第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机-人教版九年级物理重难点训练

第5节跨学科实践：制作简易直流电动机

＞题型归纳

一.直流电动机的基本构造及工作示意图（共8小题）

二.换向器的构造及作用（共8小题）

三.直流电动机的转向与转速调节（共8小题）

四.电动机工作时的能量转化（共7小题）

五.生活中的电动机（共4小题）

六,跨学科实践：制作简易直流电动机（共5小题）

A题型速练

一.直流电动机的基本构造及工作示意图（共8小题）

1.如图所示是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，将线圈左端的漆只刮掉半周，右端全部刮掉;

在线圈的下方放置一块磁体，将线圈接入电路闭合开关后转动，下列说法中正确的是（）

A.该装置是利用电磁感应原理工作的

B.线圈在转动时，始终受到磁场作用力

C.仅调换电源的正负极，不能改变线圈的转动方向

C.若将线圈左端的漆也全部刮掉，闭合开关后线圈不能持续转动

【答案】D

【详解】A.电动机的原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，故A错误；

B.由于线圈中有一端的漆只刮掉半周，会出现电路中无电流状态，当线圈转到该位置处，由于线圈中无电

流，所以不会受到磁场力的作用，故B错误；

C.线圈转动的方向与电流的方向有关，仅调换电源的正负极，电流的方向发生改变，改变线圈的转动方向，

故C错误；

C.将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周的作用是当线圈刚转过平衡位置对，切断电流，

通过线圈的惯性转动半周，从而保证了线圈持续的转动下去，由此可知该过程中通过线圈的电流方向不会改

变，若将线圈左端的漆也全部刮擦，闭合开关后线圈不能持续转动，故D正确。

故选Do

2.如图所示，小翔同学做了一个小直流电动机模型。同学们围着观看线圈的持续转动，一起分享着他的成果。

下列关于此直流电动机模型的说法，你认为正确的是（）

线圈

A.此电动机模型是根据电磁感应的原理制成的

B.转动过程中，CO边始终受到磁场力

C.绕制线圈时，如果没有漆包线，可以用普通的铜导线代替

C.线圈两端（作为转轴）的漆皮一端全部刮去，另一端刮去半周，这样可持续转动

【答案】D

【详解】A.电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，故A错误：

BD.为了使线圈能持续转动，采取的办法是将线圈两端引线的漆皮一端全部刮去，另一端只刮半周，这样

就可以让线圈转动时，有半周通电受力而转动，另外半周不通电依靠惯性继续转动，从而实现连续转动，故

B错误，D正确：

C.绕制线圈时，如果用普通的铜导线代替，会造成电源短路，不能正常工作，故C错误。

故选D。

3.如图所示是直流电动机的模型，讯合开关后线圈顺时针转动，下列说法正确的是（）

A.电动机在工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能

B.线圈由图示位置转动180。时，边受力方向不改变

C.换用磁性更强的磁铁，可加快线圈转动速度

C.对调磁极同时改变电流方向，可加快线圈转动速度

【答案】C

【详解】A.电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能，是电流做功的过程,

故A错误。

B.线圈由图示位置转动180。时，ab边的电流方向改变，故受力方向改变，故B错误.

CD.通电线圈受力与电流大小和磁场强度有关，用磁性更强的磁铁，作用力更大，可加快线圈转动速度，

对调磁极同时改变电流方向，受力大小不变，方向不变，转速不变，故C正确，D错误。

故选Co

4.如图1为一玩具直流电动机，它在工作时把电能转化为能；同时改变直流电动机的磁场和电流方向，它

的转动方向（选填〃改变”或"不改变”）；小明回家做了一个电动机模型如图2,他将线圈两端引线的漆

反,一端全部刮掉，要使线圈能连续转动，则另一端的漆皮应刮（“半周"或"全部

【答案】机械不改变半周

【详解】⑴直流电动机工作时，消耗电能，获得机械能，所以把电能转化为机械能。

[2]直流电动机的转动方向与磁场方向和电流方向有关，当同时改变直流电动机的磁场和电流方向时，它的

转动方向不改变。

[3]将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端刮半周，这洋在一个半周内受到磁场的力的作用而转动，

另•个半周没有电流通过，利用惯性转动，从而能使线圈连续转动。如果两端都全部刮掉，线圈转过半周后

受力方向改变，会阻碍转动，不能连续转动。

5.用如图所示的装置“探究磁场对通电直导线的作用〃，给铝棒AB通电，观察到AB向右运动。要使AB通电后

向左运动，可进行的操作是，此实验过程中，是将电能转化为o

【答案】将磁体N、S极对调（或将电源正负极对调）机械能

【详解】⑴⑵用如图所示的装置“探究磁场对通电直导线的作用"，给铝棒48通电，观察到A8向右运动。

要使A8通电后向左运动，可将蹄形磁体的N、5极对调（或将电源正负极对•调），只改变一个影响因素（磁

场方向），铝棒八8受力运动方向改变，此实验过程中，是将电能转化为机械能。

6.如图所示，某综合实践小组用一段漆包线绕成线圈。儿也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。将线圈岫cd放在用硬金属丝做成的支架用、〃上，并按图示连接电路，则电磁铁的上

端是极。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动，若只将电源的正负极互换，则线圈转动方

向会与原来的转动方（填"相同〃或"相反”）。

【答案】N相同

【详解】⑴由图可知，电磁铁螺线管上导线的电流向右，根据安培定律则电磁铁的上端为N极。

[2]若只将电源的正负极互换，线圈受力的方向发生改变，因为线圈转动方向会与原来的转动方相同。

7.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女mx2cm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，一端全部刮掠，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。

甲乙

⑴电动机工作原理是：通电线圈在中受力转动；

⑵只将磁铁的N、S极对调，线圈转动方向与原来（选填"相同〃或“相反”

⑶线圈在转动过程中能转化为能。

【答案】（1）磁场（2）相反⑶电机械

【详解】（1）电动机的原理是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，工作过程中将电能转化为机械

能。

（2）通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向均有关，电流方向和磁场方向某一个改变，通电

导体在磁场中的受力方向就会发生改变。所以只将磁铁的N、S极对调，线圈转动方向与原来相反。

（3）⑴⑵电动机工作过程中，消耗电能，产生机械能，所以线圈在转动过程中将电能转化为机械能.

8.同学们在制作电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3cmx2cm的矩形线圈，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；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，线圈下放一块强磁体，如图所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不

停地转下去。

（1）在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，刮线的要求是（选填"A〃或"B"）。

A.两端全部刮掉B.一端全部刮掉，另一端只刮半周

（2）线圈能转动的原因是,在此过程中将能主要转化为能。

（3）小华组装好实验装置，接通电源后，发现线圈不能转动，写出两条可能造成该现象的原因：

©____________

②。

【答案】B磁场对通电导体有力的作用电机械线圈恰好处于平衡位置磁场

太弱

【详解】（1）[1]在实验中影响线圈的转向的因素有电流的方向和磁场的方向，为了使线圈能持续转动，采

取将线圈一头的绝缘漆刮去，另一头刮去一半的办法，这样前半圈通电受力，后半圈断电，线圈由于惯性继

续转动，再转到前半圈又通电受力，磁场方向和通电方向相同，线圈转动方向相同，使线圈持续转动。

故选Bo

（2）[2]⑶⑷通电线圈在磁场中能转动是因为磁场对通电导体有力的作用，此过程中消耗了电能，获得了机

械能，故能量转化是电能转化为机械能。

（3）⑸⑹接通电源后，发现线圈不能转动，可能是电源电区较低、磁场太弱导致线圈受力太小而不能转

动，也可能是开始线圈处在平衡位置，通电后线圈受磁场力平衡，线圈保持静止状态，出现这种现象可先将

线圈轻轻拨动一下，若线圈转动则是处于平衡位置，若线圈还不能转动，则考虑是电源电压低，通过线圈电

流太小导致线圈受力小转动不了，或是磁场太弱使线圈受力小不能转动。

二.换向器的构造及作用（共8小题）

9.如图所示为直流电动机的工作原理图，线圈Hcd处于向右的磁场中，此时线圈平面与磁感线平行，。〃边受

到的作用力向上。两个铜半环跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘：两个电刷

分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，下列说法正确的是（）

A.线圈在图示位置时，〃边受到磁场的作用力向上

B.线图由图示位置沿箭头方向顺时针转过90。时，电流沿Med流过线圈

C.线图由图示位置沿箭头方向顺时针转过180。时，de，边受到磁场的作用力向下

C.线图由图示位置沿箭头方向顺时针转过180。时，他边受到磁场的作用力向下

【答案】D

【详解】A.线圈在图示位置时，〃边和时边中电流方向相反，磁场方向相同，则受力方向相反，〃边受

到磁场的作用力向下，故A错误；

B.线圈由图示位置沿箭头方向顺时针转过90。时，电刷对准两个半环中间断开的部分，此刻没有电流流经

线圈，故B错误；

C.线图由图示位置沿筋头方向顺时针转过180。时，市•边电流方向改变，受到磁场的作用力向匕故C错误；

C.线图由图示位置沿箭头方向顺时针转过180。时，帅边电流方向改变，受到磁场的作用力向下，故D正确。

故选Do

10.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

【详解】根据物理常识可知，在直流电动机中，换向器的作用就是在线圈转动时，可以自动改变线圈中的电

流方向，从而使线圈能够持续转动，故ABD不符合题意，C符合题意。

故选C。

11.直流电动机工作时，换向器自均改变线圈中电流方向的位置是（）

A.线圈刚越过平衡位置B.线圈转到任意位置

C.线圈平面与磁感线平行D.线圈平面与磁感线成45。角

【答案】A

【详解】当线圈平面转动到与磁感线垂直的位置时，线圈的两个边受到两个大小相等、方向相反且作用在同

一条直线上的力，线圈在平衡力的作用下在平衡位置附近左右摆动，即该位置就是平衡位置。为了让电动机

能够持续转动，在制作电动机时增加了换向器，线圈在平衡位置依靠惯性自动转动，当线圈刚好转过平衡位

置时换向器就自动改变线圈中的电流的方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。故

A符合题意,BCD不符合题意。

故选A。

12.换向器

（1）组成：两个铜质半圆环。如图所示，C和D构成换向器，它们中间断开，彼此绝缘，且跟电刷A和B

接触，与电源组成闭合回路。

（2）作用：当通电线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的方向，使线圈持续转动下去。

【答案】电流

【详解】在直流电动机中，换向器的作用是当通电线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向,

从而改变线圈的受力方向，使线圈持续转动下去。

13.小华用漆包线等器材自制一电动机模型，线圈两端的导体，一端的油漆全部刮掉，另一端刮半圈（如图所示），

这样的制作相当于给电动机安装了一，然后将电动机接在电玉为3V的电源两端，通电时线圈中的电流为

2A,闭合开关10s,根据以上数据，小华利用公式计算出这段时间电动机消耗的电能为60J,这个计算结果

存在错误，原因是一（填物理量）的数值与实际情况不符。

【答案】换向器时间

【详解】口）采用刮漆和使用换向器的目的是相同的，都是为了使线圈能够持续的转动下去，所以这样的制

作相当于给电动机安装了换向器，在一个半周内受到磁场力的作用，另一个半周利用惯性转动。

[2]由于另一个半周利用惯性转动，则电流并不是在整个周期内都存在，即实际通电的时间只有一半，所以

这个计算结果存在错误，原因是时间的数值与实际情况不符。

14.如图装置是电动机的工作模型，在工作过程中，起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过___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连续转动。

【答案】换向器平衡电流方向

【详解】为了让电动机能够持续转动，在制作电动机时增加了换向器，当线圈刚好转过平衡位置时

就自动改变线圈中的电流的方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。

15.在研究“磁场对通电导体的作用〃实验中。

（1）利用如图所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在心〃之间接入，根据该原理可制

成;

（2）①在乙图中，通电后cd段导线受磁场力B的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力尸2的方

向是，B与B（选填“是〃或"不是"）一对平衡力；

②要使图乙中的线圈持续转动，应在其外部加装,自动改变线圈中电流方向。

【答案】电源电动机竖直向上不是换向器

【详解】（1）[1]⑵利用如图所示的装置研究“磁场对电流的作用〃时，即必须有电源，所以在〃、〃间应接电

源；利用该原理制成了电动机。

（2）①⑶⑷在乙图中，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时，ab段导线通过的电流方向与

cd段相反，故ab段导线所受磁场力的方向是竖直向上；这两个力不作用在一条直线上，故这两个力不是一

对平衡力。

②⑸要使图乙中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，它

能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。

16.利用图甲所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用，

甲乙丙

（1）应在“、N之间接入（选填“小量程电流表〃、“电源"或"灯泡"），装置中的导体棒应选用轻质的.

（选填“铁棒"或"铝棒"）;

（2）如图乙中，磁体间磁场的滋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恒

定不变的。通电后若〃段导线受磁场力的方向为竖直向下，则/段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这

两个力（选填“是"或"不是"）一对平衡力；

（3）小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆全部刮去后，用导电支架托住，放入磁场中。闭合开

关，发现线圈不能持续转动，只能在平衡位置附近摆动。为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是下

列哪两种O

A.两侧全刮B,一侧全刮，另〜侧刮半周C.两侧均刮上半周D.〜侧刮上半周，一测刮下半周

【答案】电源铝棒不是BC

【详解】（1）⑴⑵探究磁场对通电直导线的作用，要给导体人通电，所以应在例、N之间接入电源；因

为磁铁能够吸引铁棒，磁场会对通电直导线的作用产生影响，所以不能用铁棒进行实验，而应选择轻质的铝

棒。

（2）⑶由图乙可知，4段导线受磁场力的方向为竖直向下，，必段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这

两个力不在同一条直线上，所以不是一对平衡力。

（3）［4］为了使线圈能持续转动，需要在线圈转过平衡位置时改变线圈中的电流方向，可以将一端的漆全部

刮掉，另一端刮半周；或者两侧都只刮上半周，这样线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，由于惯性会继

续转动，相当于电动机中的换向器，故BC符合题意，AD不符合题意。

故选BCo

17.同学们在制作电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3cmx2m的矩形线圈，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•块强磁铁，如图所示，给线圈通电并用手轻推•下，线圈就会不停

地转下去。

（1）在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，刮线的要求是（填选项"A〃或"B〃）；

A.两端全刮掉

B.一端全部刮掉，另一端只刮半周

（2）可以通过改变方向，改变线圈的转动方向；（填一种方法）

（3）线圈在转动过程中能转化为能v

【答案】B电流/磁场电机械

【详解】（1〉［1］在实验中影响线圈的转动方向的因素有电流的方向和磁场的方向，则为了使线圈能持续转

动，采取将线圈一头的绝缘漆刮去，另一头刮去一半的办法，这样线圈在一个半周内由于受到磁场力的作用

而转动，另一个半周由于惯性而继续转动，故选B。

（2）⑵影响线圈的转动方向是电流的方向和磁场的方向。故要使线圈转动方向发生改变，只要改变其中一

个因素即可，即只改变电流方向或磁场方向。

（3）⑶⑷根据电动机的工作原理知，能转动的原因是通电线圜在磁场中受磁力的作用而转动，线圈在转动

过程中消耗电能转化为机械能。

三.直流电动机的转向与转速调节（共8小题）

18.如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动，下列分析正确的是（）

b

A.该装置工作原理是电磁感应原理

B.图中线圈正好处于平衡位置

C.该装置工作时，将电能全部转化为机械能

C.若改变电源方向，线圈将逆时针转动

【答案】D

【详解】A.电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，不是电磁感应，故A错误；

B.图中线圈与磁感线的方向平行，没有处于平衡位置，故B错误；

C.电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，但也有少部分转化为内能，故C错误；

C.若改变电源方向，也就是改变了线圈中的电流方向，线圈受力方向改变将逆时针转动，故D正确。

故选Do

19.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、负极不能改变线圈的转动方向D.电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻无关

【答案】A

【详解】A.电动机主要由磁体和线圈组成。在常见的电动机结构中，磁体提供磁场，线圈在磁场中受力而

转动，这是电动机的基本组成部分，故A正确；

B.电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，其能量转化是将电能转化为机械能（动能），而不是把

动能转化为电能，故B错误；

C.电动机线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，对调电源正、负极会改变电流方向，从而可以改变

线圈的转动方向，故C错误；

C.根据焦耳定律。=/放可知，电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻有关，故D错误。

故选Ao

20.小明家安装了智能调光设备，当外界光照较强时，启动电动卷帘减小进光量：当外界光照较弱时，自动打开

节能灯进行补光。电路原理如图所示，凡为定值电阻，R为光敏电阻，线圈电阻不计，下丸说法正确的是

衔铁

T

K

K

卜

卷帘

电动

^

现象

感应

电磁

理是

作原

P的工

装置

中的

理图

A.原

变大

大而

的变

强度

光照

值随

的阻

阻R

敏电

B.光

为S极

的下端

磁铁

，电

闭合时

路开关

控制电

C.当

能

机械

化为

能转

将电

作时

帘工

动卷

0.电

】D

【答案

误；

故A错

效应，

流的磁

理是电

工作原

置P的

的装

图中

.原理

】A

【详解

外

则当

光，

行补

灯进

节能

动打开

时，自

照较弱

外界光

量；当

小进光

卷帘减

动电动

时