音频电流通过线圈，线圈在磁场中受到______的作用，从而带动纸盆振动；当线圈中电流的频率变低，纸盆振动变慢，声音音调______（选填“变高”或“变低”）；若给线圈通入恒定的直流电，纸盆______（选填“能”或“不能”）持续振动。 19．如图所示是深受年轻人喜爱的电动平衡车，平衡车采用锂电池组提供电能，行驶时驱动电机把电能转化为平衡车的______能，实现了碳的零排放；驱动电机的工作原理是________，若该车在40 s内沿水平面匀速直线行驶200 m，匀速行驶时受到的阻力为90 N，则此过程中牵引力做功的功率为_____W。 20. 在探究“电动机为什么会转动”的实验中： (1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周围也存在______，磁体会对通电导体产生力的作用吗？ (2)如图所示，将导体ab置于蹄形磁体的两极之间，未闭合开关前，导体ab______，闭合开关后，导体ab______，说明磁场对______导体有力的作用；（前两空均选填“静止”或“运动”） (3)断开开关，将图中磁体的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向______（选填“相同”或“相反”），说明通电导体在磁场中的受力方向与______有关； (4)断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向______（选填“相同”或“相反”），说明通电导体在磁场中的受力方向与______有关； (5)如果同时改变磁场方向和电流方向，______（选填“能”或“不能”）确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $