第十七章 第三节 科学探究： 电动机为什么会转动_(2)课件 (共50张PPT) 沪科版物理九年级全一册

(共50张PPT)
科学探究:电动机为什么会转动
【体验1】磁场对通电直导线的作用
活动:准备台灯、条形磁体。
活动1:将条形磁体直接接触没有通电的台灯,观察灯泡内灯丝是否摆动。
活动2:将台灯接通电源发光,将条形磁体靠近台灯,观察灯泡内灯丝是否摆动(注意安全)。
(1)活动1中的台灯的灯丝　　　　(选填“能”或“不能”)摆动;
(2)活动2中的台灯的灯丝　　　　(选填“能”或“不能”)摆动。
提示:(1)不能　(2)能
【体验2】电动机的原理
活动:准备两节电池、漆包线一段、磁体、金属丝支架。
活动1:如图,将漆包线绕成圆形线圈,
将漆包线的两端的漆层全部刮掉,按图
连接电路,观察线圈的转动情况。
活动2:将漆包线一端的漆层全部刮掉,
另一端的漆层只刮去半周,接通电路,
观察线圈的转动情况。
(1)活动1和活动2中线圈　　　　　　(选填“能”或“不能”)转动,原因是　　　　　　　　　　　　。
(2)活动1中,线圈　　　　　　(选填“能”或“不能”)持续转动。活动2中,线圈　　　　　　(选填“能”或“不能”)持续转动。
提示:(1)能　通电导体在磁场中受到力的作用
(2)不能　能
1.电动机由哪些部件组成
2.通电导体在磁场中受到力的方向与哪些因素有关
3.电动机为什么会转动
探究1 磁场对通电导线的作用
1.结合“体验1”,可以得知通电导体在磁场中受到　　　　的作用。
参考答案:力
2.猜想与假设:
通电导体在磁场中所受力的方向可能与　　　　的方向有关,也可能与　　　　的方向有关。
参考答案:电流　磁场
3.实验方法:
(1)磁力是看不到、摸不着的,所以在实验中是利用　　　　法,根据　　　　判断导体的受力情况。
(2)通电导体的受力方向可能与多个因素有关,在探究时,需利用　　　　　　　法。
参考答案:(1)转换　导体是否运动　(2)控制变量
4.实验设计:如图所示
(1)探究通电导体受力方向与电流方向的关系:
思路:需控制　　　　不变,改变　　　　　　　。如图所示,通过　　　　　　　　　　改变电流方向。
提示:利用控制变量法,控制一个量(探究量)改变,其他量不变。
电源正负极改变,电流方向改变。
参考答案:磁体磁场方向　电路中的电流方向
调换电源正负极
(2)探究通电导体与磁场方向的关系:
思路:需控制　　　　不变,改变　　　　　　　　。如图所示,通过　　　　　　　　　,改变磁体的磁场方向。
参考答案:电流方向　磁体的磁场方向　对调N、S极
5.实验记录及分析:
分析实验数据,你可得出的实验结论是
(1)与电流方向的关系:________________________________;
(2)与磁场方向的关系:________________________________。
序号 磁体磁场方向 电流方向 通电导体
受力方向
1 上端N极,下端S极 从b到a 向右
2 上端N极,下端S极 从a到b 向左
3 上端S极,下端N极 从b到a 向左
提示:(1)分析1、2两次实验数据可知,磁体磁场方向不变,改变电流方向,通电导体的运动方向改变,故可得出通电导体的受力方向与电流方向有关。
(2)分析1、3两次实验数据可知,通电导体中的电流方向不变,改变磁体的磁场方向,通电导体的运动方向也改变,故可得出通电导体的受力方向与磁体的磁场方向有关。
参考答案:(1)磁场方向一定时,电流方向相反,导体受力方向相反
(2)电流方向不变时,磁场方向相反,导体受力方向相反
6.交流与评估:
(1)为什么金属杆要放到光滑的金属导轨上
提示:金属杆和金属导轨都是导体,只要金属杆与金属导轨接触就会有电流通过,且金属导轨越光滑,金属杆运动时受到的阻力就越小。
参考答案:使金属杆中有电流通过;减少金属杆运动时受到的阻力。
(2)怎样改变通电导体在磁场中受到的力的大小
提示:通电导体的受力方向与电流方向和磁场方向有关,所以改变力的大小应该考虑电流的大小和磁场强弱。
参考答案:利用滑动变阻器改变电路中电流的大小或改用磁场强弱不同的磁体,都可以改变通电导体在磁场中受到的力。
探究2 电动机的工作原理
结合“体验2”中的活动,思考下列问题:
1.在“体验2”活动中,接通电路后,线圈为什么能转动
提示:接通电路后,线圈中有电流通过,上下两个边的漆包线中电流方向相反,通电线圈在磁场中受到磁场力的作用,两个边受到的磁场力方向相反,于是线圈开始转动。
参考答案:通电线圈在磁场中受到磁场力的作用。
2.按照(a)、(b)两图接通电路,通电线圈转过　　　度时受力平衡,分析线圈静止时的受力情况,线圈为什么不连续转动
提示:通电线圈上下两个边在磁场中受到的力的方向不同,当这两个力作用在一条直线上时,线圈所处的位置称为平衡位置,线圈到达平衡位置时由于惯性会冲过平衡位置,在平衡位置附近来回摆动几次后停止运动。
参考答案:90　线圈在平衡位置上下两个边受到的力大小相等,方向相反,作用在一条直线上
3.分析(a)(b)两图,线圈中电流方向发生了怎样的变化,转到图(b)位置时线圈为什么还能继续转动一点
提示:在图(a)中,半环2与电刷4接触,半环1与电刷3接触,电流方向由半环2流向半环1,线圈AB边受到向上的力,线圈CD边受到向下的力,于是线圈开始沿顺时针方向转动;图(b)是平衡位置,此时线圈中没有电流,线圈不受磁场力的作用,线圈由于具有惯性会越过该位置。
参考答案:(a)图中线圈电流方向由半环2流向半环1,图(b)线圈中没有电流　图(b)中没有电流,线圈不受力的作用,线圈由于具有惯性冲过平衡位置,从而还能继续转动一点。
4.对比图(c)和图(a),线圈中电流的方向发生了怎样的变化,线圈的受力方向及其转动方向又如何呢 (d)图又重新回到了平衡状态,综合分析线圈转动一周过程中,线圈中电流方向改变了几次实现了线圈继续重复转动
提示:在图(b)中,线圈由于惯性冲过平衡位置后,图(c)中半环1和电刷4接触,半环2和电刷3接触,线圈中电流方向由半环1流向半环2,于是线圈就继续沿顺时针方向转动。图(d)线圈中电流消失,处于平衡状态,由于惯性,会冲过平衡位置,继而回到图(a)状态,重复旋转。在整个转动过程中,依靠两个半环与电刷配合,每转动半周,线圈中电流方向就改变一次,实现了线圈连续转动;线圈中的电流方向是发生变化的,变得与原来相反,转动半圈电流方向就改变一次,使线圈受力方向变得相反。
参考答案:半环1和电刷4接触,半环2和电刷3接触,电流方向变为由半环1流向半环2　AB边受向下的力,CD边受的力变为向上,继续顺时针转动　两次
5.电路中是通过　　　　　　　　　改变线圈中的电流方向的。
提示:在线圈转动过程中,依靠两个半环与电刷配合,每转动半周,线圈中电流方向就改变一次,使线圈受力方向变得相反,实现电流方向改变的是两个半环。
参考答案:两个半环
一、磁场对通电导体的作用
1.磁场对通电导体有_____作用。
2.受力的方向与_____方向和_____方向有关。当电流方向和磁
场方向中的一个改变时,受力方向_____;两者同时都改变时,受
力方向_____。
力的
电流
磁场
改变
不变
二、电动机
1.结构:外壳、磁体、轴、线圈。
2.原理:磁体对通电线圈有_____作用。
3.能量转化:_____转化为_______。
4.两个半环:
(1)作用:当线圈转过_________时自动改变线圈中的电流方向。
(2)目的:使线圈在磁场中能够_____转动。
力的
电能
机械能
平衡位置
持续
【拓展延伸】电动机使用时能量的转化
电动机在使用时将电能转化为机械能,同时,线圈通电时,由于电流热效应的存在,电流流经线圈时也会将部分电能转化为热能,所以在电动机使用时,要及时将产生的热量散发出去,常见的是在电动机中安装风扇或散热片等。
考点1 探究磁场对通电导体的作用
【典例1】借助如图所示的实验装置,小明探究“磁场对通电直导线的作用”。闭合开关S,原本静止的轻质硬直导线AB水平向右运动。要使AB水平向左运动,下列措施中可行的是(　　)
A.将A、B两端对调
B.将滑动变阻器的滑片P向右移动
C.换用磁性更强的蹄形磁体
D.将蹄形磁体的N、S极对调
【思路导引】
【精讲精析】选D。本题考查的是磁场对电流的作用,将A、B两端对调,只改变了导体的两端点;将滑动变阻器的滑片P向右移动,减小电路中的电流,减小了导线的运动速度;换用磁性更强的蹄形磁体,将增大导线的运动速度。这几种做法都不会改变运动方向,故A、B、C错。将蹄形磁体的N、S极对调,只改变一个影响因素(磁场方向),AB受力方向改变,则运动方向改变,故D正确。
【方法归纳】磁场对通电导体作用时力的方向的判断
(1)通电导体在磁场中受到力的作用且受力方向取决于电流方向和磁场方向。
①当电流方向或磁场方向与原来相反时,受力方向也与原来相反;
②当电流方向和磁场方向同时改变时,受力方向不变。
(2)导体中的电流越大,磁场越强,受到的作用力越大。
(3)当导体中的电流方向与磁场方向平行时,导体不受磁场力的作用。
考点2 电动机的工作原理
【典例2】如图甲是直流电动机模型,图乙是自制简易电动机模型。现在主要讨论图乙简易电动机的制作与操作问题:
(1)绕制线圈的铜丝外表有漆皮,必须对线圈引出线的两端(搁置于铜质弯钩的部位)进行刮漆处理,刮漆方法见放大图。按这种方法刮漆,目的是使线圈能够　　　,因此这一部位就相当于图甲中的　　　　　(填某一部件的名称)。
(2)如果整个制作没有问题,但接上电源后线圈不动,这时应做哪些尝试 (说出两点即可)
①__________________________________________________;
②__________________________________________________。
【思路导引】解决本题的关键点
【精讲精析】本题考查直流电动机的工作原理。
(1)对线圈引出线的两端(搁置于铜质弯钩的部位)进行刮漆处理,这样就相当于加了两个半环,线圈就能连续转动了;
(2)线圈不动的原因可能有线圈正好停止在平衡位置、线圈受到的磁场力较小等,所以,如果线圈转到平衡位置不动时,可以用手给它一个力,使其越过平衡位置继续转动;如果不是在平衡位置,说明受到的磁场力较小,可以增强磁体磁性、增加电池的个数以增大线圈中电流,使线圈受到的磁场力增大。
答案:(1)导电(或接触良好)　半环
(2)①将线圈旋转一定角度　②增大电源电压(或换一块磁性更强的磁体)
【方法归纳】直流电动机不转的四类原因及解决措施
原因种类 具体故障 处理方法
电路原因 电刷与半环接触不良 将半环、电刷表面氧化层刮去,使二者接触良好
电流太小 增大电源电压
线圈内部开路 更换线圈
半环变形,电刷同时接触同一个半环,使线圈被短路 调好半环位置
原因种类 具体故障 处理方法
磁场原因 磁体的磁性弱 换强磁体
机械原因 线圈被卡住,电刷与半环接触太紧或线圈转轴受到的摩擦力太大 调节松紧,减少摩擦
位置原因 线圈刚好处在平衡位置 用手转动线圈使其转过平衡位置
1.如图所示,用来研究磁场对电流作用力的实验装置是(　　)
【解析】选D。本题考查磁场对通电导线的作用。A装置是探究电磁铁磁性强弱与电流大小关系的实验;B实验是奥斯特实验,说明了通电导体周围有磁场;C图是探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数关系的实验;D图是探究磁场对电流作用力的实验。
2.(多选)某通电直导体在磁场中受到磁场力的作用,若要使该通电导体所受的磁场力反向,以下措施正确的是(　　)
A.只将磁场反向　　　　　　　　B.只将电流反向
C.将磁场和电流同时反向 D.以上方法均可
【解析】选A、B。本题考查磁场对通电导体的作用。通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关,只改变电流方向或磁场方向,都可以使通电导体的受力方向发生变化。若二者方向同时改变,磁场力方向不变。
3.如图所示的两个实验中,闭合开关后,能观
察到导体ab运动的是　　　　　　图,这个现象说明磁场对
　　　　　　有力的作用。
【解析】本题考查电动机原理。图甲中有电源,导体ab处于磁场中,闭合开关,导体中有电流通过,磁场对电流有力的作用,能观察到导体ab运动,也就是通电导体在磁场中受力运动;图乙中无电源,闭合开关,导体ab不会运动。
答案:甲　电流
4.如图所示,在直流电动机的工作过程中,两个半环起了关键的作用,它能使线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的　　　　,从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。电动机工作时是把电能转化为　　　能,实际使用的直流电动机由
　　　和　　　　两部分组成,如图所示的线圈为　　　　　。
【解析】本题考查线圈平衡位置的特点。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,它是一种将电能转化为机械能的机器。为了让电动机能够持续转动,在制作电动机时增加了两个半环,当线圈刚好转过平衡位置时就自动改变线圈中的电流的方向,及时改变通电线圈的受力方向,保证电动机能够连续转动。实际使用的直流电动机是由转子和定子两部分组成,图中线圈是转动的,称为转子。
答案:电流方向　机械　转子　定子　转子
5.如图所示的实验中,闭合开关后,导体棒ab向右运动,这说明
　　　　　　对通电导体有力的作用;若要使ab向左运动,你的方法是_____________________________________________。
【解析】本题考查磁场对通电导线的作用。导体棒发生运动是因为放在了磁场中,故是磁场对导体产生了力的作用。要使力的方向发生变化,可以改变磁场方向或电流方向。
答案:磁场　改变磁场方向或改变电流方向
6.如图是扬声器的示意图,当线圈通过方向不断变化的交变电流时,线圈和　　　　　发生相互作用,线圈就不断地振动,从而带动纸盆振动,扬声器就会发出声音。在上述过程中,发生的能量转化是___________________。
【解析】本题考查扬声器的原理。扬声器主要由线圈、永磁体、锥形纸盆组成。当线圈中通过交变电流时,会产生变化的磁场,与永磁体之间相互作用产生振动,带动纸盆也来回振动,使扬声器发声,将电能转化为机械能。
答案:永磁体　电能转化为机械能