1.4电动机
【学习目标】
1.知道通电导体在磁场中受到力的作用
2.知道影响通电导体在磁场中受力方向的因素
3.知道通电线圈在磁场中的转动情况
4.了解直流电动机的结构和工作原理,知道换向器的作用
【学习重难点】
直流电动机的工作原理
【学习要点】
1.直流电动机的原理
工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上.
直流电动机工作原理:导体受力的方向用左手定则确定.这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动.如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来.
简单的说,电机里边固定有环状永磁体,电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力,当转子上的线圈与磁场平行时,再继续转受到的磁场方向将改变,因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触,从而线圈上的电流方向也改变,产生的洛伦磁力方向不变,所以电机能保持一个方向转动.
2.直流电动机的构造和工作过程
由直流电动机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子、转子和换向器组成.直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成.运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成.
定子(即主磁极)被固定在风扇支架上,是电机的非旋转部分.
转子中有两组以上的线圈,由漆包线绕制而成,称之为绕组.当绕组中有电流通过时产生磁场,该磁场与定子的磁场产生力的作用.由于定子是固定不动的,因此转子在力的作用下转动.
换向器是直流电动机的一种特殊装置,由许多换向片组成,每两个相邻的换向片中间是绝缘片.在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷,使转动的电枢绕组得以同外电路连接.当转子转过一定角度后,换向器将供电电压接入另一对绕组,并在该绕组中继续产生磁场.可见,由于换向器的存在,使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变,在这个电磁转矩作用下使电枢得以旋转,
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一.直流电动机的原理(共5小题)
1.如图所示为直流电动机的工作原理,以下相关的分析中正确的是( )
A.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能
B.直流电动机中的换向器是由彼此绝缘的两个金属半环制成的,其作用是使线圈转过如图位置时,自动改变线圈中的电流方向
C.直流电动机通直流电,线圈中是交流电;交流电动机通交流电,线圈中是直流电。
D.若将外部线圈的电源换成电流计,则该装置可作为直流发电机
2.如图所示是直流电动机的模式图,直流电动机是根据
的原理制成的,它利用
与电刷的接触方式,解决了线圈连续转动和导线缠绕问题。
3.如图所示为小金同学制作的简易直流电动机模型。他用金属丝做成两个支架,分别与电池的两极相连。用漆包线绕一个矩形线圈,以线圈引线为轴,并用小刀刮去轴的一端全部漆皮,另一端只刮去上半周漆皮。将线圈放在支架上,磁体放在线圈下。接通电源后且用手轻推一下线圈,线圈就会不停地转动起来。
(1)直流电动机的工作原理是
。
(2)将线圈一端的漆全部刮去,另一端刮去一半。这样做的目的是让线圈能
。
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好,闭合开关后线圈不能连续转动,请你分析可能的原因是
。(写出一点即可)
4.如图是小明自制的简易电动机,干电池底部吸有可导电的强磁铁,在干电池的正极D上支有一“门”字形导线框,导线框B侧和套在强磁铁上导电圆环C连接,导线框和圆环C能一起绕干电池持续转动。
(1)要使线圈能转动起来,除导线框与正极D接触良好外,还必须保证圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。这样做的目的是
。
(2)该简易电动机正常转动过程中,主要将电能转化为
能。
5.如图是直流电动机的工作原理图,部件“AB”是
,其作用是当线圈因惯性转过
时,立即改变电流方向,从而改变线圈的受力方向,使线圈在磁场中连续转动。电动机工作时,能把电能转化为
。
二.直流电动机的构造和工作过程(共5小题)
6.如图为直流电动机的基本构造示意图,闭合开关线圈沿顺时针转动,现要线圈沿逆时针转动,下列方法中可行的是( )
A.将电源正负极对调下
B.增加电源电压
C.换用磁性更强的磁铁
D.对换磁极同时改变电流方向
7.在装配直流电动机模型时,通电后直流电动机模型不转,故障分析错误的是( )
A.轴与轴之间的摩擦太大
B.电刷和换向器的接触不良
C.磁体的南北极位置放反了
D.线圈方向与磁场方向垂直
8.在安装直流电动机模型的实验中,接好电路,合上开关后,发现电动机不转,若轻推一下线圈,电动机马上就转起来,刚开始时不转的原因可能是( )
A.磁铁的磁性不强
B.通过线圈的电流太小了
C.电动机线圈平面恰好处在平衡位置
D.电刷与换向器之间的摩擦太大了
9.如图为某同学制作的一种直流电动机模型,他用漆包线绕成一个矩形线圈,将线圈两端的导线拉直作为转动轴,用小刀将一端全部漆皮刮去,另一端只去上半周漆皮将线圈放在支架上,永磁体放在线圈正下方。
(1)如此刮漆,可以使线圈在刚转过平衡位置时
(选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”)。从而使线圈持续转动;
(2)若要改变电动机的转向,可采取的措施是
(填一种方法);
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好,闭合开关后,发现线圈只瓢动了一下,并不转动多次拨动线圈位置,现象都一样,你认为可能的原因是
。
10.如图所示的线圈abcd能绕轴转动的原理是
,若需持续转动,需给线圈安装
。我们如果将线圈看作一个单匝的通电螺线管,就可以将其等效为一个条形磁铁,将其上方看成是N极,下方看成是S极,两极均在磁场的作用下向异名磁极靠近,则
(A/B)是电源的正极。
1.4电动机
参考答案
一.直流电动机的原理(共5小题)
1.如图所示为直流电动机的工作原理,以下相关的分析中正确的是( )
A.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能
B.直流电动机中的换向器是由彼此绝缘的两个金属半环制成的,其作用是使线圈转过如图位置时,自动改变线圈中的电流方向
C.直流电动机通直流电,线圈中是交流电;交流电动机通交流电,线圈中是直流电。
D.若将外部线圈的电源换成电流计,则该装置可作为直流发电机
【解答】解:
A、电动机是利用通电导线在磁场中受力运动的原理工作的,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A错误;
B、平衡位置是指线圈平面和磁感线垂直的平面,据电动机的构造知,电动机的换向器是由两个彼此绝缘的半圆金属环制成的,为了使线圈持续的转动下去,故当直流电动机的线圈刚过平衡位置时换向器能立即改变线圈中的电流方向,从而实现上述目的电动机,故B错误;
C、直流电动机通直流电,线圈中是交流电;交流电动机通交流电,线圈中是交流电,故C错误;
D、把电池换成灵敏电流计,快速转动线圈,则闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动,导体中会产生感应电流,电流计的指针会偏转,这就是直流发电机,故D正确。
故选:D。
2.如图所示是直流电动机的模式图,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,它利用 换向器 与电刷的接触方式,解决了线圈连续转动和导线缠绕问题。
【解答】解:直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动原理制成的,在输入电流时采用换向器来改变线圈中的电流方向,从而使它能连续转动。
故答案为:通电线圈在磁场中受力转动;换向器。
3.如图所示为小金同学制作的简易直流电动机模型。他用金属丝做成两个支架,分别与电池的两极相连。用漆包线绕一个矩形线圈,以线圈引线为轴,并用小刀刮去轴的一端全部漆皮,另一端只刮去上半周漆皮。将线圈放在支架上,磁体放在线圈下。接通电源后且用手轻推一下线圈,线圈就会不停地转动起来。
(1)直流电动机的工作原理是 通电线圈在磁场中受力而转动 。
(2)将线圈一端的漆全部刮去,另一端刮去一半。这样做的目的是让线圈能 持续转动 。
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好,闭合开关后线圈不能连续转动,请你分析可能的原因是 磁场太弱 。(写出一点即可)
【解答】解:(1)直流电动机的工作原理是:通电线圈在磁场中受力而转动;
(2)在实验中,用小刀刮去轴的一端全部漆皮,另一端刮去半周漆皮是为了使线圈的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,使线圈能持续转动;
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好,闭合开关后,线圈不能连续转动,可排除无电流的情况,可能是磁场太弱或开始线圈处在平衡位置。
故答案为:(1)通电线圈在磁场中受力而转动;(2)持续转动;(3)磁场太弱。
4.如图是小明自制的简易电动机,干电池底部吸有可导电的强磁铁,在干电池的正极D上支有一“门”字形导线框,导线框B侧和套在强磁铁上导电圆环C连接,导线框和圆环C能一起绕干电池持续转动。
(1)要使线圈能转动起来,除导线框与正极D接触良好外,还必须保证圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。这样做的目的是 使干电池的正极D、导线框B侧以及套在强磁铁上导电圆环C成为闭合电路 。
(2)该简易电动机正常转动过程中,主要将电能转化为 机械 能。
【解答】解:(1)干电池底部吸有强磁铁,周围存在磁场,导线框B上端与正极D相连,下端与套在强磁铁上导电圆环C连接,使得右端成为闭合电路,则线框B侧有电流通过(即线框B侧是通电导体),所以线框B侧受到磁场对电流的作用力而运动;
(2)自制的简易电动机是根据通电导体在磁场中受力而转动的原理制成的,工作时将电能转化为机械能。
故答案为:(1)使干电池的正极D、导线框B侧以及套在强磁铁上导电圆环C成为闭合电路;
(2)机械。
5.如图是直流电动机的工作原理图,部件“AB”是 换向器 ,其作用是当线圈因惯性转过 平衡位置 时,立即改变电流方向,从而改变线圈的受力方向,使线圈在磁场中连续转动。电动机工作时,能把电能转化为 机械能 。
【解答】解:如图所示:AB是换向器,它的作用是当线圈刚转过平衡位置时,改变电流的方向,从而改变线圈的受力方向,保证了线圈持续的转动下去;
电动机在工作时就是把电能转化为机械能。
故答案为:换向器;平衡位置;机械能。
二.直流电动机的构造和工作过程(共5小题)
6.如图为直流电动机的基本构造示意图,闭合开关线圈沿顺时针转动,现要线圈沿逆时针转动,下列方法中可行的是( )
A.将电源正负极对调下
B.增加电源电压
C.换用磁性更强的磁铁
D.对换磁极同时改变电流方向
【解答】解:
A、闭合开关线圈沿顺时针转动,现要线圈沿逆时针转动,就要改变线圈的受力方向,即改变电流方向或改变磁场方向。将电源正负极对调,就可以改变电流方向,故A符合题意;
B、增加电源电压,只能增大电流改变线圈的转速,而不能改变转动方向,故B不合题意;
C、换用磁性更强的磁铁,只能改变线圈的转速,而不能改变线圈的转动方向,故C不合题意;
D、对调磁极同时改变电流方向,那么线圈的受力方向与原来相同,故D不合题意。
故选:A。
7.在装配直流电动机模型时,通电后直流电动机模型不转,故障分析错误的是( )
A.轴与轴之间的摩擦太大
B.电刷和换向器的接触不良
C.磁体的南北极位置放反了
D.线圈方向与磁场方向垂直
【解答】解:
ABC、轴与轴之间的摩擦太大、电刷和换向器的接触不良都会导致电动机模型通电后不能转动,但是磁体的南北极位置放反了,电动机仍然可以转动,只不过转动方向不同,故AB正确,C错误;
D、当线圈方向与磁场方向垂直时,线圈正好处于平衡状态,线圈两端正好受力平衡,无法转动,故D正确。
故选:C。
8.在安装直流电动机模型的实验中,接好电路,合上开关后,发现电动机不转,若轻推一下线圈,电动机马上就转起来,刚开始时不转的原因可能是( )
A.磁铁的磁性不强
B.通过线圈的电流太小了
C.电动机线圈平面恰好处在平衡位置
D.电刷与换向器之间的摩擦太大了
【解答】解:A、若是磁铁的磁性不强,即线圈所受的磁场力小于摩擦力,即使我们轻推一下,电动机也不会转动,故该选项不符合题意;
B、若是线圈中的电流太小,同样线圈所受的磁场力小于摩擦力时,即使我们轻推一下,电动机也不会转动,故该选项也不符合题意;
C、平衡位置是电动机的转子和定子形成了开路,导体中没有电流通过,磁场对其没有作用力,电动机不会转动,故该选项正确;
D、若是电刷与换向器之间的摩擦太大,即磁场力不能克服摩擦力,即使我们轻推一下,电动机也不会转动,故该选项也是错误的。
故选:C。
9.如图为某同学制作的一种直流电动机模型,他用漆包线绕成一个矩形线圈,将线圈两端的导线拉直作为转动轴,用小刀将一端全部漆皮刮去,另一端只去上半周漆皮将线圈放在支架上,永磁体放在线圈正下方。
(1)如此刮漆,可以使线圈在刚转过平衡位置时 切断线圈中的电流 (选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”)。从而使线圈持续转动;
(2)若要改变电动机的转向,可采取的措施是 改变电流方向(或改变磁场方向) (填一种方法);
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好,闭合开关后,发现线圈只瓢动了一下,并不转动多次拨动线圈位置,现象都一样,你认为可能的原因是 磁场太弱,这时可进行的有效尝试是换用较强的磁场 。
【解答】解:(1)将线圈两端的导线拉直作为转动轴,用小刀将一端全部漆皮刮去,另一端只去上半周漆皮将线圈放在支架上,作用是当线圈刚转过平衡位置时,切断线圈中的电流,线圈由于惯性转过另半圈,保证了线圈持续的转动下去;
(2)要改变电动机的转动方向,就要改变线圈的受力方向,而线圈的受力方向由磁场方向和电流方向来决定,因此可改变磁场方向或电流方向来改变线圈的转动方向;
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好,闭合开关后,线圈不能连续转动,可排除无电流的情况,可能是电流太弱、磁场太弱或开始线圈处在平衡位置等,可进行有针对性的偿试,包括换新电池使电流增大,换较强的磁场,用手推一下线圈使其转过平衡位置等。
故答案为:(1)切断线圈中的电流;(2)改变电流方向(或改变磁场方向);(3)磁场太弱,这时可进行的有效尝试是换用较强的磁场。
10.如图所示的线圈abcd能绕轴转动的原理是 磁场对通电导体有力的作用 ,若需持续转动,需给线圈安装 换向器 。我们如果将线圈看作一个单匝的通电螺线管,就可以将其等效为一个条形磁铁,将其上方看成是N极,下方看成是S极,两极均在磁场的作用下向异名磁极靠近,则 B (A/B)是电源的正极。
【解答】解:(1)读图可知,给线圈abcd通电,能绕轴转动,其原理是磁场对电流(通电导体)有力的作用。据此人们制成了电动机;
为使电动机的线圈连续转动,需安装换向器,即当线圈转过平衡位置时,及时改变电流的方向,从而改变线圈两侧受力的方向;
(2)由安培定则可知,用右手握住螺线管,使大拇指指向上方的N极,而四指环绕的方向为电流的方向,即线圈中电流是逆时针的,则图中的B端为电源的正极。
故答案为:磁场对通电导体有力的作用;
换向器;
B。
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