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第三节科学探究:电动机为什么会转动【新课导思】同学们都玩过电动玩具汽车,你知道电动玩具汽车通电后为什么能转动吗?【目标导学】1.知道磁场对通电导体有力的作用及力的方向跟哪些因素有关。2.认识电动机的构造和转动原理。3.会制作简单的电动机。【自主预习】1.探究电动机的转动原理:(1)探究通电导体受力方向与电流方向的关系。思路:需控制_______________不变,改变__________________。(2)探究通电导体受力方向与磁场方向的关系。思路:需控制_________不变,改变_______________。磁体的磁场方向电路中的电流方向电流方向磁体的磁场方向2.电动机:(1)原理:磁场对通电线圈有___的作用。(2)能量转化:___能转化为_____能。(3)换向器。①构造:两个_________的半环。②作用:当线圈转过_____位置时,自动改变线圈中的_____方向,使线圈在磁场中能够持续转动。力电机械彼此绝缘平衡电流知识点一电动机转动的原理1.认识电动机结构:主要由____________和____________组成。参考答案:能转动的线圈不能转动的磁体2.实验方法:(1)磁力是看不到、摸不着的,所以在实验中利用________法,根据________判断导体的受力情况。(2)通电导体的受力方向可能与多个因素有关,在探究时,需利用______________法。参考答案:(1)转换导体是否运动(2)控制变量3.实验设计:如图所示(1)接通电源,观察金属杆是否运动。(2)保持磁场方向不变,对调电源正、负极,观察金属杆的运动情况。(3)保持电流方向不变,对调磁体N、S极,观察金属杆的运动情况。4.实验记录及分析:序号磁体的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向左分析实验数据,你可得出的实验结论:(1)通电后,金属杆运动,说明了________。(2)与电流方向的关系:________________________。(3)与磁场方向的关系:________________________。提示:(1)通电后,有电流通过,金属杆运动,说明金属杆受到力的作用。(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,通电导体的运动方向改变,故可得出通电导体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,通电导体中的电流方向不变,改变磁体的磁场方向,通电导体的运动方向也改变,故可得出通电导体的受力方向与磁体的磁场方向有关。参考答案:(1)磁场对通电导体具有力的作用(2)磁场方向一定时,电流方向相反,导体受力方向相反(3)电流方向不变时,磁场方向相反,导体受力方向相反5.交流与讨论:(1)为什么金属杆要放到光滑的金属导轨上?(2)怎样改变通电导体在磁场中受到的力的大小?提示:(1)金属杆和金属导轨都是导体,只要金属杆与金属导轨接触就会有电流通过,且金属导轨越光滑,金属杆运动时受到的阻力就越小。(2)通电导体的受力大小与电流的大小和磁场强弱有关。参考答案:(1)使金属杆中有电流通过;减少金属杆运动时受到的阻力。(2)利用滑动变阻器改变电路中电流的大小或改用磁场强弱不同的磁体,都可以改变通电导体在磁场中受到的力。【示范题1】(2016·河池中考)如图所示是探究“磁场对通电导线的作用”的实验装置,当闭合开关S时,导线ab中电流的方向是从________(选填“a到b”或“b到a),导线ab受到磁场力的作用而向左运动,如果只改变电流方向,那么导线ab将向________运动。科学家在该实验基础上发明了电动机,实现了把________能转化为机械能。【精讲精析】据电源的正负极可知,导线ab中电流方向是从a到b;通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向、电流方向有关。导线ab受到磁场力的作用而向左运动,如果只将电流的方向改变,那么导线ab将向右运动;电动机消耗电能,产生机械能,故是将电能转化为机械能的过程。答案:a到b右电【微点拨】通电导体在磁场中受力的方向及大小(1)通电导体在磁场中受到力的作用且受力方向取决于电流方向和磁场方向。①当电流方向或磁场方向与原来相反时,受力方向也与原来相反。②当电流方向和磁场方向同时改变时,受力方向不变。(2)通电导体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。知识点二电动机怎样转动结合图,思考下列问题:1.在图(a)中,AB边和CD边为什么受力方向相反?线圈顺时针转动,还是逆时针转动?参考答案:CD边的电流与AB边的电流方向相反,磁场方向相同,故AB边和CD边受力方向相反,线圈顺时针转动。2.当线圈转至图(b)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(b)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转动,由于惯性线圈会继续转动。3.对比图(c)和图(a),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又如何呢?(d)图又重新回到了平衡状态,综合分析线圈转动一周过程中,线圈中电流方向改变了几次实现了线圈继续重复转动?提示:在图(b)中,线圈由于惯性冲过平衡位置后,图(c)中半环1和电刷4接触,半环2和电刷3接触,线圈中电流方向由半环1流向半环2,于是线圈就继续沿顺时针方向转动。图(d)线圈中电流消失,处于平衡状态,由于惯性,会冲过平衡位置,继而回到图(a)状态,重复旋转。在整个转动过程中,依靠两个半环与电刷配合,每转动半周,线圈中电流方向就改变一次,实现了线圈连续转动;线圈中的电流方向是发生变化的,变得与原来相反,转动半圈电流方向就改变一次,使线圈受力方向变得相反。参考答案:半环1和电刷4接触,半环2和电刷3接触,电流方向变为由半环1流向半环2AB边受向下的力,CD边受的力变为向上,继续顺时针转动两次4.交流与讨论:(1)在电动机中,两个铜制半环的作用是________,该装置叫________。提示:在线圈转动过程中,依靠两个铜制半环与电刷配合,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)电动机工作时,能量是______能转化为______能。参考答案:电机械(3)在实验中,如果电动机不转动,原因可能是什么?参考答案:①接线柱接触不良;②磁铁的磁性不够强;③线圈匝数太少;④电池电压太低。【示范题2】(2016·盐城中考)如图所示,小明用漆包线绕成线圈ABCD,将线圈一端的漆全部刮去,另一端刮去一半,放入磁场,做成电动机模型。连接干电池后()A.线圈持续来回摆动B.线圈沿固定方向持续转动C.AB边中的电流方向交替变化D.CD边始终受到磁场力作用,且是动力【精讲精析】该线圈之所以能转动,是根据通电导线在磁场中受力的作用的原理来工作的,但是该线圈在转过平衡位置时,若不改变电流的方向,此时所受到的磁场力会阻碍线圈的转动,故为了使线圈持续转动,将线圈两端引线的漆一端全部刮掉,另一端只刮半周,这样在一个半周内受到磁场的力的作用,另一个半周利用惯性转动;而真正的直流电动机工作时,为了让线圈持续的转动下去,是通过换向器在平衡位置及时的改变线圈中的电流的方向,即改变线圈所受力的方向,使线圈持续的转动下去。连接干电池后,线圈沿固定方向持续转动,故A错误,B正确;根据前面的分析可知,AB边中电流方向是不变的,故C错误;CD边只有半圈受到磁场力作用,故D错误。故选B。答案:B【微点拨】(1)电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动(通电线圈在磁场中受力转动)。(2)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。(3)电动机的转速与电流的大小和磁场的强弱有关。