电动机（ 含答案解析 ） 人教版九年级物理 知识精细梳理与培优拓展提升

电动机【学习目标】1.了解通电导线在磁场中会受到力的作用；2.认识通电导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关；3.了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。【知识导图】【基础知识】知识点一、磁场对通电导线的作用1.实验探究-通电导线在磁场中受到力的作用实验探究如图所示，用两根水平且平行的金属导轨把一根直导线ab支起来，让导线在蹄形磁体的两个磁极之间。现象分析（1）处在磁场中的导线，没有通电时静止，通电后会发生运动，即通电后受到力的作用。（2）①只改变电流方向，导线运动方向改变，即受力方向改变；②只改变磁场方向，导线运动方向改变，即受力方向改变；③改变电流方向的同时将磁场方向反转，导线运动方向不变，即受力方向不变。归纳总结（1）通电导线在磁场中会受到力的作用；（2）力的方向和电流方向、磁场方向有关。注意：实验中，虽然磁场对通电导线有力的作用，但因为有摩擦力的存在导线不一定运动，若通电后导线ab不运动，可更换更轻、更光滑的直导线以减小摩擦或增大电路中的电流（或换用磁性更强的磁铁）以增大导线所受的磁场力。2.磁场对线圈的作用实验演示如图所示，将线圈放在蹄形磁体的两极中间，接通电源后线圈发生转动，并在与纸面垂直的位置附近来回摆动，最后停在与纸面垂直的位置。现象分析（1）当线圈通电时，线圈的ab边和cd边电流方向相反，而磁场方向相同，所以受到方向相反的力的作用，使线圈发生转动。（2）当线圈转过和纸面垂直的位置后，ab边和cd边受到的力的方向不发生变化，阻碍线圈转动，又会使线圈向回转，这样反复作用下，线圈会左右摆动，最终停在与纸面垂直的位置。归纳总结通电线圈在磁场中会受力转过一个角度，但不能持续转动。【典例1】如图所示，放在磁场中的导体棒ab通过水平光滑金属导轨与螺线管、开关和电源构成闭合回路，可自由转动的小磁针静止在图示位置。（1）在图中标出闭合开关瞬间螺线管中电流方向、螺线管左端的极性和小磁针N极的偏转方向______；（2）闭合开关后导体棒将沿______（选填“水平”或“竖直”）方向运动。【答案】如图；水平。【解析】(1)[1]由图可知，电流从螺线管的右侧流入，左侧流出，根据安培定则可知，螺线管的左端为S极，右端为N极；异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，则小磁针顺时针偏转；如图所示：(2)[2]闭合开关后，导体棒中有电流通过，在磁场中将沿水平方向运动。知识点二、电动机的基本构造1.电动机的基本构造电动机由两部分组成，一是能转动的线圈，叫做转子；二是固定不动磁体，叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快的转动。2.电动机的工作原理根据通电线圈在磁场中受力的作用而发生转动的原理制成的。3.实验探究-线圈在磁场中的转动（1）实验过程分析过程分析甲图线圈受到的力使它顺时针转动线圈的ab边受到一个向上的力，cd边中的电流与ab边中的电流方向相反，磁场方向相同，故cd边受到一个向下的力，这两个力不在同一直线上，所以，使线圈沿顺时针方向转动。乙图线圈由于惯性会越过平衡位置与甲图相似，线圈的ab边受到向上的力、cd边受到向下的力，但此时两个力在同一直线上，大小相等、方向相反，彼此平衡，故这一位置称作平衡位置，由于惯性线圈会越过平衡位置，继续转动丙图线圈受到的力阻碍线圈顺时针转动线圈越过平衡位置后，与甲图原理相似，线圈的ab边受到向上的力，cd边受到向下的力，此两个力大小相等、方向相反，不在同一直线上，阻碍线圈顺时针转动（线圈不能连续转动的原因）。归纳总结通电后的线圈会转动，转过平衡位置后，受到的力要阻碍它的转动，故线圈又会减速至零，向反方向转动，这样线圈在平衡位置左右来回摆动，慢慢停下来，最后停在平衡位置。拓展培优：左手定则判断通电导体的受力方向安培定则又叫右手螺旋定则，用来判断通电螺线管的极性，判断通电导体在磁场中受力（磁场力）的方向时可使用左手定则。左手定则：将左手伸平，大拇指和其余四指垂直，让四指指向电流方向，磁感线垂直穿过手心，则拇指的指向就是通电导体受到的磁场力的方向，如图所示。（2）如何使线圈连续转动方法一：当线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，让线圈靠惯性转过后半周。但因为后半周线圈不受力的作用，故这种方法线圈的转动不稳定，动力弱。方法二：在线圈转动的后半周，设法改变电流方向，使线圈在后半周也获得同转动方向相同的动力，这样线圈会平稳、有力地转动下去。实际的电动机就是采用该方法使线圈连续转动的，实现该目的的装置叫换向器。（3）换向器的构造及作用构造如图所示，两个铜半环分别与线圈两端相连，中间断开，彼此绝缘，并通过电刷和电源组成闭合回路。作用当线圈转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，从而使线圈获得同转动方向相同的力，能持续转动下去。4.电动机中的能量转化电动机在使用过程中，主要将电能转化为机械能对外做功，同时因为电流的热效应，电流流经线圈时也会将部分电能转化为内能，即产生电热，所以电动机在正常工作时会发热。只要通风良好，电热一般不会影响电动机的正常运转，但如果散热不及时就会导致温度过高而烧坏电动机，故在使用电动机时要注意散热。5.电动机的优点和热机相比，电动机结构简单、体积小、效率高、制造方便、污染较小，种类繁多，能满足各种不同的需求。6.直流电动机的转向、转速的调节影响电动机线圈转向的因素是电流方向和磁场方向，影响电动机线圈转速的因素是电流大小和磁场的强弱。所以，对直流电动机来说，改变转向只需改变电流方向或磁场方向；改变转速大小，只需改变电流大小和磁场强弱。拓展培优：扬声器时如何发声的扬声器俗称“喇叭”，是十分常见的把电信号转换成声信号的装置，在发声的电子设备中都能见到它。扬声器主要由磁铁、线圈、锥形纸盆等构成。当通入大小和方向不断变化的电流时，线圈会受到大小和方向不断变化的磁场的作用力从而发生振动，并带动相连的纸盆振动发声。【典例2】图示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中，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。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，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180o时，电流沿dcda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。【解析】通电导体在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向有关，其中之一发生改变，则受力方向发生改变。A．根据题意知道，此时dc边受到磁场的作用力向下，由于ab边中电流方向与dc中电流方向相反，而磁场方向相同，所以ab边受到磁场的作用力与dc边受到磁场的作用力相反，即ab边受到磁场的作用力向上，故A错误；B．由图知道，线圈由图示位置转过180o时，电流沿abcd流过线圈，故B错误；C．线圈由图示位置转过180°时，dc边中电流的方向反向，则受力方向改变，即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，ab边中电流的方向反向，则受力方向改变，即ab边受到磁场的作用力向下，故D正确。故选D。【方法帮】题型一：探究磁场对通电导体的作用（1）在该实验中，探究的是磁体对通电导体的力的作用，但并没有直接测量力，而是通过导体受力在导轨上运动来说明通电导体受到了力的作用，通过力的作用效果来显示力的存在。（2）通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向两个因素有关，在探究时，要注意控制变量法的应用。【典例1】在复习“电流的磁场”和“磁场对电流的作用”时，小刚想：“既然通电导体周围存在磁场，磁场又会对通电导体产生力的作用，那么相互靠近的两个通电导体间是否会产生力的作用呢？”（1）于是，他和小强商议通过实验来研究这一问题。他们找到了两根柔软的导线，相距较近地并排固定在接线板上，实验电路如图甲所示．通过实验观察到的现象如图乙所示。该试验表明：两个通电导体之间______。（2）小强认为，如果改变其中一个通电导体的电流方向，则它们之间作用力的方向也会发生改变。小强这样想的理由是：电流产生的磁场方向是由______的方向决定的，当一个通电导体中电流的方向改变时，它产生的磁场方向也会发生改变；而磁场对通电导体的作用力的方向与______的方向和______的方向有关，另一个通电导体中电流的方向不变，但磁场的方向变化了，它受到的磁场力的方向就会改变。（3）如果开始实验时，小刚和小强没有找到柔软的导线，而是用较硬的普通铝芯电线进行实验，你认为会出现怎样的情况？通过这个问题，你得到了怎样的启示？______。【答案】（1）相互吸引；（2）电流；电流；磁场；（3）使导线在排斥力的作用下，变得更硬，并且难以观察到通电导体之相互排斥的现象；多利用规格不同的材料实验，多观察，找出规律。【解析】（1）图乙中两根导线中的电流方向相同，而两根导线向中间靠拢，说明两根导线相互吸引；（2）通电导线周围的磁场与导线上电流的方向有关，两根导线平行时，电流方向有两种情况：同向和反向；所以小刚的判断依据是：电流产生的磁场方向是由电流的方向决定的，当一个通电导体中电流的方向改变时，它产生的磁场方向也会发生改变；而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，另一个通电导体中电流的方向不变，但磁场的方向变化了，它受到的磁场力的方向就会改变。（3）用较硬的普通铝芯电线进行实验，导线在排斥力的作用下，形变太小，难以观察到通电导体之相互排斥的现象，于是不能得到关于磁场对电流产生的磁力作用规律，所以通过这个问题，可以得到的启示是：利用规格不同的材料实验，多观察，找出规律。故答案是：（1）相互吸引；（2）电流；电流；磁场；（3）使导线在排斥力的作用下，变得更硬，并且难以观察到通电导体之相互排斥的现象；多利用规格不同的材料实验，多观察，找出规律。题型二：直流电动机【角度1】电动机工作原理顾名思义就是通电后“能动”的设备，也是将电能转化为机械能的设备，如电流表、扬声器等，都是利用磁场对通电导体有力的作用这一原理来工作的。【典例2】下列与电动机工作原理相同的是（）。A． B．C．D．【答案】D。【解析】A．奥斯特实验说明通电导体周围存在磁场，故A不符合题意；B．电磁继电器利用了电磁铁原理，故B不符合题意；C．电磁感应现象是发电机的原理，故C不符合题意；D．通电导体在磁场中受力运动，是电动机的原理，故D符合题意。【角度2】电动机的转向调节★易错警示若改变电动机（或线圈）的转向，只改变电动机（或线圈）中电流方向或磁场方向即可；若同时改变电流方向或磁场方向，则线圈受力方向不变，即电动机（或线圈）的转向不变。【典例3】如图所示为直流电动机的工作原理图,下列分析正确的是()。A.改变磁场方向可以改变线圈转动的方向；B.电动机通电后不转,一定是电路断路；C.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能；D.线圈连续转动是靠电磁继电器来实现的【答案】A。【解析】线圈转动方向可通过改变电流方向或者磁场方向来改变；通电后电动机不转,还可能是因为线圈恰好位于平衡位置；电动机工作过程中消耗的电能部分转化为机械能,部分因发热转化为内能；连续转动是靠A、B两个电刷改变线圈中电流方向实现的。故选A。【角度3】电动机的转向器的作用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，为使线圈能够持续地转动下去，每当线圈刚转过平衡位置时，换向器就自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈两条边的受力方向，保证线圈能不停地转动下去。【典例3】在直流电动机结构中,换向器的作用是()。A.改变磁感线的方向；B.改变线圈的转动方向；C.改变线圈中的电流方向；D.使线圈中的电流方向和转动方向同时改变【答案】C。【解析】换向器的作用就是自动改变线圈中的电流方向,使线圈能够持续转动。【中考帮】考点一：磁场对通电导线的作用【典例】（2022·无锡）如图所示的实验中，闭合开关，观察到铝棒向左运动，实验现象说明磁场对____________有力的作用，利用这一原理可以制成____________机；断开开关，对调电源正、负两极，重新接入电路，再次闭合开关，观察到铝棒向____________运动。【答案】①通电导体；②电动；③右。【解析】[1]通电导体在磁场中受到力的作用。铝棒在磁场中，闭合开关，铝棒通电，铝棒由静止向左运动，说明磁场对通电导体有力的作用。[2]电动机就是利用了通电导体在磁场中受到力的作用这一原理制成的。[3]对调电源正、负两极，改变了导体中电流的方向，再次闭合开关，铝棒将向与之前相反的方向运动，故铝棒向右运动。该题要求同学们能灵活应用磁场对通电导线作用力的方向和磁场方向、电流方向的关系，进行分析和推理，获得正确结论。这是物理核心素养的科学思维的体现。考点二：电动机工作原理【典例】（2022·江西省）如图所示，是某同学在科技节上展示的作品结构图。该作品的工作原理是通电线圈在______中受力转动，它就是一个自制的______机模型图。【答案】①磁场；②电动。【解析】[1]通电线圈中有电流通过，线圈在磁体的磁场周围，线圈能受力转动，说明磁场对电流有力的作用。[2]该模型是先通电，然后线圈转动起来，将电能转化为机械能，是一个自制的电动机模型。该题要求同学们能将知识和情景相关联，逐渐建立起物理的知识结构，进而提炼和升华，形成解决问题的物理视角。这是物理核心素养的物理观念的体现。【作业帮】一、基础练（知识巩固）1.下列装置，主要部件不是电动机的是（

）。A．电饭锅 B．吸尘器C．洗衣机 D．吸排油烟机【答案】A。【解析】电动机在工作过程中将电能转化为机械能A．电饭锅主要是把电能转化为内能，故A符合题意；BCD．吸尘器、洗衣机、吸排油烟机工作时都是将电能转化为机械能，与电动机原理相同，故BCD不符合题意。2.下列关于能量转化转移现象的说法中，正确的是（）。A．内燃机的压缩冲程，是内能转化为机械能；B．锅盖被白气顶开，是机械能转化为内能；C．用退热贴给发烧的病人降温，让内能发生了转移；D．电动机工作时，机械能转化为电能【答案】C。【解析】A．内燃机的压缩冲程，活塞压缩气体，对气体做功，使气内能增大，温度升高，是机械能转化为内能，故A错误；B．锅盖被白气顶开，锅内气体对锅盖做功，锅内气体内能减小，锅盖获得机械能，是内能转化为机械能，故B错误；C．用退热贴给发烧的病人降温，病人放热，退热贴吸热，是内能的转移，故C正确；D．电动机工作时，消耗电能，获得机械能，电能转化为机械能，故D错误。故选C。3.借助如图所示的实验装置，小明探究“磁场对通电直导线的作用”。闭合开关S0，原本静止的轻质硬直导线AB水平向右运动。要使AB水平向左运动，下列措施中可行的是()。A．将A、B两端对调；B．将滑动变阻器的滑片P向右移动；C．换用磁性更强的蹄形磁体；D．将蹄形磁体的N、S极对调【答案】D。【解析】通电导体在磁场中受到力的作用，受力方向与两个因素有关：一个是磁场方向，另一个是电流方向．如果只改变一个因素，则导体受力方向改变，如果同时改变两个因素，则导体受力方向不变。据此可以判断即可。A．将A、B两端对调，运动方向不变，A错；B．将滑动变阻器的滑片P向右移动，减小电路中的电流，从而减小导线的运动速度，不会改变运动方向，B错；C．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，C错；D．将蹄形磁体的N、S极对调，只改变一个影响因素(磁场方向)，运动方向改变，D正确。4．图所示为一些与电和磁有关的事例，下列认识中正确的是（）。A．图甲中，磁体能够吸引铜、铁、铝等所有金属；B．图乙中，司南的长柄指南是地磁场的作用；C．图丙中，闭合开关导体ab运动时，机械能转化为电能；D．图丁中，电磁铁是利用电磁感应的原理制成的【答案】B。【解析】A．图甲中的物体是磁体，磁体能够吸引铁、钴、镍，不能吸引铜、铝，故A错误；B．司南的长柄指南是指向地理南极，地磁场的地磁北极在地理南极附近，所以司南的长柄指向地磁北极，是地磁场的作用，故B正确；C．闭合开关导体ab运动是通电导线在磁场中受力转动，是电能转化为机械能，故C错误；D．电磁铁是利用通电导体周围有磁场的原理制成的，故D错误。故选B。5.如图所示是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜振动发声，这是由于磁场对______有力的作用，此现象中能量的转化情况是______。【答案】通电导体（电流）；电能转化为机械能。【解析】[1]由于电流周围存在磁场，磁场与磁场间有力的作用，所以通电导体在磁场中会受到力的作用，音圈带动音膜振动发声，这是由于磁场对通电导体有力的作用。[2]耳机工作的过程中，消耗电能，使音膜振动，即将电能转化为机械能。6．图甲为一台简易电动机，它由一节电池，一块吸在电池下方的钕磁铁和铜导线绕成的线框组成；图乙是它的工作原理图。已知磁场对线框左边的作用力垂直纸面向里，则线框右边受到的磁场力垂直纸面______（选填向外或向里），线框在转动过程中，将______能转化为______能。【答案】向外；电；机械。【解析】[1]已知磁场对线框左边的作用力垂直于纸面向里，右边磁场方向与左边相反、电流方向相同，所以线框右边受到的磁场力与左边的磁场力相反，即线框右边受到的磁场力垂直于纸面向外。[2][3]线框在转动过程中消耗电能，得到机械能，所以将电能转化为机械能。7．实验发现，两条平行放置的直导线，当通以相同方向的电流时，通电导线产生的磁场对导线具有向右的作用力；通电导线产生的磁场对导线具有向左的作用力，如图甲所示。如果改变导线中的电流方向，如图乙所示。此时导线受到导线作用力的方向___________（选填“向左”或“向右”）。【答案】向右。【解析】当通以相同方向的电流时，通电导线b产生的磁场对a导线具有向右的作用力；通电导线a产生的磁场对b导线具有向左的作用力；通以相反方向的电流时，b导线电流方向不变，a导线周围的磁场方向改变，此时b导线受到a导线向右的作用力。二、综合练（能力提升）8．关于电磁现象，下列说法错误的是（）。A．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关；B．可以用磁感线来描述磁体周围磁场的强弱和方向；C．磁场对放入其中的小磁针一定有力的作用；D．扬声器将电信号转化为声信号的过程中，将电能转化为机械能【答案】A。【解析】A．电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数等因素有关。故A错误，符合题意；B．为描述磁体周围磁场的强弱和方向，人们假想了一种曲线叫磁感线。故B正确，不符合题意；C．把小磁针放在磁场中，小磁针会发生偏转，说明磁场对放入其中的小磁针一定有力的作用。故C正确，不符合题意；D．扬声器是根据通电导体在磁场中受力而运动的原理制成的，可以将电信号转化为声信号的过程中，将电能转化为机械能。故D正确，不符合题意。故选A。9．如图所示，研究磁场对通电导线作用的实验装置，当闭合开关，电流由a至b通过导线ab时，导线ab向左运动，下列说法正确的是（）。A．只改变电流方向时，导线ab向右运动，机械能转化为电能；B．只改变磁场方向时，导线ab向左运动，电能转化为机械能；C．电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab向左运动，电能转化为机械能；D．电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab向右运动，机械能转化为电能【答案】C。【解析】A．磁场方向不变，只改变电流方向时，导线ab的运动方向改变，则导线ab向右运动，电能转化为机械能，说法错误；B．电流方向不变，只改变磁场方向时，导线ab的运动方向改变，则导线ab向右运动，电能转化为机械能，说法错误；CD．电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab的运动方向不变，即导线ab向左运动，电能转化为机械能，C项说法正确，D项错误。10.在验证磁场会给通电导线作用力的实验中，小东连接了如图所示的实验电路，闭合开关后，发现导体棒ab没有动．经检查，各元件完好，电路连接无故障。（1）请你猜想导体棒不动的原因是__________________________，（2）写出检验你的猜想是否正确的方法：______________________________________________．【答案】导体棒质量太大；换用一根质量小的导体棒，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，若导体棒运动，说明猜想正确。【解析】（1）此为电动机模型，通电导线在磁场中将受力运动，闭合开关后，发现导体棒ab没有动，可能的原因可能是阻力太大，也就是摩擦力太大，即物体的质量太大了.（2）检验方法：换用一根质量小的导体棒，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，若导体棒运动，说明猜想正确。三、培优练（挑战自我）11．小馨同学要研究通电导体在磁场中受力(安培力)的问题：(1)磁体周围存在磁场，磁场的强弱叫磁感应强度，用B来表示。通电导体在磁场中要受到力的作用，将一段长为L、通电电流为I的通电导线垂直放入磁感应强度为B的磁