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第4节电动机【新课导思】玩具直升机能垂直起降主要依靠螺旋桨的转动,带动螺旋桨转动的电动机的原理是什么呢?【目标导学】1.通过实验,了解通电导线在磁场中会受到力的作用,知道受力方向与电流方向和磁感线方向有关。2.了解直流电动机的构造和工作原理及能量转换。【自主预习】1.磁场对通电导线的作用:(1)作用:通电导线在磁场中受到_________。(2)方向:力的方向跟___________、_____________有关。力的作用电流的方向磁感线的方向2.电动机:(1)构造。①转子:_________的部分。②定子:_________的部分。(2)原理:通电线圈在磁场中_____发生转动。(3)平衡位置:线圈上下两个边受力大小_____、方向_____的位置。能够转动固定不动受力一样相反(4)换向器。①构造:由两个彼此绝缘的_______组成。②作用:当线圈刚转过_________时,就立即改变线圈中___________,使线圈按一定的方向持续转动。铜半环平衡位置电流的方向知识点一磁场对通电导线的作用1.提出问题:通电导线在磁场中是否受力的作用?若受力的作用,所受力的方向可能与哪些因素有关?2.猜想与假设:________________________________。提示:通电导线在磁场中受力的作用;受力的方向可能与电流方向或磁感线方向有关(或其他合理猜想)3.设计与进行实验:(1)如图,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。(2)把电源的正负极对调后接入电路,使通过导线ab的电流方向与原来相反,观察导线ab的运动方向。(3)保持导线ab中的电流方向不变,把蹄形磁体上下磁极调换一下,使磁场方向与原来相反,观察导线ab的运动方向。4.实验现象及数据分析:序号磁体磁场方向电流方向通电导体受力方向1上端N极,下端S极从b到a向右2上端N极,下端S极从a到b向左3上端S极,下端N极从b到a向左分析实验现象及数据,你可得出的实验结论:(1)实验中,通电导线在磁场中能运动起来,这说明_________________________________________________。(2)分析1、2组数据,可得出结论:_______________________________________________________________。(3)分析1、3组数据,可得出结论:_______________________________________________________________。提示:(1)通电导线在磁场中能运动起来,这说明通电导线在磁场中受到力的作用。(2)分析1、2两次实验数据可知,磁体磁场方向不变,改变电流方向,通电导线的运动方向改变,故可得出通电导线的受力方向与电流方向有关。(3)分析1、3两次实验数据可知,通电导线中的电流方向不变,改变磁体的磁场方向,通电导线的运动方向也改变,故可得出通电导线的受力方向与磁体的磁感线方向有关。参考答案:(1)通电导线在磁场中受到力的作用(2)磁感线方向一定时,电流方向相反,导线受力方向相反(3)电流方向一定时,磁感线方向相反,导线受力方向相反5.(1)为什么通电导线要放在光滑的金属导轨上?提示:通电导线和金属导轨都是导体,只要通电导线与金属导轨接触就会有电流通过,且金属导轨越光滑,通电导线运动时受到的阻力就越小。参考答案:使通电导线中有电流通过;减小通电导线运动时受到的阻力。(2)当通电导线与磁感线平行放置时,通电导线是否运动?提示:当通电导线中的电流方向与磁感线方向垂直时,受到磁场力的作用;当通电导线中的电流方向与磁感线方向平行(即电流方向与磁感线方向相同或相反)时,所受磁场力的大小为零,所以通电导线放入磁场中不一定都会受到力的作用。参考答案:不运动(3)当电流方向和磁感线方向同时改变时,通电导线受力方向改变吗?提示:若导线中电流的方向或磁感线方向中有一个改变时,则导线的受力方向也随之改变;若上述两个方向同时改变时,则导线的受力方向不变。参考答案:受力方向不变(4)磁力看不见、摸不着,实验中是如何判断导体受力情况的?这是利用了哪种物理学研究方法?实验中还利用了哪种研究方法?参考答案:导体是否运动和导体的运动方向转换法控制变量法【示范题1】(2017·兰州中考)如图所示的实验装置,在两根水平且平行的金属轨道上放一根轻质导体ab。(1)接通电源,这时会看到导体ab向左运动,这表明_________________________________________________。(2)若只对调磁体的磁极或只改变导体ab中的电流方向,观察到导体ab均向右运动,这表明_______________________________________________________________。(3)如果把磁体的两极对调,同时改变通过导体ab中的电流方向,会看到导体ab的运动方向跟原来____(选填“相同”或“相反”)。【精讲精析】本题考查探究磁场对电流的作用。(1)把一根轻质的导体ab作为直导线放在蹄形磁体的磁场里,接通电源,看到导体ab向左运动,说明磁场对通电导体有力的作用。(2)只将磁体的两极对调,或改变电流方向,接通电源,导体的运动方向会改变,说明力的方向与磁场的方向和电流方向有关。(3)当磁场方向和电流方向都改变时,导体的运动方向与原来相同。答案:(1)磁场对通电导体有力的作用(2)导体受力的方向与磁场的方向和电流方向有关(3)相同【微点拨】(1)磁场对通电导线的作用实质是磁体的磁场对电流磁场的作用。(2)通电导线在磁场中受力的大小与电流大小和磁场强弱有关。电流越大,磁场越强,受到的力越大。(3)通电导线在磁场中受力运动时,消耗了电能,得到了机械能。知识点二电动机按如图连接电路,并思考以下问题:1.如图甲,闭合开关后会发现线圈____(选填“不动”“顺时针转动”或“逆时针转动”),试解释其中的原因。提示:闭合开关后,线圈中有电流通过,由图甲可知,线圈左边受到的力方向向上,右边受到的力方向向下,所以线圈将顺时针转动。参考答案:顺时针转动线圈左边受到的力方向向上,右边受到的力方向向下,故线圈将顺时针转动。2.当线圈转至图乙所示位置时,线圈两边受力大小______、方向_____,该位置叫_____,到此位置时线圈能继续转动吗?为什么?提示:当线圈转至图乙所示位置时,线圈两边受力大小相等、方向相反,此时线圈受力平衡,故该位置叫线圈的平衡位置。由于到该位置时线圈转动速度不为零,所以由于惯性线圈会继续转动。参考答案:相等相反平衡位置能继续转动由于惯性线圈会继续转动3.线圈转至如图丙所示的位置时,还能继续沿顺时针方向转动吗?为什么?提示:使线圈静止在图丙位置上,这是刚才线圈冲过平衡位置以后所到达的地方。闭合开关,线圈逆时针转动,说明线圈在这个位置所受的力阻碍它沿顺时针方向转动,故此时线圈不能再继续沿顺时针方向转动。参考答案:不能线圈在这个位置所受的力阻碍它沿顺时针转动4.如图所示,增加A、B两个电刷和E、F两个铜半环,按图连接电路。对比图丙和图甲,线圈中电流的方向发生了怎样的变化?线圈的受力方向及其转动方向是怎样的?提示:在图丙中,线圈由于惯性冲过平衡位置后,E与A接触,F与B接触,线圈的ab边内电流由a向b,受到的力变为向下,cd边内电流由c向d,受到的力变为向上,于是线圈就继续沿顺时针方向转动。参考答案:E与A接触,F与B接触,线圈的ab边内电流由a向b,受到的力变为向下,cd边内电流由c向d,受到的力变为向上,继续顺时针转动。5.(1)在电动机中,两个铜半环的作用是什么?该装置叫什么?提示:在线圈转动过程中,依靠两个铜半环与电刷配合,每当线圈刚转过平衡位置时,就改变线圈中电流的方向,使线圈受力方向相反,能持续转动下去,这一装置叫换向器。参考答案:当线圈刚转过平衡位置时,就立即改变线圈中电流的方向,使线圈能持续转动下去换向器(2)电动机的原理是什么?参考答案:通电线圈在磁场中受力转动(3)电动机工作时,能量是怎样转化的?参考答案:电能转化为机械能【示范题2】(2016·聊城中考改编)如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是()A.电动机是利用电流的磁效应工作的B.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能C.使线圈连续不停地转动下去是靠电磁继电器来实现的D.仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向【精讲精析】电动机是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理工作的,且所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关,故仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向,故D正确;A错误;电动机工作过程中,消耗的电能大部分转化为机械能,有一部分电能转化成了内能,故B错误;使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的,故C错误。答案:D【微点拨】(1)电动机的转动方向与线圈中电流的方向和磁场的方向有关。若电流方向和磁场方向只有一个改变,则电动机转动方向改变;若两个方向同时改变,则电动机转动方向不变。(2)电动机的转速与电流的大小和磁场的强弱有关。电流越大,磁场越强,电动机的转速越快。【教材图片·考点阐释】命题点电磁感应如图所示的扬声器,它是根据____原理制成的,利用这个原理还制成了____。此装置中发生的能量转化是____能转化为____能。答案:通电导体在磁场中受力的作用电动机电机械命题点电动机如图所示为小明同学探究“让线圈转起来”的实验装置图,线圈能够连续转动的原因是____,要改变线圈转动方向,可采用方法____。答案:通电线圈在磁场中受到力的作用改变电流方向或者改变磁场方向