双减作业本20.4 电动机（有解析）

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20.4 电动机
知识梳理
1、磁场对通电导线的作用：
(1)演示实验：把一段导线放在磁场里，接通电源，让电流通过导线，观察它的情况。
实验表明： 。
(2)演示实验：只改变刚才的实验中的电流的方向，再做一次实验，观察导线的运动方向。
实验表明： 。
(3)演示实验：保持刚才的实验中的电流的方向不变，但把蹄形磁体两极调换一下，使磁场方向与原来相反，观察导线的运动方向。
实验表明： 。
(4)总结得出：通电导线在磁场中要 ，受力的方向跟 、 有关。当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也 。该现象中把 能转化成
了 能。
(5)那么，通有电流的线圈放在磁场中，它会怎样运动？
实验表明： 。利用这个原理我们制作出了 。
2、电动机的基本构造：
（1）了解线圈为什么不能持续转动？（阅读135页演示）
①如图甲：闭合开关，线框的ab边受力向______，cd边受力方向向_____，所以线框会沿____时针方向转动。
②如图乙：当线框运动到乙位置时，由于线圈上下两个边受力大小______，方向却______，此时线圈受到的力不能使线圈继续转动，这个位置是线圈的______________，在该位置，线圈平面与磁感线方向是________的（选填“垂直、平行”）。线圈到达平衡位置以后，不会马上停止，由于_______会越过平衡位置。
③如图丙：当线圈越过平衡位置以后，线圈受到的力使它____时针转动。受到的力要_______线圈的转动，所以线圈______连续转动。
（2）如何实现线圈连续转动？
①实际的直流电动机是通过＿＿＿＿来实现连续转动的；
②换向器作用：每当线圈转过＿＿＿＿时，自动改变通入线圈中的＿＿＿＿，使线圈连续转动。
（3）电动机就是由能转动 的和不动 组成。
（4）电动机是把 能转化成 能的机器。
思考讨论
1、想一想：如果电流和磁感线的方向都变得相反时，通电导线受力方向会怎样？
2、某电动机模型通电后不能转动，经检查，线圈此时并未处在平衡位置，则发生故障的原因可能是什么？
难点剖析：
1、关于如图所示的实验装置图，下列说法正确的是（　　）
A．该装置探究的是发电机的原理
B．该装置能将机械能转化为电能
C．只改变电流方向时，通电导体的受力方向不变
D．同时改变电流和磁场方向时，通电导体的受力方向不变
【解析】
AB、该装置中有电源提供电能，这是研究通电导体在磁场中受力的装置，是电动机的工作原理，此过程中，电能转化为机械能，故AB错误；
CD、磁场对通电导体的作用力的方向与电流方向、磁场方向的有关，只改变电流方向或只改变磁场都可以改变通电导体的受力方向；同时改变电流和磁场方向时，通电导体的受力方向不变，故C错误，D正确。
故选：D。
2、通电线圈abcd分别在不同的磁场中转动，如图甲、乙所示，已知图甲中导线ab所受磁场力的方向竖直向上，则（　　）
A．图甲中cd边所受磁场力的方向是竖直向上
B．图甲中cd边所受磁场力的方向是竖直向下，是因为图甲中cd边所处磁场的方向与ab边的相反
C．图乙中cd边所受磁场力的方向是竖直向下
D．图乙中ab边所受磁场力的方向是竖直向下
【解析】
AB、已知图甲中导线ab所受磁场力的方向竖直向上，cd中的电流方向与ab中的电流方向相反，ab和cd在同一磁场中，磁场方向相同，所以cd边所受磁场力的方向是竖直向下的，故AB错误；
CD、图乙中线圈转动到该位置时，换向器会改变线圈中的电流，使得通过ab和cd的电流方向均与原来相反，且图乙和图甲相比，磁场方向相反；因电流方向和磁场方向都与原来相反，所以两导线所受磁场力方向均与原来相同，即ab边所受磁场力的方向竖直向上的，cd边所受磁场力的方向是竖直向下的，故D错误，C正确。
故选：C。
3、关于电动机的说法中不正确的是（　　）
A．电动机是利用磁场对电流的作用的现象制成的
B．电动机工作时，电能转化为机械能
C．直流电动机的换向器的作用就是改变磁场方向
D．直流电动机用一段时间后会发热，说明电能也有一部分转化为内能
【解析】
A、电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用而转动，所以电动机是利用磁场对电流的作用的现象制成的，故A正确；
B、工作时将电能转化为机械能，故B正确；
C、换向器的作用是改变线圈中电流的方向，故C不正确；
D、通电导体产生热量的原因是电能转化为内能，故D正确；
故选：C。
对应训练：
1、如图所示，闭合开关S时，观察到铜棒AB向左运动。为使开关S闭合后AB棒向右运动，下列操作可行的是（　　）
A．换用同样粗细的铁棒
B．对调电源的正负极
C．向左移动滑动变阻器的滑片
D．换一个磁性更强的磁体
2、甲、乙两图中的矩形线圈摆放情况如图所示，甲图中线圈与磁场平行，乙图中线圈与磁场垂直，现在给它们通以相同的电流，甲图中导线ab的受力情况如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．甲图中导线ab和cd受力方向相反，线圈能转动
B．乙图中导线ab和cd受力方向相反，线圈能转动
C．甲图中导线ab和cd受力方向相同，线圈能转动
D．甲乙图中导线ab受到的力的方向不同
3、下列关于电动机的说法中正确的是（　　）
A．电动机在工作时只将电能转化为机械能
B．电动机与其他机械相比具有结构简单、体积小、效率高、便于控制等优点
C．家用洗衣机中使用的是直流电动机
D．电动机一般由转子和定子两部分组成
练习题：
一、选择题（共4题）
1. 关于如图所示的实验装置，下列说法正确的是
A．可以研究发电机的工作原理
B．可以研究感应电流的方向与磁场方向的关系
C．可以研究磁场对通电导体的作用力方向与磁场方向的关系
D．该装置实验过程中使机械能转化为电能
2. 图为研究磁场对通电导线作用的实验装置，当接通电源有电流由 至 通确过导线 时，它将受到磁场力作用而向左运动，则
A．当磁场方向相反时， 将向右运动，电能转化为机械能
B．当电流方向相反时， 将向右运动，机械能将转为电能
C．当电流和磁场方向同时改变时， 将向右运动，电能转化为机械能
D．当电流和磁场方向同时改变时， 将向左运动，机械能转化为电能
3. 在安装直流电动机模型的实验中，小杰同学按照科学教材的要求安装了一台如右图所示的直流电动机模型。安装完毕，闭合开关后，线圈顺时针方向转动，则能使线圈逆时针方向转动的做法是 　　
A．减小一节电池 B．把电源和磁铁的两极同时对调
C．增加一节电池 D．把电源两极对调
4. 如图所示，闭合开关，铜棒向右运动，为使开关闭合后铜棒向左运动，下列操作可行的是
A．换用更细的铜棒
B．将电源的正、负极对调
C．向左移动滑动变阻器的滑片
D．将电源正、负极和磁体 、 同时对调
二、填空题（共5题）
5. 如题图所示实验装置中，将导体 置于磁场中，搁在水平金属导轨上。合上开关，会观察到导体 发生运动，这表明通电导体在磁场中要 作用， 就是根据这一原理制造出来的。如果把电源的正负极对调后接入电路，会发现导体 的运动方向与原来的 。
6. 通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟 的方向和 的方向都有关系。
7. 如图所示，用一节干电池、一根导线和一块强磁铁，就可自制一个最简易的电动机。导线会转动是由于磁场对通电导线有 的作用。若要改变导线的转动方向，可进行的操作是 。
8. 如图所示的实验装置，是用来研究 （选填“电流磁效应”或“磁场对通电导线的作用”）的。实验中把导线 放在磁场里，接通电源，让电流通过导线 ，会观察到导线向右运动；如果把电源正、负极对调后接入电路，会观察到导线 向 （选填“左”或右”)运动；如果不对调电源正、负极，但把蹄形磁体上下磁极调换一下，会观察到导线 向 （选填“左”或“右”）运动；如果把电源正、负极对调，同时把蹄形磁体上下磁极也调换，则会观察到导线 向 （选填“左”或“右”）运动。
9. 如图，闭合开关，导体 向左运动，若只改变电流方向， 向 （选填“左”或“右”）运动，以此为原理可制成 （选填“电动机”或“发电机”）。
三、实验题（共1题）
10. 在研究“磁场对通电导体（电流）有力的作用”实验中。
(1) 利用图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“”、“”之间接入 （填“灵敏电流计”或“电源”），根据该原理可制成 （填“发电机”或“电动机”）。
(2) 如图乙、丙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体 极水平指向 极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的（也称匀强磁场）。
i 在乙图中，通电后 段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时， 段导线所受磁场力的方向是竖直向 （填“上”或“下”)。
ii 图丙中的线圈可以持续转动，是因为在外部加装了换向器，该装置能使线圈平面处于 （填“平行”或“垂直”）磁感线位置时，自动改变线圈中的电流方向。
选做题：
一、综合应用题（共1题）
11. 小金自制一个简易电动机如图所示。他用回形针做成两个支架，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，另一端只刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
(1) 要想改变线圈的转动方向，可以采用的方法是 。（任写 种即可）
(2) 开关闭合后，如果电动机不转，原因可能是哪些
A.磁铁磁性太弱
B.线圈处于平衡位置
C.通过线圈的电流太大
D.电池电压太低
(3) 小金还想设计一个能调节电动机转速的实验装置，应该添加的一种实验器材是 。
二、实验题（共1题）
12. 探究“通电导体在磁场中受力与什么因素有关”的实验，如图所示：
(1) 如图甲所示，将导体 置于蹄形磁铁的两极之间，闭合开关，导体 向左运动，说明磁场对 导体有力的作用。
(2) 仅将图甲中磁铁的 、 极对调，闭合开关，导体 向右运动，说明导体 在磁场中的受力方向与 有关；仅将图甲中电源的正、负极对调，导体 向右运动，说明导体 在磁场中的受力方向 与有关。
(3) 将导体换成线圈放入磁场中，如图乙所示，闭合开关，线圈不能持续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到磁场的力要 它的转动。为了使线圈持续转动下去，可以通过每半周改变电流的方向或改变 的方向，生活中的电动机一般是通过换向器改变 的方向让线圈持续转动起来的。
答案部分
知识梳理
1、（1）通电导体在磁场中受到力的作用；（2）通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向有关；（3）通电导体在磁场中受力的方向与磁场的方向有关；（4）力的作用；电流的方向；磁场的方向；发生改变；电；机械；（5）通电线圈在磁场中会受力转动；电动机。
2、（1）①上；下；顺；②相等；相反；平衡位置；垂直；惯性；③逆；阻碍；不能；（2）①换向器；②平衡位置；电流的方向；（3）转子；定子；（4）电；机械。
思考讨论
1、如果电流和磁感线的方向都变得相反时，通电导线受力方向不变。
2、电动机模型通电后不能转动，由题意知线圈此时并未处在平衡位置，则发生故障的原因可能：
磁铁失去磁性或磁性减弱，换向器中电刷、铜半环之间接触不良等。
对应训练：
1、B；2、A；3、BD
练习题
一、选择题（共4题）
1. 【答案】C
【解析】该装置是研究通电导体在磁场中受力的装置，通过本装置可以研究磁场对通电导体的作用力方向与电流方向、磁场方向的关系，根据此原理制成电动机，在实验过程中消耗电能转化为机械能，故ABD错、C正确。
2. 【答案】A
【解析】通电导线受力方向与电流、磁场方向均有关，只改变其中一个受力方向会改变，同时改变则受力方向不变。由于电动机的能量转换是电能转化为机械能。
故选A。
3. 【答案】D
【解析】【分析】电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动，其转动速度与电流大小和磁场强弱有关；电动机线圈的转动方向与磁场方向和电流方向有关。
【解析】解：直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关，若使通入直流电动机的电流方向改变，它的转动方向将改变。
故选：。
4. 【答案】B
【解析】换用更细的铜棒，使电阻变大电流变小，但不能改变受力的方向，故A错误；
将电源正负极对调，电流方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向左运动，故B正确；
向左移动滑动变阻器的滑片，只能改变电流的大小，不能改变电流的方向，故C错误；
将电源正负极对调，同时将磁体磁极对调，影响磁场力方向的两个因素同时改变，则通电导体的受力方向不变，铜棒仍然向右运动，故D错误。
二、填空题（共5题）
5. 【答案】受到力的；电动机或扬声器；相反
【解析】当闭合开关，金属棒 中会有电流通过，此时发现导线 由静止变运动，故说明通电导线在磁场中受力的作用，利用这个现象人们制成了电动机、扬声器，即通电能动，消耗电能产生机械能，故是将电能转化为机械能的装置；若把电源的正负极对调后接入电路，会观察到导体 的运动方向与原来相反。
6. 【答案】电流；磁感线
【解析】通电导线在磁场中的受力方向与电流方向和磁感线方向（磁场方向）都有关系。
7. 【答案】磁力（或力）；将电池正负极对调（或将磁铁的
8. 【答案】磁场对通电导线的作用；左；左；右
【解析】根据题干图装置是用来探究磁场对通电导线的作用；当改变电源正负极后，导线受改变，运动方向改为向左；当把磁极调换后，导体改为向左做运动；当把电源正负极互换，且把磁极调换后，导线依旧向右运动。
9. 【答案】右；电动机
三、实验题（共1题）
10. 【答案】
(1) 电源；电动机
(2) i 上
ii 垂直
【解析】
(1) 因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图可知缺少一个电源，因此利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“”、“”之间接入电源，根据此原理制成了电动机。
(2) i 在乙图中，通电后 段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时， 段导线所受磁场力的方向是竖直向上。
ii 图丙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（平衡位置），它能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。
选做题：
一、综合应用题（共1题）
11. 【答案】
(1) 改变电流方向
(2) ABD
(3) 滑动变阻器
【解析】
(1) 要想改变运动方向，应改变线圈在磁场中的受力方向，由左手定则可知应改变电流方向和磁场方向。
(2) C选项：线圈不转说明线圈可能不受磁场力，即电路中没有电流，此种原因可能是部分电路断开，一般来说可能是接线柱接触不良造成的，故C错误；
AD选项：同时因线圈和转轴之间有阻力存在，故还有可能就是，线圈受力，但是磁场力较小，无法带动线圈。故导致这种现象的原因有：磁铁的磁性不强、电池电压不够导致电流较小，故AD正确；
B选项：也有可能是因为线圈处于平衡位置，受到的磁场力无法使线圈转动起来，故B正确；
故选ABD。
(3) 要想控制线圈的转速，可以控制电流的大小，故可以接入滑动变阻器，将滑动变阻器与电机串联即可起到控制电流的作用。
二、实验题（共1题）
12. 【答案】
(1) 通电
(2) 磁场方向；电流方向
(3) 阻碍；磁场；电流
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