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第4节 电动机
第1课时 电动机及其工作原理
基础聚焦
1.下列选项中，可以改变通电导体受力方向的是（ ）
A.改变电流方向 B.改变电流大小 C.改变磁场强弱 D.改变导体长度
2.通电线圈在磁场中会转动，但摆动几下后停在某一位置，这个位置是（ ）
A.不受磁场力的位置 B.受平衡力的位置
C.电路中无电流的位置 D.线圈所在平面与磁感线平行的位置
3.如图所示，干电池底部吸有强磁铁（可导电），在干电池的正极上支有一“门”字形导线框，导线框B侧和套在强磁铁上的导电圆环C连接，导线框和圆环C能够一起绕干电池持续转动，圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。导线框转动的动力来源于（ ）
A.只有线框A侧受到磁场对电流的作用
B.只有线框B侧受到磁场对电流的作用
C.线框A侧、B侧都受到磁场对电流的作用
D.线框A侧、B侧都不受到磁场对电流的作用，是受到的其他外力
4.要使直流电动机的转速加快，下列采取的措施不可行的是（ ）
A.增大线圈中的电流 B.更换电压较高的直流电源
C.将磁铁的两极对调 D.再增加一个磁铁，使该磁铁的磁场与原有的磁场方向一致
5.如图所示，导体棒ab向右运动，下列操作能使导体棒向左运动的是（ ）
A.对调磁极 B.取走一节干电池
C.将导体棒a、b端对调 D.向左移动滑动变阻器滑片
6.一次科学探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象，下列说法正确的是（ ）
A.对调磁体磁极，灯丝不会晃动 B.灯丝晃动是内能转化成了机械能
C.灯丝晃动是受到磁体的吸引作用 D.灯丝晃动是磁场对通电线圈的作用
7.探究磁场对电流的作用。
过程 如图所示，闭合开关，导体ab向右运动，说明通电导体在磁场中受到 的作用。据此原理可以制成 。
问题讨论 为使实验现象更明显，若把导体换用轻质塑料棒，实验 （选填“能”或“不能”）成功，因为 。
思维拓展
8.如图所示是公交车上的自动爆玻器，自动爆玻器就相当于一个安全锤，它是利用通电导体在磁场 中受力转动，从而带动钨钢头击打车窗玻璃，以实现击碎玻璃的目的。下列选项中能说明自动爆玻器工作原理的是（ ）
A B C D
9.如图所示是“线圈不能持续转动”的三幅实验图，下列说法中不正确的是（ ）
A.三幅图中，导线ab、cd分别所受的磁力方向始终没有发生改变
B.图乙中，线圈能够持续往下转动变成图丙所示，是由于惯性
C.通电一段时间后，线圈abcd一定会在图乙所示的位置
D.只要开关始终闭合，线圈abcd一定会在图乙的平衡位置左右摆动，永不停止
10.现代工具的使用会大大提高工作效率。如图所示是某品牌充电式电动螺丝刀，直流电动机内通过不同方向的电流，就可以实现正转或反转，即可以实现松螺丝或紧螺丝，调速器又可以实现转速的调节，下列的简易电路符合上述要求的是（ ）
A B C D
11.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？
（2）如图所示，将一根导体ab置于蹄形磁体的两极之间，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。
（3）断开开关，将图中磁体的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体ab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。
（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ab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。
（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。
创新应用
12.小红在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强度、导体在磁场中的长度以及导体中的电流强度有关。她设计了如图所示的装置，先初步探究磁场对通电导体的作用力与电流大小的关系。实验步骤如下：
①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下方的蹄形磁铁磁极间的磁场方向垂直；
②给导体两端加电压U1,导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为a1；
③ ,导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为a2；
④比较a1、a2的大小，发现a2＞a1,即可初步验证其他条件一定时，通电导体两端的电压越大，电流就越大，受到磁场的作用力越大。
（1）请将步骤③补充完整： 。
（2）小红想继续探究通电导体在磁场受到作用力的大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是她将图中的导体棒换成了一根较长的导体棒，其他条件不变，此时她发现悬线与竖直方向偏转的角度变小了，于是她得出结论：“其他条件一定时，通电导体在磁场中的长度越长，受到磁场的作用力越小”。但她查阅一些资料后发现，理论上通电导体在磁场中的长度越长，受到的磁场作用力越大，这与她实验所得到的结论相反。请你说明小红得出的结论与资料不符的原因： 。
13.如图甲所示为研究通电导体在磁场中受力而运动的实验，中间小圆圈表示垂直于纸面的导体，其电流方向为垂直纸面，υ表示受力而运动的方向（注：“⊙”表示电流垂直纸面向外，“”表示电流垂直纸面向内）。请分析后标出乙、丙、丁三图中导体的运动方向。
甲 乙 丙 丁
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第4节 电动机
第1课时 电动机及其工作原理
基础聚焦
1.下列选项中，可以改变通电导体受力方向的是（▲）
A.改变电流方向 B.改变电流大小 C.改变磁场强弱 D.改变导体长度
【答案】A
【解析】【分析】【详解】通电导体在磁场中受力的方向跟磁场和电流的方向有关。要想改变磁场中受力的方向，改变其中一个因素即可。故选：A
2.通电线圈在磁场中会转动，但摆动几下后停在某一位置，这个位置是（▲）
A.不受磁场力的位置 B.受平衡力的位置
C.电路中无电流的位置 D.线圈所在平面与磁感线平行的位置
【答案】B
【解析】通电导线在磁场中受力运动，且所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，据此分析即可判断。
【分析】能利用通电导线在磁场中受力运动的知识点分析判断是解决该题的关键。
【详解】对于通电线圈，在磁场中会受到力的作用，且两边所受力的方向相反，所以当线圈转过平衡位置，即线圈所在平面与磁感线垂直的位置时，磁场力会将线圈往回拉，所以使得线圈最终静止在线圈所在平面与磁感线垂直的位置。故选：B。
3.如图所示，干电池底部吸有强磁铁（可导电），在干电池的正极上支有一“门”字形导线框，导线框B侧和套在强磁铁上的导电圆环C连接，导线框和圆环C能够一起绕干电池持续转动，圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。导线框转动的动力来源于（▲）
A.只有线框A侧受到磁场对电流的作用
B.只有线框B侧受到磁场对电流的作用
C.线框A侧、B侧都受到磁场对电流的作用
D.线框A侧、B侧都不受到磁场对电流的作用，是受到的其他外力
【答案】B
【解析】通电导线的周围存在磁场，磁场对放入其中的通电导体能产生力的作用。
【分析】本题考查了通电导体在磁场中的受力情况，属于基础知识。
【详解】干电池底部吸有强磁铁，周围存在磁场，导线框B侧和套在强磁铁上导电圆环C连接，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；而线框A侧没有通电，所以A侧没有受到磁场的作用力；故B正确，ACD错误。故选：B。
4.要使直流电动机的转速加快，下列采取的措施不可行的是（▲）
A.增大线圈中的电流 B.更换电压较高的直流电源
C.将磁铁的两极对调 D.再增加一个磁铁，使该磁铁的磁场与原有的磁场方向一致
【答案】C
【解析】要解决此题需要掌握电动机转动的快慢与什么因素有关。并且要知道直流电动机的构造和工作过程。
【分析】此题主要考查了电动机的转速与什么因素有关，同时也考查了影响电动机转动方向的因素。
【详解】通过电动机线圈的电流越大，电动机转动得越快，所以A措施可行；增高电压，也可以增大通过电动机的电流，所以B也可行；将磁铁的磁极对调，只是改变了线圈的受力方向，只能改变电动机的转动方向，所以C不可行；增加一个磁铁，可以加大线圈的受力，所以D可行；故选：C。
5.如图所示，导体棒ab向右运动，下列操作能使导体棒向左运动的是（▲）
A.对调磁极 B.取走一节干电池
C.将导体棒a、b端对调 D.向左移动滑动变阻器滑片
【答案】A
【解析】通电导体在磁场中受到力的作用，受力方向与磁场方向和电流方向两个因素有关：一个是磁场方向，另一个是电流方向。如果只改变一个因素，则导体受力方向改变，如果同时改变两个因素，则导体受力方向不变。改变电流大小，只能改变受力大小，不能改变受力方向。
【分析】通电导体在磁场中受到力的作用，要改变通电直导线的受力（运动）方向，只能改变电流方向和磁场方向中的一个即可，两个因素不能同时改变。
【详解】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；A、将磁体的磁极对调，磁场方向与原来相反，则导体棒的受力方向与原来相反，能使导体棒向左运动，故A正确；B、取走一节干电池，减小电源电压，减小电路中的电流，会改变受力大小，但不会改变运动方向，故B错误；C、将导体棒a、b端对调，不能改变导体中的电流方向，不能改变受力方向，故C错误；D、将滑动变阻器的滑片P向左移动，电路的电阻减小，电路中的电流增大，会改变受力大小，但不会改变运动方向，故D错误。故选：A。
6.一次科学探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象，下列说法正确的是（▲）
A.对调磁体磁极，灯丝不会晃动 B.灯丝晃动是内能转化成了机械能
C.灯丝晃动是受到磁体的吸引作用 D.灯丝晃动是磁场对通电线圈的作用
【答案】D
【解析】灯丝在磁场中晃动，说明其受到了力的作用，由此联系磁场对通电导体产生了力的作用。
【分析】通过灯丝的晃动，联系到受力，进而与通电导体在磁场中受力而运动联系起来是解决此题的思路。
【详解】有电流通过的灯丝置于磁场中晃动，体现了通电导体在磁场中受到力的作用。在这个过程中，是电能转化为机械能。故选：D。
7.探究磁场对电流的作用。
过程 如图所示，闭合开关，导体ab向右运动，说明通电导体在磁场中受到 ▲ 的作用。据此原理可以制成 ▲ 。
问题讨论 为使实验现象更明显，若把导体换用轻质塑料棒，实验 ▲ （选填“能”或“不能”）成功，因为 ▲ 。
【答案】力 电动机 不能 塑料棒是绝缘体
【解析】说明通电导体在磁场中受力到的作用；据此原理可以制成电动机；根据塑料棒为绝缘体分析。
【分析】熟知电动机的原理，会分析实验现象是解答的关键。实验结论分析是实验中的一项重要技能，要注意训练。
【详解】如图所示装置中，当开关闭合后，会看到导体ab在磁场中运动；力是改变运动状态的原因，物体运动说明它受到了力，即通电导体在磁场中受到力的作用，据此原理可以制成电动机。因为塑料棒是绝缘体，绝缘体不能导电，所以，若把导体换用轻质塑料棒，没有电流通过塑料棒，则实验不能成功。故答案为：力 电动机 不能 塑料棒是绝缘体。
思维拓展
8.如图所示是公交车上的自动爆玻器，自动爆玻器就相当于一个安全锤，它是利用通电导体在磁场 中受力转动，从而带动钨钢头击打车窗玻璃，以实现击碎玻璃的目的。下列选项中能说明自动爆玻器工作原理的是（▲）
A B C D
【答案】D
【解析】【分析】【详解】略
9.如图所示是“线圈不能持续转动”的三幅实验图，下列说法中不正确的是（▲）
A.三幅图中，导线ab、cd分别所受的磁力方向始终没有发生改变
B.图乙中，线圈能够持续往下转动变成图丙所示，是由于惯性
C.通电一段时间后，线圈abcd一定会在图乙所示的位置
D.只要开关始终闭合，线圈abcd一定会在图乙的平衡位置左右摆动，永不停止
【答案】D
【解析】（1）通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向有关；（2）物体保持运动状态不变的性质叫惯性；（3）根据线圈的受力方向判断；（4）根据二力平衡的知识判断。
【分析】【详解】三幅图中，通过线圈的电流方向不变，磁场方向也不变，因此导线ab、cd受力的方向不变，故A正确不合题意；乙图中，线圈能够持续往下转动变成丙图所示，是由于惯性，故B正确不合题意；在丙图中，导线ab和cd受力的方向与运动方向相反，会阻止线圈继续转动，从而使线圈在乙中平衡位置附近左右摆动。由于受到阻力，因此摆动的幅度逐渐减小，最终会静止下来，故D错误符合题意，C正确不合题意。故选D。
10.现代工具的使用会大大提高工作效率。如图所示是某品牌充电式电动螺丝刀，直流电动机内通过不同方向的电流，就可以实现正转或反转，即可以实现松螺丝或紧螺丝，调速器又可以实现转速的调节，下列的简易电路符合上述要求的是（▲）
A B C D
【答案】D
【解析】要解答本题需抓住：电动机的转速和电流的大小有关，以及电动机的转向和电流的方向有关。
【分析】本题主要考查学生对改变电动机的转向和转速的方法，以及电路的连接的了解和掌握。
【详解】A.使调速器、单刀单掷开关、电动机串联连接，调速器改变电路中的电流，从而改变电动机的转速，但不能改变转动方向，故A错误；B.使调速器、电动机并联，调速器改变不能改变电动机中的电流，不能改变电动机的转速，也不能改变转动方向，故B错误；CD.单刀双掷开关与电路和电源连接，起到改变电流的方向来控制电动机的转向；C中的单刀双掷开关不能改变电流方向，D能改变电流方向，故D正确。故选：D。
11.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？
（2）如图所示，将一根导体ab置于蹄形磁体的两极之间，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。
（3）断开开关，将图中磁体的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体ab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。
（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ab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。
（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。
【答案】（1）磁场 （2）静止不动 运动 通电 （3）相反 磁场方向
（4）相反 电流方向 （5）不能
【解析】（1）通电导体周围存在磁场；（2）磁场对通电导体有力的作用；（3）（4）（5）电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理而制成的。改变电流的方向或磁场的方向都可以改变线圈的受力方向，从而使其转动方向不同，若电流的方向和磁场的方向都同时改变，不可以改变线圈的受力方向。
【分析】此题主要考查了探究电动机工作原理的实验中，基本原理的掌握、实验中故障的分析与解决、实验的改进方法等，有一定综合性，是我们应该详细了解的。
【详解】（1）根据课本奥斯特实验知：通电导体周围存在磁场。（2）将一根导体ab置于蹄形磁铁的两极之间，未闭合开关前，电路中没有电流，导体静止不动，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。（3）断开开关，将图中磁铁的N、S极对调，磁场方向改变，再闭合开关，电流方向不变，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关。（4）断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，导体中电流方向改变，磁场方向不变，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，说明通电导体在磁场中的受力方向与电流的方向有关。（5）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，不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。
故答案为：（1）磁场 （2）静止不动 运动 通电 （3）相反 磁场方向
（4）相反 电流方向 （5）不能
创新应用
12.小红在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强度、导体在磁场中的长度以及导体中的电流强度有关。她设计了如图所示的装置，先初步探究磁场对通电导体的作用力与电流大小的关系。实验步骤如下：
①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下方的蹄形磁铁磁极间的磁场方向垂直；
②给导体两端加电压U1,导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为a1；
③ ▲ ,导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为a2；
④比较a1、a2的大小，发现a2＞a1,即可初步验证其他条件一定时，通电导体两端的电压越大，电流就越大，受到磁场的作用力越大。
（1）请将步骤③补充完整： ▲ 。
（2）小红想继续探究通电导体在磁场受到作用力的大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是她将图中的导体棒换成了一根较长的导体棒，其他条件不变，此时她发现悬线与竖直方向偏转的角度变小了，于是她得出结论：“其他条件一定时，通电导体在磁场中的长度越长，受到磁场的作用力越小”。但她查阅一些资料后发现，理论上通电导体在磁场中的长度越长，受到的磁场作用力越大，这与她实验所得到的结论相反。请你说明小红得出的结论与资料不符的原因： ▲ 。
【答案】（1）给导体两端加电压U2,且U2＞U1 （2）没有控制电流大小相同
【解析】【分析】【详解】（1）给导体两端加电压U2,且U2＞U1 ，闭合电路，观察悬线偏转的角度a2。（2）要探究通电导体在磁场中受到作用力的大小与导体在磁场中的长度的关系，应控制除导体长度外的其他因素相同，题中将原导体棒换成一根较长的导体棒，没有控制导体棒的电阻和质量相同。若导体棒的电阻改变，则会导致通过导体棒的电流大小不同，导体棒受到的作用力大小也会改变；该实验中通电导体在磁场中受到的作用力的大小是通过导体棒静止时悬挂导体棒的细线与竖直方向的夹角来体现的，若导体棒的质量改变，则重力大小不同，也会影响偏转角度的大小。
故答案为：（1）给导体两端加电压U2,且U2＞U1 （2）没有控制电流大小相同
13.如图甲所示为研究通电导体在磁场中受力而运动的实验，中间小圆圈表示垂直于纸面的导体，其电流方向为垂直纸面，υ表示受力而运动的方向（注：“⊙”表示电流垂直纸面向外，“”表示电流垂直纸面向内）。请分析后标出乙、丙、丁三图中导体的运动方向。
甲 乙 丙 丁
【答案】如图所示
【解析】【分析】【详解】乙图中电流方向改变，磁场方向不变，导体受力方向改变，运动方向与甲图中相反。丙图中电流方向不变，磁场方向改变，导体受力方向改变，运动方向与甲图中相反。丁图中电流方向改变，磁场方向改变，导体受力方向不变，运动方向与甲图相同。如图所示：
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