20.4 电动机 （有解析）

20.4 电动机 C
一、单项选择题（共9小题；共36分）
1. 矩形铜线框在某磁场中的位置如图所示，，， 和 段都受到该磁场的作用力，下列哪两段受到该磁场的作用力方向相同
A. 段与 段 B. 段与 段 C. 段与 段 D. 段与 段
2. 如图是一款笔记本电脑散热支架，通过导线与电脑连接时，支架上的风扇就转动起来，从而帮助电脑散热。下图中的实验装置与该散热支架工作原理相同的是
A. B.
C. D.
3. 如图所示，小明用漆包线、两节干电池、磁铁等器材，成功制作了一个小小电动机。他想改变电动机线圈转动的方向，下列方法可行的是
A. 只增强磁铁的磁性 B. 只增加线圈的匝数
C. 只增大线圈中的电流 D. 只将磁铁的磁极对调
4. 如图是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路，原来静止的导线 向右运动。要使导线 向左运动，可行的措施是
A. 将磁体的 、 极对调
B. 增大电源电压
C. 换用磁性更强的磁体
D. 将磁体的 、 极对调，同时改变电流的方向
5. 关于图所示的实验装置，表述错误的是
A. 该装置可用来研究电磁感应现象
B. 该装置能将电能转化为机械能
C. 该装置可用来研究磁场对通电导体的作用
D. 该装置揭示的原理可应用于电动机
6. 将组装好的电动机模型接入电路后，接通电源发现线圈不转动，用手拨动一下线圈，电动机转动起来。电动机模型开始不转动的原因可能是
A. 线圈的内部出现断路 B. 电刷与换向器接触不良
C. 磁体的磁性不强 D. 线圈正好处于平衡位置
7. 将导体 用两根绝缘细线悬挂着，放置于 形磁铁中央， 两端连接着导线，如图所示，在虚线框中接入某种实验器材即可进行相应的实验探究
A. 接入电流表可探究电磁感应现象，与发电机原理相同
B. 接入电流表可探究通电导体在磁场中受力，与发电机原理相同
C. 接入电源可探究电磁感应现象，与电动机原理相同
D. 接入电源可探究通电导体在磁场中受力，与发电机原理相同
8. 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
9. 如图所示，小明用漆包线、两节干电池、磁铁等器材，成功制作了一个小小电动机。他想改变电动机线圈转动的方向，下列方法可行的是
A. 只增强磁铁的磁性 B. 只增加线圈的匝数
C. 只增大线圈中的电流 D. 只将磁铁的磁极对调
二、双项选择题（共1小题；共4分）
10. 如图所示，是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 通过导体 时，它受到磁场力作用而向左运动，则
A. 只改变磁场方向时，导线 将向右运动，机械能将转化为电能
B. 只改变电流方向时，导线 将向右运动，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 仍将向左运动
D. 电流方向和磁场方向同时改变时，导线 将向右运动
三、填空题（共5小题；共28分）
11. 如图所示的实验装置，是用来研究 的。试验中把导线 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 （填“左”或“右”）运动。
12. 通过观察电动机，可以看到它由两部分构成：能够 的线圈和 的磁体，在电动机里， 的部分叫转子， 的部分叫定子。电动机工作时， 在 中飞快地转动。
13. 电动机安装完成后，闭合电路电动机不运转，但轻轻的转一下就转动起来了，出现这种现象的原因是 。
14. 直流电动机利用 的原理制成，把 能转化为 能。
15. 改变直流电动机转动方向的方法有两个，一是 ，二是 。
四、实验题（共3小题；共22分）
16. 某物理兴趣小组的同学开展了“通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度的关系”的探究实验。
【提出问题】通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度有什么关系呢
【实验器材】边长 不同的矩形线圈 、 、 三个，足够宽的蹄形磁铁、弹簧测力计、电源、开关各一个，足够的导线。
（1）【设计和进行实验】
① 如图所示，用弹簧测力计测量矩形线圈 的重力，再将 放入磁场中，通电后读出弹簧测力计的示数即线圈受到的拉力大小，比较线圈所受拉力与其重力的大小，发现拉力大于重力，说明通电线圈受到的磁场力的方向是 的。
② 换用不同的矩形线圈，重复上述步骤进行实验，每次实验时，控制所研究的线圈边长在磁场中的位置相同，且保持磁场和 的方向不变，比较线圈所受拉力与其重力的大小。
（2）将三次实验相关数据比较后的结果填入以下表格：
【分析与论证】控制实验中的有关变量相同时，根据实验数据进行分析，说明通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中的长度有关，长度越长，所受的磁场力越 。
17. 如图所示为小明同学制作的电动机模型。
（1）通电后，小明发现电动机不转，下面他想到的可能的原因中，你认为有可能的是
A. 接线柱接触不良
B. 电池接反了
C. 转子受到的摩擦力太大
D. 永久磁体的磁极极性放反了
E. 磁体的磁性太弱
F. 电池太旧了
（2）经过处理后通电，小明发现电动机只转了不到一圈，就在平衡位置来回摆动，最后停了下来，请你帮助他找原因，如果要使它持续转动下去，可以怎样改进
18. 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
第一部分
1. B
【解析】本题考查通电导体在磁场中受力方向的影响因素。磁场方向相同，导线 段、 段中的电流方向相反，则二者受到的磁场作用力方向相反，A错。导线 段与 段中的电流方向相同，则二者受到的磁场作用力方向相同，B 对。 段与 段中的电流方向相反，则二者受到的磁场作用力方向相反，C错。 段与 段中的电流方向相反，则二者受到的磁场作用力方向相反，D错，
2. C
【解析】图中散热支架工作的核心原理在于电风扇，电风扇的主要部件是电动机，电动机是利用通电导线在磁场中受磁场力的作用原理制成的，不是利用电磁感应原理制成的，C选项的原理是通电导线在磁场中受磁场力的作用，故C正确，ABD三个选项的原理都是电磁感应，故错误。
3. D
【解析】电动机线圈转动的方向与磁场方向和电流方向有关，只改变其中一个方向，则电动机线圈转动方向改变，若两个方向都改变，则电动机线圈转动方向不变。对调磁极会改变磁场方向，故D项正确。增强磁铁磁性、增加线圈匝数或增大电流只会增大线圈转速，所以A、B、C错。
4. A
【解析】通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向两个因素有关；将磁体的磁极对调，磁场方向与原来相反，则导线 的受力方向与原来相反，能使导线 向左运动，故A选项可行；增大电源电压，会改变导线 的受力大小，但不会改变运动方向，故B选项不可行；换用磁性更强的磁体，会改变受力大小，不能改变导线 中的电流方向或磁场方向，不能改变导线 的受力方向，故C选项不可行；将磁体的 、 极对调，同时改变电流的方向，不会改变导线 的受力方向，不能使导线 向左运动，故D选项不可行。
5. A
【解析】该装置是用来研究磁场对通电导体的作用的，不是电磁感应的研究装置，因此不能研究电磁感应现象，故A错误，C正确；实验过程中需消耗电能，通电导体 由静止变成运动，机械能增加，所以该装置将电能转化为机械能，B正确；电动机的原理是通电导体在磁场中受到力的作用，D正确。
6. D
【解析】由题意知电动机是在用手拨动一下转子后，线圈转子就正常转动起来，说明电动机不转时，线圈正好处在平衡位置，平衡位置是指线圈平面和磁感线垂直的位置，此时电动机不会转动，只要越过平衡位置后，线圈受磁场力的作用，便可以转动了。
7. A
【解析】在虚线框中接入电流表，电路中无外接电源，闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流，可以探究电磁感应现象，与发电机的原理相同；在虚线框中接入电源，通电导体在磁场中会受到力的作用而运动，可以探究磁场对电流的作用，与电动机的原理相同，故只有A说法正确。
8. 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：。
【点评】知道电动机转动方向与电流方向、磁场方向的关系以及影响电动机转动速度的因素是本题的解题关键。
9. D
【解析】只增强磁铁的磁性可以增加电动机的转动速度，不能改变转动方向，A错误；只增加线圈的匝数可以增加电动机的转动速度，不能改变转动方向，B错误；只增大线圈中的电流可以增加电动机的转动速度，不能改变转动方向，C错误；只将磁铁的磁极对调，改变了磁场方向，改变了转动方向，D正确。
第二部分
10. B， C
【解析】只改变一个影响因素，受力运动方向改变，但能量的转化是电能转化为机械能，故前半句对，后半句错，故A错误；
只改变一个影响因素，受力运动方向改变，能量的转化是电能转化为机械能，故B正确；
两个影响因素同时改变时，受力运动方向不变，故C正确；
同上，故D错误。
第三部分
11. 磁场对通电导线的作用；左
12. 转动；不动；转动；不转动；转子；磁场
13. 线圈正处于平衡位置
14. 通电线圈在磁场中受力转动；电；机械
【解析】直流电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成，其在工作时，消耗电能产生机械能，故是将电能转化为机械能的过程。
15. 改变电流方向；改变磁场方向
第四部分
16. （1） ① 竖直向下
【解析】线圈放入磁场中，此时受到的力：拉力、重力、磁场力，由于拉力大于重力，所以磁场力与重力方向相同，即磁场力方向竖直向下；
② 电流
【解析】在做探究实验过程中，需要改变自变量，即导体在磁场中长度，控制其他所有可能会影响因变量的因素不变，所以此时控制磁场和电流方向不变。
（2） 大
【解析】当增加了导体在磁场中的长度，即线圈 边的长度，导体在磁场中受力的大小，即拉力与重力的差值变大，所以可知：通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中的长度有关，长度越长，所受的磁场力越大。
17. （1） ACEF
（2） 停下来的原因可能是因为矩形线圈转过平衡位置后，受力方向与转动方向相反。解决方法：在线圈转过平衡位置后停止对线圈供电，可以将线圈在这一位置时与支架接触处的一端的漆皮全部刮掉，而另一端的漆皮只刮掉半周，如图所示。
【解析】电动机不能转动可能因为不受磁场力或受到的磁场力太小，所以可能是线圈电路中无电流或电流太小，也可能是磁体的磁性太弱，还有可能是线圈受到的摩擦力太大。而直流电源为直流电动机供电，在设计时应该考虑在线圈转过半周后受到的磁场力与转动方向相反，会导致电动机不能连续转动。
18. （1） 通电
【解析】将一根导体 置于蹄形磁铁的两极之间，闭合开关后，电路中有电流，导体运动，说明磁场对通电导体有力的作用；
（2） 磁场方向；电流方向
【解析】导体在磁场中的受力方向与电流的方向和磁场的方向有关；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磁场方向有关；仅将图甲中电源的正、负极对调，导体 向右运动，说明导体ab在磁场中的受力方向与电流的方向有关；
（3） 阻碍；磁场；电流
【解析】由图乙知， 边受到向上的力，线圈越过了平衡位置以后，受到磁场的力的方向与运动方向相反，要阻碍线圈的转动，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磁场的方向，生活中的电动机一般是通过换向器改变电流的方向让线圈持续转动起来的。
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