第4节 电动机 同步练习（32张ppt）

第1章 电与磁
第4节 电动机
学习目标
1.通过实验，认识磁场对电流有力的作用。
2.通过实验，认识通电导体在磁场中受力方向与磁场方向、电流方向有关。
3.知道矩形线圈在磁场中的转动情况，知道线圈的平衡位置及静止原因。
4.了解直流电动机的构造和工作原理，知道换向器的结构和作用，并理解电动机工
作时的能量转化。
知识点1 磁场对通电导体的作用 重难点
1.磁场对通电导线的作用（含教材第17页活动答案）
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 ???????? 支起来，让导线
处于蹄形磁铁的两个磁极之间
.
.演示1. 演示2 演示3.
实验
探究
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）只改变电流方向，导线运动方向改变，即受力方向改变；
（3）只改变磁场方向，导线运动方向改变，即受力方向改变
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，当电流方向或者磁场方向发生
改变时，导线的受力方向也会发生改变
注意 (1)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 ???????? 不运动，可更换更轻、更光滑的直导线（或用棉线悬挂导线）
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力。
(2)如果同时改变电流方向和磁场方向，则通电导线的受力方向不会改变。
?
2.磁场对通电线圈的作用（含教材第18页活动答案）
实验
操作
将矩形线圈放入磁场中图甲所示的位置，
给矩形线圈通电，观察矩形线圈能否转
动
让矩形线圈处于图乙中的位置，给
矩形线圈通电，观察矩形线圈的转
动情况
图示
. .
甲
. .
乙
实验
现象
线圈不能转动
线圈沿顺时针方向转动，但转过平
衡位置后速度变慢，线圈会返回平
衡位置，摆动几下后停止转动
原因分析
. .
当矩形线圈静止在图乙位置时，给
线圈通电，线圈的 ???????? 边受到一个
向上的力， ???????? 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。但转
过平衡位置后，线圈的 ???????? 边受到
向上的力， ???????? 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，线圈返回到平衡位置
原因分析
. .
续表
拓展培优
左手定则判断通电导体的受力方向
安培定则也叫右手螺旋定则，用来判断通电螺线管的极性，判断通电导体所受磁力
的方向时可使用左手定则。
左手定则：将左手伸平，大拇指和其余四个手指垂直，让四指指向电流的方向，磁感
线垂直穿过手心，则大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中的受力方向，如图所示。
磁场对电流产生力的作用，实际上也是磁体之间通过磁场而发生的相互作用。
典例1 如图所示，导体棒 ???????? 置于蹄形磁铁的磁场中，并垂直于金属导轨。闭合开关，
导体棒向右运动。则下列措施中，能使导体棒向左运动的是( )
?
C
A.增大电源电压
B.换更粗的导体棒
C.将蹄形磁铁的 N 、 S 极对调
D.将蹄形磁铁的 N 、 S 极和电源正、负极的接线都对调
?
[解析] 导体棒的受力方向与电流方向和磁场方向有关，与电源电压、导体棒的粗细
无关，所以A、B均错误。只改变磁场方向或只改变电流方向，导体棒的运动方向发
生改变，两者方向同时改变，导体棒受力方向不变，故C正确，D错误。
知识点2 直流电动机
1.电动机的工作原理
电动机是利用通电线圈能在磁场中转动的原理制成的，是把电能转化为机械能的装置。
2.使线圈持续转动的方法—— 改变电流方向
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
当线圈转动时，两个电刷交替着与半环 ???? 、 ???? 接触，使通过线圈的电流方
向发生变化，实现线圈连续转动
构造
作用
4.电动机的结构
电动机由两部分组成，一是能够转动的线圈，叫做转子；二是固定不动的磁体，叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快
地转动。
6.电动机的优点
电动机构造简单、控制方便、效率高、无污染，广泛地应用在日常生活和各种生产中。
电动机结构小巧，制造方便，在生活中有广泛的应用
7.教材第19页实验：装配直流电动机模型
【实验步骤】
（2）把直流电动机的模型接入电路，其电路图如图乙所示。在闭合开关前，先弄清
电流从哪一个电刷流入电动机线圈。闭合开关，观察电动机线圈的转动方向，把结
果记录在表 1 中。
?
（3）把电源的两极对调，按步骤（2）重复一次，观察电动机的转动方向是否改变，
把结果记录在表1中。
（4）再把两个磁极位置对调一下，重复实验一次，观察电动机的转动方向是否改变，
把观察结果记录在表1中。
（5）在步骤（2）的基础上，只把两个磁极对调一下，重复实验，把观察结果记录
在表1中。
（6）利用滑动变阻器改变通过线圈的电流，观察转子转动的快慢，把观察结果记录
在表2 中。
【实验记录】
表1 线圈转动方向记录表
次数
电流方向
磁极位置
线圈转动方向
（顺时针或逆时针）
1
从 ???? 流入，从 ???? 流出
左 N ，右 S
顺时针
2
从 ???? 流入，从 ???? 流出
左 N ，右 S
逆时针
3
从 ???? 流入，从 ???? 流出
左 S ，右 N
顺时针
4
从 ???? 流入，从 ???? 流出
左 S ，右 N
逆时针
次数
电流方向
磁极位置
线圈转动方向
（顺时针或逆时针）
1
顺时针
2
逆时针
3
顺时针
4
逆时针
表2 线圈转速记录表
次数
变阻器滑片的滑动方向
电流变化
线圈转速变化
1
向左
增大
变大
2
向右
减小
变小
【实验结论】
（1）直流电动机线圈的转动方向与电流方向、磁场方向都有关。只改变电流方向或
磁场方向，线圈转动方向改变；电流方向和磁场方向同时改变，线圈转动方向不变。
（2）在磁场不变的情况下，直流电动机线圈的转速与电流大小有关。电流越大，线
圈转动越快，电流越小，线圈转动越慢。
特别提醒
装配好的电动机模型不能正常转动的常见原因
原因
处理措施
电路接触不好
电刷和换向器接触不良
把电刷和换向器压紧一些
线路中接线柱接触不良
检查整个线路
摩擦太大
支架与转子的轴之间摩
擦太大
可以把支架螺丝放松，调整轴与支架，
还可以加点润滑油
电刷与换向器接触太紧
把电刷和换向器调松一些
磁力太小
电流太小
加大电源电压或减小滑动变阻器阻值
磁铁磁性不够强
换用磁性更强的磁铁
仪器装配位置
不正确
线圈处于平衡位置
将线圈轻轻转动一下
典例2 直流电动机中的线圈通过换向器、电刷和直流电源相连接，这里换向器与电
刷的作用是( )
A.不断改变电流的方向，使线圈能够正、反转
B.适时地自动改变电流的方向使线圈始终朝一个方向转动
C.不断地改变磁场的方向以改变线圈转动的方向
D.不断地改变磁场的方向，使线圈始终朝一个方向转动
B
[解析] 换向器与电刷的作用是每当线圈刚刚转过平衡位置时，自动改变电流的方向
使线圈始终朝一个方向转动。
例题点拨
通电导线在磁场中受到力的方向与电流方向及磁场方向有关，当电流方向或磁场方向发生改变时，通电导线的受力方向也会发生改变。
题型1 探究磁场对通电导线的作用 ★★
?
典例3 在探究“电动机为什么会转动”的实验中：
（1）我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁
场中，那么通电导体周围也存在______，磁体会对通电导体产生力的作用吗？
磁场
[解析] 由题意，根据奥斯特实验知，通电导体周围存在磁场。
（2）如图所示，将一根导体 ???????? 置于蹄形磁铁的两极之间，未
闭合开关前，导体__________，闭合开关后，导体______，说
明磁场对______导体有力的作用。
?
静止不动
运动
通电
[解析] 力是物体运动状态改变的原因，所以根据导体通电后运动说明导体通电后受
到了力的作用。
（3）断开开关，将图中磁铁的 N 、 S 极对调，再闭合开关，会发现导体 ???????? 的运动
方向与对调前的运动方向______，说明通电导体在磁场中的受力方向与__________
有关。
?
相反
磁场方向
[解析] 根据控制变量法，由题中条件可知通电导体的运动方向与磁场方向、导体中
电流方向有关。
（4）断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体 ???????? 的运动
方向与对调前的运动方向______，说明通电导体在磁场中的受力方向与__________
有关。
?
相反
电流方向
[解析] 根据控制变量法，由题中条件可知通电导体的运动方向与磁场方向、导体中
电流方向有关。
（5）如果同时改变磁场方向和电流方向，______（选填“能”或“不能”）确定受力方
向与磁场方向或电流方向是否有关。
不能
[解析] 由（3）（4）可推知，如果同时改变磁场方向和电流方向，通电导体在磁场
中受力方向不变，则不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。
方法点拨
（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方向与电流方向和磁场方向两个因素有关，在探究的时候，要注意控制变量法的应用。
题型2 电动机
角度1 电动机的原理 ★★
?
典例4 如图所示为直流电动机的工作原理，以下分析正确的是( )
C
A.电动机工作过程中，将机械能转化为电能
B.电动机中的线圈转动时利用了惯性，所以线圈质量越大越好
C.电动机的线圈转动一周,线圈中电流方向改变两次
D.直流电动机中的换向器的作用是使线圈转过图中位置时，自动
改变线圈中的电流方向
[解析] 电动机是把电能转化为机械能的装置，故A错误；电动机中的线圈转动时利
用了惯性，但线圈的质量不能太大，否则启动时困难，故B错误；电动机的换向器是
由两个彼此绝缘的半圆金属环制成的，当直流电动机的线圈转过平衡位置时，换向
器能立即改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动下去，平衡位置是指线圈平面和
磁感线垂直的位置，故C正确，D错误。
角度2 电动机的线圈转速与转动方向调节 ★★★
?
典例5 有一种儿童玩具小车，可进可退，可快可慢，其动力装置是一个直流电动机，电源是干电池，电动机的磁场是由永磁体提供的。请回答下列问题。
（1）从实际与方便出发，小车前进后退运动方向的改变是靠( )
A.改变电流方向
B.同时改变磁场方向和电流方向
C.改变磁场方向
D.改变磁场方向和电流方向均可
A
（2）小车运动速度的改变是靠( )
A.改变电动机线圈的匝数 B.改变磁场的强弱
C.改变电流的大小 D.改变电源电压
C
[解析] 玩具小车前进后退由电动机转动方向控制，运动速度由电动机的转速控制。
电动机的转动方向与电流方向、磁场方向有关，电动机的转速与电流的大小、磁场
的强弱有关。该电动机的磁场是由永磁体提供的，磁场强弱无法改变，磁场方向不
容易改变；而电流方向可通过调换电源正负极来实现，电流大小可通过改变电路中
电阻大小来实现。
方法点拨
1.电动机转向与磁场方向、电流方向的关系
“一变就变”“全变不变”：磁场方向和电流方向有一个发生改变，电动机的转向就会发生改变；磁场方向和电流方向都发生改变，电动机的转向不发生改变。
2.电动机转速与磁场强弱、电流大小的关系
“一增则增”“全增更增”：电流增大或磁场增强都会引起电动机转速增大，如果磁场增强、同时电流增大，电动机转速就会更大。
题型3 简易电动机的制作 ★★★★
?
典例6 为了探究电动机的工作过程，小明根据电动机主要构造
制作了一台简易电动机（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，用漆包线绕成一个矩形线圈，以
线圈引线为轴，并用小刀将轴的一端漆皮全部刮去，另一端漆
皮只刮去半周，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，线圈就会不停转动起来。
（1）刮漆皮的目的是使线圈能够____________________________________________
__________________________________________________。线圈一端刮去半周漆皮
的作用相当于________（填实际电动机某一部件的名称）。
导电，且在刚转过平衡位置时，切断线圈中的电流，使线圈利用惯性转过后半圈，保证线圈持续转动下去
换向器
（2）要想改变线圈的转动方向，小明可以采取的措施是________________________
____________。（写出两点）
①改变电流的方向；②改变磁场的方向
[解析] 通电线圈在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关，因此，可分别改
变电流方向或改变磁场方向，但两者不能同时改变，否则线圈转动方向不变。
（3）开关闭合后，如果电动机不转，可能的原因是____________________________
________________________。（写出两点）
①线圈处于平衡位置；②电源电压太低；③磁铁磁性太弱
[解析] 线圈不转可能是线圈处于平衡位置；也可能是线圈不受磁力，即电路中没有
电流，这种现象可能是接线柱接触不良造成的；因为线圈和转轴之间有阻力存在，
还有可能是线圈受磁力较小，无法带动线圈，造成这种现象的原因有：磁铁的磁性
不强、线圈的匝数太少、电池电压较小导致电流较小等。
通过分析磁力大小的影响因素,寻我具体原因
归纳总结
直流电动机使线圈持续转动的原因：通过换向器在线圈转过平衡位置时改变线圈中
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。简易电动机使线圈
持续转动的原因：采用刮漆皮的方式，在线圈转过平衡位置时，切断电路，对线圈
停止供电，使线圈不会受到阻碍它沿原方向转动的力，这样线圈在一个半周内受到
磁力的作用，在另一个半周内利用惯性就能持续转动下去。
简易电动机