17.2 电动机转动的原理（讲义）物理新教材沪粤版九年级下册

第十七章 电动机与发电机 第2节 电动机转动的原理 课标要点 通过实验，认识磁场对通电导体有力的作用，知道力的方向与电流方向、磁场方向有关。 了解直流电动机的构造，知道换向器的作用。 理解直流电动机的工作原理，知道电动机工作过程中的能量转化。 能结合实验现象分析线圈不能持续转动的原因，并提出改进方案。 学习重难点 重点：磁场对通电导体的作用及其方向判断；换向器的作用；电动机的工作原理。 难点：线圈越过平衡位置后受力方向反向的分析；换向器自动改变电流方向的时机理解。 知识点 磁场中的通电导体受到的作用力（重点） 1. 探究实验：磁场中的通电导体受到的作用力 实验器材：蹄形磁体（或U形磁体）、导体棒（轻质金属杆或铝棒）、两根支架、电源、开关、滑动变阻器、导线若干。 实验步骤 （1）按图连接电路，将导体棒 放置在蹄形磁体的两极之间，闭合开关，观察导体棒的运动情况。 （2）保持磁体位置不变，改变 方向（对调电源正负极），观察导体棒运动方向的变化。 （3）保持电流方向不变，把蹄形磁体的南北极对调（改变 方向），观察导体棒运动方向的变化。 （4）同时改变 方向和 方向，观察导体棒运动方向的变化。 实验现象与结论 实验操作 现象 结论 闭合开关，导体棒中有电流 导体棒发生运动 磁场对通电导体有力的作用 只改变电流方向 导体棒运动方向反向 受力方向与电流方向有关 只改变磁场方向 导体棒运动方向反向 受力方向与磁场方向有关 同时改变电流和磁场方向 导体棒运动方向不变 受力方向由电流方向和磁场方向共同决定 归纳：通电导体在磁场中受到力的作用，这个力叫做安培力（初中阶段只要求知道“磁场对通电导体有力的作用”）。力的方向与 方向和 方向都有关；当电流方向或磁场方向 改变时，受力方向改变；两者 改变时，受力方向不变。 特别提醒 实验中将导体棒换成轻质材料、减小摩擦，现象更明显；滑动变阻器的作用是保护电路并调节电流大小。实验中导体棒不宜长时间通电，防止过热。 易错提醒 “通电导体在磁场中一定受到力的作用”这一说法不准确——当导体中的电流方向与磁感线方向平行时，导体不受力（初中阶段可简单记为“电流方向与磁场方向平行时不受力”）。 随学随练 1．某实验小组利用如图装置探究磁场对通电导体的作用。将一根导体棒ab放在蹄形磁体的磁场中，并与开关、滑动变阻器、电源串联成闭合电路。 实验操作步骤记录如下表： 实验次数 磁场方向 电流方向 导体棒运动方向 1 竖直向上 由a到b 向左运动 2 竖直向下 由a到b 向右运动 3 竖直向上 由b到a 向右运动 (1)分析实验1和2，可得出通电导体在磁场中受力方向与________有关；分析实验________两次实验，可得出受力方向与电流方向有关； (2)生活中的________（选填“电动机”或“发电机”）就是利用该实验原理工作的，工作时将电能转化为________能。 2．通电直导线在磁场中受到磁场的作用力方向可以用左手定则来判断：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指的方向就是通电导线所受磁场力的方向（如左图所示）。在图中，一根垂直于纸面的导线P放置在一水平放置条形磁铁的正上方，若要使导线受到磁场力的方向竖直向上，则导线中所通电流的方向应是垂直纸面______（选填“向外”或“向内”）。 　 知识点 换向器的作用（重点） 1. 线圈在磁场中的受力分析 既然通电导体在磁场中会受到力的作用，那么用导线绕成的线圈，通电后在磁场中将怎样运动呢? 如图(a)所示，实验开始时，线圈平面与磁感线 。接通电路后，绿色边和红色边的 方向不同，其受力的方向 ，线圈便转动起来；当线圈转到如图(b)所示的位置时，绿色边和红色边受到的力恰好在 直线上，且大小 、方向 ，线圈来回摆动几次就停在该位置上了。线圈的这一位置叫做 位置，此时线圈的平面恰好与磁感线 。 2. 换向器的构造 换向器由 组成，两个半圆环之间用绝缘材料隔开，分别与线圈的两端相连，随线圈一起绕轴转动。两个 分别压在两个半圆环上，与外电路相连。 3. 换向器的工作过程 （1）当线圈转到平衡位置之前，两个 分别与两个 接触，线圈中电流方向为某一方向，线圈受力转动。 （2）当线圈刚越过 位置时，两个半圆环恰好与两个电刷交换接触，线圈中的 方向随之改变。 （3）电流方向改变后，线圈两边 方向也随之改变，使线圈继续沿原方向转动。 归纳：换向器的作用是在线圈刚越过 位置时，自动改变线圈中的 方向，从而保证线圈持续转动。 易错提醒 换向器改变的是线圈中的 方向，不是改变磁场方向，也不是改变电源正负极。换向器每转动半圈（线圈每转过平衡位置一次）改变一次电流方向，线圈每转一周，电流方向改变 次。 教材延伸 实际电动机中，为提高转动平稳性，转子上绕有多组线圈，换向器由许多片彼此绝缘的铜片组成（称为多片换向器），使电动机转动更平稳、动力更足。 随学随练 3．图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，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．在图示位置线圈平面恰好处在平衡位置 4．用如图甲、乙所示实验装置，研究“磁场对通电线圈的作用”，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相同的（也称匀强磁场）。 (1)在图甲中，通电后，ab段导线所受磁场力方向竖直向上、cd段导线受到磁场力的方向竖直向下，此时这两个力_______（选填“是”或“不是”）一对平衡力。 (2)图乙中的线圈可以持续转动，是由于在外部加装了_______，该装置能使线圈平面刚转过_______（选填“平行于磁感线”“垂直于磁感线”或“任一”）位置时，自动改变线圈中的电流方向。 (3)写出一种让图乙中线圈转动更快的措施：_______。 知识点 电动机的工作原理与能量转化 1. 工作原理 直流电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受力转动；换向器在线圈越过 位置时自动改变线圈中的 方向，使线圈持续转动。 能量转化：电动机工作时，把 能主要转化为 能（同时有少量电能转化为内能，使电动机发热）。 2. 电动机的转向与转速 （1）转向：由 方向和 方向共同决定。改变 方向或改变 方向，电动机转向改变；两者同时改变，转向不变。 （2）转速：电流越 、磁场越 ，电动机转速越快（初中阶段定性了解即可）。 3. 电动机的优点与应用 电动机具有结构简单、体积小、效率高、无污染、便于控制和调节等优点，广泛应用于电风扇、洗衣机、电动车、起重机等设备中。 特别提醒 判断电动机转向是否改变，方法与“通电导体受力方向”的判断一致：只改变电流方向或只改变磁场方向，转向改变；两者同时改变，转向不变。 随学随练 5．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．若仅对调磁极方向，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，目的是使线圈持续转动 D．工作时将机械能转化为电能 6．新趋势跨学科实践如图示为某兴趣小组制作的简易电动机，其工作原理是______，要想改变线圈转动的方向，可采取的方法有：______（写一条即可）。请举出一个电动机在生活中的应用实例：______。 题型 通电导体受力方向的判断方法 判断通电导体在磁场中的受力方向，关键是抓住“两个方向”：电流方向和磁场方向。可归纳为： 只变其一，受力反向； 两者同变，受力不变； 电流方向与磁场方向平行时，导体不受力。 活学活用 1．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。 2．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 基础通关 1．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流的磁效应 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 2．如图是电流表内部结构简图，线圈置于两磁极之间，线圈上固定一个指针，有电流通过线圈时，线圈会带动指针一起偏转，线圈中电流越大，指针偏转角度越大。当给电流表通电时（     ） A．线圈会受到磁场力的作用 B．线圈对磁体没有力的作用 C．电流越大，磁场对线圈的作用力越小 D．电流反向，线圈的受力方向不变 3．如图所示，闭合开关，铜棒向右运动，为使开关闭合后铜棒向左运动，下列操作可行的是（     ） A．换用更细的铜棒 B．将磁体的N、S极对调 C．换用磁性更强的磁体 D．将电源正、负极和磁体N、S极同时对调 4．如图所示实验中，闭合开关后，金属杆向右运动。下列操作能让金属杆向左运动的是（     ） A．改变电流大小 B．改变电流方向 C．改变磁场强弱 D．改变金属杆长度 5．如图所示，将一根直导线（铝棒）放在蹄形磁体两极间，直导线与电源、开关串联形成回路。闭合开关后，为使直导线摆动幅度更明显，可以（     ） A．增强磁场 B．改变电流方向 C．换用铁质直导线 D．将磁体两极对调 6．如图，兴趣小组制作了一个电动机，给线圈通电，轻轻一推，线圈就会持续转动。下列关于电动机的说法不正确的有（　　） A．电动机主要由磁体和线圈组成 B．电动机主要把动能转化为电能 C．对调电源正、负极可以改变线圈的转动方向 D．电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理工作的 7．直流电动机的工作原理是利用___________在___________中受力转动，利用___________及时改变线圈中的电流___________使得线圈持续转动的。 8．手持小风扇的简化电路如图所示，按钮开关处的电流方向为_________（选填“从上到下”或“从下到上”）。电动机工作时主要将电能转化为_________能。 9．如图所示，闭合开关，静止的导体棒ab在轨道上向右运动，若只将电源的正、负极对调，则导体棒ab将向________运动（选填“左”或“右”）。 10．实践小组制作了一个简易直流电动机模型，如图所示。以漆包线绕成的矩形线圈作为转子，线圈两端各拉出一段漆包线作为转轴，一端漆皮全部刮去，另一端只刮去上半周，将线圈放置在带有磁体的支架上，支架与电池两极相连。 (1)闭合开关，轻推线圈，线圈便能连续转动起来，这是因为通电线圈在____中受到力的作用。 (2)若要改变线圈转动的方向，除了改变磁场方向外，还可以改变___________。 (3)电动机工作时，主要把电能转化为____能。 素养提升 11．（多选）如图所示是探究“让通电导线在磁场中动起来”的实验装置。下列说法正确的是（     ） 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 12．小王购买了如图甲所示的可调节风力的电扇，当电流变大时，风力变大。图乙是其用于调节风力的电位器结构图，a、b、c是它的三个接线柱，a、c分别与弧形电阻丝的两端相连，b与金属滑片相连。转动旋钮，滑片在弧形电阻丝上滑动即可调节风力大小。电位器与风扇中的电动机是______（选填“串联”或“并联”）的，电动机的工作原理是：通电导体在______中受力运动．若将______接线柱接入电路，逆时针旋转电位器的滑片，风力变大。 13．小明学习电动机原理后，制作小小电动机。把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形线圈，如图甲所示，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm。然后，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块磁铁，如图乙所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不停地转下去，小小电动机就制作好了。若制作和电路无误，接上电源后线圈不动，请仿照示例写出可能原因和解决方法。 项目 原因 解决方法 示例 线圈刚好处于平衡位置 用手轻推一下 （1）______ （2）______ 14．如图是某小组在综合实践活动中制作的简易电动机模型，用一段漆包线绕成线圈，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半周或下半周。将线圈放在用硬金属丝做成的支架m、n上，并按图示连接电路，闭合开关，下列说法正确的是（     ） A．电磁铁的上端为S极 B．若线圈不动，一定是电路中某处出现了断路 C．若只将电磁铁的N、S极对调，则线圈的转动方向与原来的转动方向相反 D．若只将电源的正、负极对调，则线圈的转动方向与原来的转动方向相反 15．学校开展了跨学科实践活动：自制一个简易直流电动机。将一段漆包线绕成矩形线圈（尺寸），作为转子，该形状利于线圈在磁场中受力对称；线圈左右两端各留2cm的漆包线作为转轴，左端引线仅刮除半周漆皮，右端全部刮掉。将磁体放在线圈下方，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会转动起来，如图甲所示。 (1)图乙是电动机原理图，电动机是利用了磁场对___________有力的作用的原理制作的。通电后导线ab受到竖直向下的磁场力的作用，此时若改变电流方向，请你在图乙中画出导线ab此时所受磁场力的示意图___________。（点O为重心） (2)如图甲，制作时用小刀刮去线圈右端转轴的全部漆皮，左端转轴的半周漆皮的目的是___________。矩形线圈旋转到图甲所示状态时，电路中___________（选填“有”或“没有”）电流通过。 (3)小明想调节自制简易直流电动机的转速，请你帮他提出一条可行性措施：___________。 (4)制作过程中，发现闭合开关后，用手轻推一下线圈，线圈无法持续转动，原因可能是___________。（写出一条即可） 迁移创新 16．如图甲所示为某物理小组制作出的神奇的转框，将金属线弯成一个线框，与干电池和吸附在干电池上的圆柱形金属磁体分别接触，这样金属框就可以绕电池持续转动，图乙为该实验装置的电路示意图。转框可用的金属材料是______；若想使转框反方向旋转，可采取的措施是______。 17．图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，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”或“逆时针”）转动。 18．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 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十七章 电动机与发电机 第2节 电动机转动的原理 课标要点 通过实验，认识磁场对通电导体有力的作用，知道力的方向与电流方向、磁场方向有关。 了解直流电动机的构造，知道换向器的作用。 理解直流电动机的工作原理，知道电动机工作过程中的能量转化。 能结合实验现象分析线圈不能持续转动的原因，并提出改进方案。 学习重难点 重点：磁场对通电导体的作用及其方向判断；换向器的作用；电动机的工作原理。 难点：线圈越过平衡位置后受力方向反向的分析；换向器自动改变电流方向的时机理解。 知识点 磁场中的通电导体受到的作用力（重点） 1. 探究实验：磁场中的通电导体受到的作用力 实验器材：蹄形磁体（或U形磁体）、导体棒（轻质金属杆或铝棒）、两根支架、电源、开关、滑动变阻器、导线若干。 实验步骤 （1）按图连接电路，将导体棒 水平 放置在蹄形磁体的两极之间，闭合开关，观察导体棒的运动情况。 （2）保持磁体位置不变，改变 电流 方向（对调电源正负极），观察导体棒运动方向的变化。 （3）保持电流方向不变，把蹄形磁体的南北极对调（改变 磁场 方向），观察导体棒运动方向的变化。 （4）同时改变 电流 方向和 磁场 方向，观察导体棒运动方向的变化。 实验现象与结论 实验操作 现象 结论 闭合开关，导体棒中有电流 导体棒发生运动 磁场对通电导体有力的作用 只改变电流方向 导体棒运动方向反向 受力方向与电流方向有关 只改变磁场方向 导体棒运动方向反向 受力方向与磁场方向有关 同时改变电流和磁场方向 导体棒运动方向不变 受力方向由电流方向和磁场方向共同决定 归纳：通电导体在磁场中受到力的作用，这个力叫做安培力（初中阶段只要求知道“磁场对通电导体有力的作用”）。力的方向与 电流 方向和 磁感线 方向都有关；当电流方向或磁场方向 单独 改变时，受力方向改变；两者 同时 改变时，受力方向不变。 特别提醒 实验中将导体棒换成轻质材料、减小摩擦，现象更明显；滑动变阻器的作用是保护电路并调节电流大小。实验中导体棒不宜长时间通电，防止过热。 易错提醒 “通电导体在磁场中一定受到力的作用”这一说法不准确——当导体中的电流方向与磁感线方向平行时，导体不受力（初中阶段可简单记为“电流方向与磁场方向平行时不受力”）。 随学随练 1．某实验小组利用如图装置探究磁场对通电导体的作用。将一根导体棒ab放在蹄形磁体的磁场中，并与开关、滑动变阻器、电源串联成闭合电路。 实验操作步骤记录如下表： 实验次数 磁场方向 电流方向 导体棒运动方向 1 竖直向上 由a到b 向左运动 2 竖直向下 由a到b 向右运动 3 竖直向上 由b到a 向右运动 (1)分析实验1和2，可得出通电导体在磁场中受力方向与________有关；分析实验________两次实验，可得出受力方向与电流方向有关； (2)生活中的________（选填“电动机”或“发电机”）就是利用该实验原理工作的，工作时将电能转化为________能。 【答案】(1) 磁场方向 1、3 (2) 电动机 机械 【详解】（1） 实验1和2中，电流方向相同，只有磁场方向不同，导体棒的受力（运动）方向不同，因此可得出通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关。 要探究受力方向与电流方向的关系，需要控制磁场方向不变，改变电流方向，实验1、3满足条件：磁场方向相同，电流方向不同，因此分析1、3两次实验可得到对应结论。 （2）该实验的原理是通电导体在磁场中受到力的作用，生活中的电动机就是利用该原理工作的，电动机工作时将电能转化为机械能；发电机的原理是电磁感应，不符合该实验原理。 2．通电直导线在磁场中受到磁场的作用力方向可以用左手定则来判断：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指的方向就是通电导线所受磁场力的方向（如左图所示）。在图中，一根垂直于纸面的导线P放置在一水平放置条形磁铁的正上方，若要使导线受到磁场力的方向竖直向上，则导线中所通电流的方向应是垂直纸面______（选填“向外”或“向内”）。 　 【答案】向外 【详解】在磁体外部，磁感线由N极发出、回到S极，所以图中导线P处磁感线的方向是从左向右的；由题知，垂直于纸面的导线P放置在一水平放置条形磁铁的正上方，导线受到磁铁给它的作用力的方向竖直向上，根据左手定则，伸开左手，使拇指与四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过掌心且大拇指指向磁场力的方向(即竖直向上)，则四指垂直于纸面指向外，即此时电流的方向是垂直于纸面向外的。 知识点 换向器的作用（重点） 1. 线圈在磁场中的受力分析 既然通电导体在磁场中会受到力的作用，那么用导线绕成的线圈，通电后在磁场中将怎样运动呢? 如图(a)所示，实验开始时，线圈平面与磁感线 平行 。接通电路后，绿色边和红色边的 电流 方向不同，其受力的方向 相反 ，线圈便转动起来；当线圈转到如图(b)所示的位置时，绿色边和红色边受到的力恰好在 同一条 直线上，且大小 相等 、方向 相反 ，线圈来回摆动几次就停在该位置上了。线圈的这一位置叫做 平衡 位置，此时线圈的平面恰好与磁感线 垂直 。 2. 换向器的构造 换向器由 两个半圆铜环 组成，两个半圆环之间用绝缘材料隔开，分别与线圈的两端相连，随线圈一起绕轴转动。两个 电刷 分别压在两个半圆环上，与外电路相连。 3. 换向器的工作过程 （1）当线圈转到平衡位置之前，两个 半圆环 分别与两个 电刷 接触，线圈中电流方向为某一方向，线圈受力转动。 （2）当线圈刚越过 平衡 位置时，两个半圆环恰好与两个电刷交换接触，线圈中的 电流 方向随之改变。 （3）电流方向改变后，线圈两边 受力 方向也随之改变，使线圈继续沿原方向转动。 归纳：换向器的作用是在线圈刚越过 平衡 位置时，自动改变线圈中的 电流 方向，从而保证线圈持续转动。 易错提醒 换向器改变的是线圈中的 电流 方向，不是改变磁场方向，也不是改变电源正负极。换向器每转动半圈（线圈每转过平衡位置一次）改变一次电流方向，线圈每转一周，电流方向改变 两 次。 教材延伸 实际电动机中，为提高转动平稳性，转子上绕有多组线圈，换向器由许多片彼此绝缘的铜片组成（称为多片换向器），使电动机转动更平稳、动力更足。 随学随练 3．图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，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．在图示位置线圈平面恰好处在平衡位置 【答案】C 【详解】A．根据安培定则可以判断螺线管F端为S极，P端为N极，故A不符合题意； B．此电动机是直流电动机，需要换向器才可以持续一个方向转动，故B不符合题意； C．若将电源的正负极对调，则磁场方向和线圈中的电流方向都发生改变，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动，故C符合题意； D．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，故D不符合题意。 故选C。 4．用如图甲、乙所示实验装置，研究“磁场对通电线圈的作用”，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相同的（也称匀强磁场）。 (1)在图甲中，通电后，ab段导线所受磁场力方向竖直向上、cd段导线受到磁场力的方向竖直向下，此时这两个力_______（选填“是”或“不是”）一对平衡力。 (2)图乙中的线圈可以持续转动，是由于在外部加装了_______，该装置能使线圈平面刚转过_______（选填“平行于磁感线”“垂直于磁感线”或“任一”）位置时，自动改变线圈中的电流方向。 (3)写出一种让图乙中线圈转动更快的措施：_______。 【答案】(1)不是 (2) 换向器 垂直于磁感线 (3)增大线圈中的电流 【详解】（1）这两个力不是一对平衡力，因为这两个力不作用在一条直线上。 （2）图乙的线圈可以持续转动，是在外部加装了换向器。当通电线圈所在平面与磁感线垂直时（平衡位置），它能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。 （3）线圈转动的快慢与电流的大小、线圈的匝数、磁场的强弱等因素有关，所以要使线圈转动的更快，可以增大线圈中的电流、增加线圈的匝数、换更强的磁体等。 知识点 电动机的工作原理与能量转化 1. 工作原理 直流电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受力转动；换向器在线圈越过 平衡 位置时自动改变线圈中的 电流 方向，使线圈持续转动。 能量转化：电动机工作时，把 电 能主要转化为 机械 能（同时有少量电能转化为内能，使电动机发热）。 2. 电动机的转向与转速 （1）转向：由 电流 方向和 磁场 方向共同决定。改变 电流 方向或改变 磁场 方向，电动机转向改变；两者同时改变，转向不变。 （2）转速：电流越 大 、磁场越 强 ，电动机转速越快（初中阶段定性了解即可）。 3. 电动机的优点与应用 电动机具有结构简单、体积小、效率高、无污染、便于控制和调节等优点，广泛应用于电风扇、洗衣机、电动车、起重机等设备中。 特别提醒 判断电动机转向是否改变，方法与“通电导体受力方向”的判断一致：只改变电流方向或只改变磁场方向，转向改变；两者同时改变，转向不变。 随学随练 5．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．若仅对调磁极方向，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，目的是使线圈持续转动 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； 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； 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； 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。 本题选择说法错误的，故选 D。 6．新趋势跨学科实践如图示为某兴趣小组制作的简易电动机，其工作原理是______，要想改变线圈转动的方向，可采取的方法有：______（写一条即可）。请举出一个电动机在生活中的应用实例：______。 【答案】 通电线圈在磁场中受力转动 对调电源的正、负极 电风扇 【详解】[1]电动机是利用通电导线在磁场中受力转动的原理工作的。当线圈中有电流通过时，在磁力的作用下线圈会发生转动，从而实现电能向机械能的转化。 [2]通电导体在磁场中受力的方向由电流方向和磁场方向两个因素共同决定，若想改变线圈转动方向则可以改变电流方向或改变磁场方向，即可以调换电源的正、负极。 [3]电风扇是电动机在生活中的应用实例之一。 题型 通电导体受力方向的判断方法 判断通电导体在磁场中的受力方向，关键是抓住“两个方向”：电流方向和磁场方向。可归纳为： 只变其一，受力反向； 两者同变，受力不变； 电流方向与磁场方向平行时，导体不受力。 活学活用 1．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。 2．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。 基础通关 1．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流的磁效应 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 【答案】D 【详解】A．直流电动机正常工作时，主要是将电能转化为机械能，只有小部分电能会转化为内能，故A错误； B．直流电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，并非电流的磁效应，故B错误； C．通电导体的受力方向同时和电流方向、磁场方向有关，若两个因素同时改变，受力方向（也就是电动机的转动方向）不会发生变化，故C错误； D．直流电动机的换向器由两个彼此绝缘的铜制半环组成，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，让线圈可以持续转动，故D正确。 故选D。 2．如图是电流表内部结构简图，线圈置于两磁极之间，线圈上固定一个指针，有电流通过线圈时，线圈会带动指针一起偏转，线圈中电流越大，指针偏转角度越大。当给电流表通电时（     ） A．线圈会受到磁场力的作用 B．线圈对磁体没有力的作用 C．电流越大，磁场对线圈的作用力越小 D．电流反向，线圈的受力方向不变 【答案】A 【详解】A．磁场对通电线圈有力的作用，故A 正确； B．力的作用是相互的，所以线圈对磁体也有力的作用，故B错误； C．电流越大，磁场对线圈的作用力越大，故C错误； D．电流反向，线圈的受力方向也相反，故D错误。 故选A。 3．如图所示，闭合开关，铜棒向右运动，为使开关闭合后铜棒向左运动，下列操作可行的是（     ） A．换用更细的铜棒 B．将磁体的N、S极对调 C．换用磁性更强的磁体 D．将电源正、负极和磁体N、S极同时对调 【答案】B 【详解】通电导体在磁场中受力的方向，与电流方向、磁场方向两个因素有关，只改变其中一个因素，受力方向改变，两个因素同时改变，受力方向不变；所以为使开关闭合后铜棒向左运动，可只将磁体的N、S极对调或只将电源正、负极对调。故选B。 4．如图所示实验中，闭合开关后，金属杆向右运动。下列操作能让金属杆向左运动的是（     ） A．改变电流大小 B．改变电流方向 C．改变磁场强弱 D．改变金属杆长度 【答案】B 【详解】A．通电导体在磁场中受力的方向与磁场的方向和电流方向有关，且两个因素只改变其中一个，金属杆受力方向才会发生改变，改变电流大小，不能改变导体的受力方向，故A不符合题意； B．改变电流方向，磁场的方向不变，可以改变导体受力的方向，可以使金属杆向左运动，故B符合题意； C．改变磁场强弱，没有改变磁场方向和电流的方向，因此不能改变金属杆受力的方向，故C不符合题意； D．改变金属杆长度，不能改变电流的方向和磁场的方向，因此不能改变金属杆受力的方向，故D不符合题意。 故选B。 5．如图所示，将一根直导线（铝棒）放在蹄形磁体两极间，直导线与电源、开关串联形成回路。闭合开关后，为使直导线摆动幅度更明显，可以（     ） A．增强磁场 B．改变电流方向 C．换用铁质直导线 D．将磁体两极对调 【答案】A 【详解】通电导线在磁场中受到力的大小与电流大小以及磁场强弱有关。闭合开关后，为使直导线摆动幅度更明显，可以通过增大电路的电流或者增强磁场，增大导线受到的磁力，故选A。 6．如图，兴趣小组制作了一个电动机，给线圈通电，轻轻一推，线圈就会持续转动。下列关于电动机的说法不正确的有（　　） A．电动机主要由磁体和线圈组成 B．电动机主要把动能转化为电能 C．对调电源正、负极可以改变线圈的转动方向 D．电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理工作的 【答案】B 【详解】ABD．电动机的工作原理是，通电导体在磁场中受力的作用，所以电动机主要由磁体和线圈组成，工作时主要把电能转化为机械能，故AD正确，B错误； C．通电线圈在磁场中受到力的方向与电流方向有关，对调电源正、负极，改变了线圈中的电流方向，可以改变线圈的转动方向，故C正确。 本题选择描述错误的，故选B。 7．直流电动机的工作原理是利用___________在___________中受力转动，利用___________及时改变线圈中的电流___________使得线圈持续转动的。 【答案】 通电线圈 磁场 换向器 方向 【详解】直流电动机的工作原理是通电的线圈放在磁场中时，会受到磁场的作用而发生转动；当线圈刚转过平衡位置时，换向器可以自动切换线圈中的电流方向，改变线圈的受力方向，让线圈能沿着同一个转向持续转动下去。 8．手持小风扇的简化电路如图所示，按钮开关处的电流方向为_________（选填“从上到下”或“从下到上”）。电动机工作时主要将电能转化为_________能。 【答案】 从上到下 机械 【详解】由电源外部电流从电源正极流向电源负极可知，按钮开关处电流方向为从上到下。 电动机工作时消耗了电能，获得了机械能，故主要将电能转化为机械能。 9．如图所示，闭合开关，静止的导体棒ab在轨道上向右运动，若只将电源的正、负极对调，则导体棒ab将向________运动（选填“左”或“右”）。 【答案】左 【详解】通电导体在磁场中受到力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。若只将电源的正、负极对调，即只改变电流方向，则导体棒ab的运动方向也改变，所以导体棒ab将向左运动。 10．实践小组制作了一个简易直流电动机模型，如图所示。以漆包线绕成的矩形线圈作为转子，线圈两端各拉出一段漆包线作为转轴，一端漆皮全部刮去，另一端只刮去上半周，将线圈放置在带有磁体的支架上，支架与电池两极相连。 (1)闭合开关，轻推线圈，线圈便能连续转动起来，这是因为通电线圈在____中受到力的作用。 (2)若要改变线圈转动的方向，除了改变磁场方向外，还可以改变___________。 (3)电动机工作时，主要把电能转化为____能。 【答案】(1)磁场 (2)电流的方向 (3)机械 【详解】（1）电动机的原理是通电导体在磁场中受到力的作用。 （2）电动机的转动方向与磁场方向和电流方向有关，所以可以改变电流的方向来改变线圈转动的方向。 （3）电动机工作时，消耗电能，获得机械能，主要是将电能转化为机械能。 素养提升 11．（多选）如图所示是探究“让通电导线在磁场中动起来”的实验装置。下列说法正确的是（     ） 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】BCD 【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BCD。 12．小王购买了如图甲所示的可调节风力的电扇，当电流变大时，风力变大。图乙是其用于调节风力的电位器结构图，a、b、c是它的三个接线柱，a、c分别与弧形电阻丝的两端相连，b与金属滑片相连。转动旋钮，滑片在弧形电阻丝上滑动即可调节风力大小。电位器与风扇中的电动机是______（选填“串联”或“并联”）的，电动机的工作原理是：通电导体在______中受力运动．若将______接线柱接入电路，逆时针旋转电位器的滑片，风力变大。 【答案】 串联 磁场 a、b 【详解】因串联电路中电阻改变可改变电路电流，故电位器与电动机串联。 电动机的核心工作原理是：通电导体在磁场中受到力的作用，将电能转化为机械能。 题目说明逆时针旋转滑片时风力变大，即电路电流变大，根据欧姆定律，此时电位器接入电路的电阻需要变小。若将a、b接线柱接入电路，接入电路的是滑片到a端的弧形电阻丝，逆时针转滑片时，滑片向a端靠近，接入的电阻丝长度变短、电阻变小，电流变大，风力就会变大。 13．小明学习电动机原理后，制作小小电动机。把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形线圈，如图甲所示，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm。然后，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块磁铁，如图乙所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不停地转下去，小小电动机就制作好了。若制作和电路无误，接上电源后线圈不动，请仿照示例写出可能原因和解决方法。 项目 原因 解决方法 示例 线圈刚好处于平衡位置 用手轻推一下 （1）______ （2）______ 【答案】 线圈中的电流太小，致使磁场对其作用力不足 增大电源电压，例如更换新电池或增加串联电池的数量 【详解】[1]原因：线圈中的电流太小，致使磁场对其作用力不足。 [2]解决方法：增大电源电压，例如更换新电池或增加串联电池的数量。 14．如图是某小组在综合实践活动中制作的简易电动机模型，用一段漆包线绕成线圈，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半周或下半周。将线圈放在用硬金属丝做成的支架m、n上，并按图示连接电路，闭合开关，下列说法正确的是（     ） A．电磁铁的上端为S极 B．若线圈不动，一定是电路中某处出现了断路 C．若只将电磁铁的N、S极对调，则线圈的转动方向与原来的转动方向相反 D．若只将电源的正、负极对调，则线圈的转动方向与原来的转动方向相反 【答案】C 【详解】A．根据安培定则及题图中电流的流向可知，电磁铁的上端为N极，A项错误； B．闭合开关，若线圈不动，可能是电路中某处出现了断路，也可能是线圈处于平衡位置，B项错误； C．通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关，若只将电磁铁的N、S极对调，则线圈的转动方向与原来的转动方向相反，C项正确； D．若只将电源的正、负极对调，根据安培定则可知，此时电磁铁的上端为S极，下端为N极，相当于磁场方向和电流方向同时改变，则线圈的转动方向与原来的转动方向相同，D项错误。 故选C。 15．学校开展了跨学科实践活动：自制一个简易直流电动机。将一段漆包线绕成矩形线圈（尺寸），作为转子，该形状利于线圈在磁场中受力对称；线圈左右两端各留2cm的漆包线作为转轴，左端引线仅刮除半周漆皮，右端全部刮掉。将磁体放在线圈下方，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会转动起来，如图甲所示。 (1)图乙是电动机原理图，电动机是利用了磁场对___________有力的作用的原理制作的。通电后导线ab受到竖直向下的磁场力的作用，此时若改变电流方向，请你在图乙中画出导线ab此时所受磁场力的示意图___________。（点O为重心） (2)如图甲，制作时用小刀刮去线圈右端转轴的全部漆皮，左端转轴的半周漆皮的目的是___________。矩形线圈旋转到图甲所示状态时，电路中___________（选填“有”或“没有”）电流通过。 (3)小明想调节自制简易直流电动机的转速，请你帮他提出一条可行性措施：___________。 (4)制作过程中，发现闭合开关后，用手轻推一下线圈，线圈无法持续转动，原因可能是___________。（写出一条即可） 【答案】(1) 通电导体 (2) 使线圈持续转动 没有 (3)更换磁性更强的磁体 (4)转轴和支架之间的摩擦力较大 【详解】（1）电动机是利用磁场对通电导体有力的作用制成的；电流方向改变，磁场力方向反向，导线 ab 受力变为竖直向上。 （2）起到换向器的作用，使线圈转过半周后自动切断电流，依靠惯性继续转动，持续旋转；图甲中线圈转轴左端接触支架的是保留绝缘漆的半周，绝缘漆隔绝导电，电路断开，因此没有电流通过线圈。 （3）想调节自制简易直流电动机的转速，请你帮他提出一条可行性措施：更换磁性更强的磁体。 （4）发现闭合开关后，用手轻推一下线圈，线圈无法持续转动，原因可能是转轴和支架之间的摩擦力较大（磁体磁性太弱，电源电压过低，线圈电流过小，合理即可） 迁移创新 16．如图甲所示为某物理小组制作出的神奇的转框，将金属线弯成一个线框，与干电池和吸附在干电池上的圆柱形金属磁体分别接触，这样金属框就可以绕电池持续转动，图乙为该实验装置的电路示意图。转框可用的金属材料是______；若想使转框反方向旋转，可采取的措施是______。 【答案】 铜/铝 对调干电池的正负极/对调磁铁的 N、S 极 【详解】[1]这个装置的原理是通电导体在磁场中受力转动，因此金属框需要导电，才能形成闭合回路，让电流通过。同时还要注意：不能用铁、镍等材料，这种材料会被磁铁吸引，而无法转动。所以，制作该金属框可以选择的导电金属有：铜或铝等。 [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。因此，要改变转框的旋转方向，可以采取以下措施：对调干电池的正负极，从而改变电路中的电流方向；或对调磁铁的 N、S 极，从而改变磁场的方向。 17．图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，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”或“逆时针”）转动。 【答案】顺时针 【详解】闭合开关，此时从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动；线圈受力转动的方向与磁场方向和电流方向有关，若将电源的正负极对调，则螺线管中电流方向与原来反向，螺线管的磁极改变，且此时电动机线圈中的电流方向与原来也相反，则线圈受到磁场力的方向不会发生改变，即从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动。 18．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。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $