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第4节 电动机
考点一、磁场对通电导体的作用
（一）磁场对通电直导线的作用
实验探究:如图所示，把导线AB放在磁场中光滑的金属导轨上，接通电源，让电流通过导线AB,则导线AB在磁场中运动起来，说明磁场对通电导线有力的作用。
(1)只把电源正、负极对调后接人电路，从而改变导线AB中的电流方向，则导线AB运动方向发生改变，即导线AB受力的方向发生改变。
(2)只把磁极对调一下，改变磁场方向，导线AB运动方向发生改变，即导线AB受力的方向也发生改变。
(3)如果把电源正、负极对调后接入电路，同时对调一下磁极，即同时改变导线AB中的电流方向和磁场方向，导线AB的运动方向不变，即导线AB受力的方向不变。
结论:①通电导线在磁场中受到力的作用。②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，导线的受力方向改变；同时改变电流方向和磁场方向，导线的受力方向不变。③受力大小与电流大小和磁场强弱有关:电流越大，磁场越强，受力越大。
（二）磁场对通电线圈的作用
(1)通电线圈在磁场中的运动情况
通电线圈所在平面与磁场平行时，线圈发生转动。通电线圈所在平面与磁场垂直时，线圈不发生转动。
(2)通电线圈在磁场中的转动分析
如图所示，使线圈位于磁体两磁极之间的磁场中。
①使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，发现线圈并没有转动，这是由于线圈上、下两边受力大小相等、方向相反，即线圈受力平衡。这个位置是线圈的平衡位置。
②使线圈静止在图甲位置上，闭合开关，线圈受力沿顺时针方向转动，能靠惯性转过平衡位置，但不能继续转动下去，最后要返回平衡位置。
③使线圈静止在图丙位置上，闭合开关，线圈沿逆时针方向转动，说明线圈在这个位置所受的作用力是阻碍它沿顺时针方向转动的。
(3)通电线圈在磁场里受到力的作用而发生转动时，电能转化为机械能。电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而发生转动的原理制成的。
典例1：（2024八下·温州月考）在观察“磁场对通电直导线的作用”活动中，小明用导线在固定的接线柱MN下悬挂一根较轻的金属棒ab，然后将其作为通电导线接入电路放在蹄形磁体的磁场里，如图甲所示。
（1）在做实验前，为了排除其他因素的干扰，应选择 (填“铁”或“铝”)棒。
（2）闭合开关，小明看到金属棒ab稳定时如图乙所示，要观察到金属棒ab稳定时如图丙所示，小明的操作可能是 。
（3）小明进一步提出问题：在同一磁场中，磁场对导线的作用力大小与通过导线的电流大小是否有关 为研究该问题，请在图甲所示的实验基础上，添加合适电学元件并简要写出实验步骤。
【答案】（1）铝
（2）调换磁极或调换电池正负极的方向
（3）将开关，电流表金属棒ab和滑动变阻器串联接入电路。调节变阻器滑片的位置，观察电流表的石灰水变化以及金属棒ab与竖直方向的夹角大小，从而判断金属棒受力大小即可。
【解析】（1）铁容易被磁化，铝不能磁化。
（2）通电导体受力的方向与磁场方向和电流方向有关。
（3）滑动变阻器可以调节电路中的电流大小，通过观察金属棒的倾斜角度判断受到磁力大小，据此设计实验步骤即可。
【解答】 （1）铁棒被磁铁吸引，而铝棒不能被磁铁吸引，则在做实验前，为了排除其他因素的干扰，应选择铝棒为好。
（2）根据图片可知，丙图中金属棒ab受力的方向与乙图中受力方向相反，那么应该是磁场方向改变或电流方向改变所致，则小明的操作可能是：调换磁极或调换电池正负极的方向；
（3）在同一磁场中，磁场对导线的作用力大小与通过导线的电流大小是否有关时，实验方案如下：
将开关，电流表金属棒ab和滑动变阻器串联接入电路。调节变阻器滑片的位置，观察电流表的石灰水变化以及金属棒ab与竖直方向的夹角大小，从而判断金属棒受力大小即可。
变式1：如图所示，给甲、乙两图中的矩形线圈通电，则下列说法中正确的是( )
A．甲中线圈转动，乙中线圈不转动
B．乙中线圈转动，甲中线圈不转动
C．甲、乙中的线圈都会转动
D．甲、乙中的线圈都不会转动
【答案】A
【解析】 直流电动机是根据通电导线在磁场中受力转动的原理制成的；电动机线圈的转动方向与磁场方向和电流方向有关， 据此分析判断。
【解答】 根据图示可知，乙中线圈平面与磁场方向垂直，则乙中线圈处于平衡位置，因此现在给它通电时线圈受平衡力作用，即乙线圈不会转动，而甲线圈可以转动。
故选A。
变式2：如图所示，在一绝缘棒下部用导线悬挂金属棒AB，AB棒置于蹄形磁铁两磁极中间，当通以图示方向的电流时，磁场对AB棒 (填“有”或“无")力的作用。若此时看到AB棒向右侧摆动，仅改变电流方向时可看到AB棒向 (填“左”或“右”)侧摆动；若仅将磁铁上下翻转，可看到AB棒向 (填“左”或“右")侧摆动。这一现象说明通电导体在磁场中受力的方向与 方向和 方向有关。
【答案】有；左；左；电流；磁场
【解析】（1）通电导体在磁场中会受到磁力的作用；
（2）通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关，据此分析解答。
【解答】（1）如图所示，在一绝缘棒下部用导线悬挂金属棒AB，AB棒置于蹄形磁铁两磁极中间，当通以图示方向的电流时，磁场对AB棒有力的作用。
（2）若此时看到AB棒向右侧摆动，仅改变电流方向时则受力方向改变，那么可看到AB棒向左侧摆动；若仅将磁铁上下翻转，则AB受力方向改变，那么可看到AB棒向左侧摆动。这一现象说明通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关。
变式3：小明在制作电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm。然后，用小刀刮两端引线的漆皮。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁，如图甲所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会持续转动。
①在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，若左转轴下侧的绝缘漆都刮掉，可将右转轴 （选填“上侧”或“下侧”）绝缘漆都刮掉。
②图乙中的直流电动机的线圈可以持续转动，是因为它加装了 ，该装置能在线圈 （选填“刚转到”、“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
【答案】下侧；换向器；刚转过
【解析】（1）当线圈里有电流经过时，线圈会受力转动；当线圈转过180°后，如果电流方向不变，那么线圈的受力方向会与运动方向相反，从而不能持续转动。如果将转轴相同一侧的半圈绝缘皮去掉，那么当线圈转过180°后没有电流，自然就不受力，依靠惯性回到原来位置，这时就有电流，再次受到磁力，从而完成持续转动。
（2）如果在电路中加入换向器，那么每隔半圈就改变一次电流方向，从而使线圈受到的力始终朝向一个方向，那么线圈就能连续转动起来。
【解答】①在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，若左转轴下侧的绝缘漆都刮掉，可将右转轴下侧绝缘漆都刮掉。
②图乙中的直流电动机的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，该装置能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
考点二、直流电动机
（一）直流电动机的工作原理
直流电动机靠直流电源供电，是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理制成的，是把电能转化为机械能的装置。
（二）直流电动机的构造
如图所示，直流电动机主要由磁体(定子)、线圈(转子)、换向器和电刷等构成。
（三）换向器的结构与作用
(1)结构:由两个相互绝缘的铜质半环构成，两个铜质半环与线圈相连，并随线圈一起转动，跟电刷接触与电源组成闭合电路。
(2)作用:当线圈刚转过平衡位置时，能改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。
（四）影响直流电动机转动方向和速度的因素重点
(1)转动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，转动方向改变；电流方向和磁场方向同时改变，则转动方向不变。
(2)转速大小与电流大小和磁场强弱有关:电流越大，磁场越强，转速越快。
（五）直流电动机模型装好通电后电动机不转动的主要原因
(1)电流不通:①电刷与铜制半环接触不良；②开关处接触不良或开关没闭合；③电源处接触不良。
(2)摩擦太大:①轴与轴之间摩擦太大；②电刷和换向器接触太紧。
(3)电流太小:①电源电压太低；②使用的滑动变阻器的阻值太大。
(4)仪器装配位置不正确:线圈处于平衡位置，只要将线圈轻轻转动一下就可以。
典例1：（2023八下·吴兴期末）吴老师在上电动机这节课的时候给同学们介绍了一种简易电动机制作方法：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，以线圈两端的漆包线拉直作为线圈转动轴，用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮；将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方。
（1）上述中一端只刮去上半周漆皮，这是为了使这一端相当于直流电动机的哪个结构？ 。 （2）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是 ，这时可进行的有效尝试是 。
【答案】（1）换向器
（2）磁场太弱(或电流太小或处在平衡位置)；换用较强的磁场(或增加电池节数或用手拨动一下位置)
【解析】（1）在直流电动机中，需要换向器改变通过线圈电流方向，从而保证线圈能够持续的旋转；
（2）力是改变物体运动状态的原因，线圈抖了一下而没有转动起来，应该是线圈受到的电磁力偏小所致，根据影响通电导体受到力的大小的影响因素分析解决方案。
【解答】（1）上述中一端只刮去上半周漆皮，这是为了使这一端相当于直流电动机的换向器。
（2）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是磁场太弱(或电流太小或处在平衡位置)，这时可进行的有效尝试是：换用较强的磁场(或增加电池节数或用手拨动一下位置)。
变式1：（2024八下·金东期末）用螺丝钉、电池、导线和纽扣状磁铁，可以做成一个最简单的电动机。如图所示，螺丝钉的尾端吸着纽扣磁铁一极，尖端吸在电池的正极上，然后将导线的一端接到电池负极，另一端搭在纽扣磁铁边缘，螺丝钉就开始旋转。下列叙述正确的是（ ）
A．该电动机工作时将机械能转化为电能
B．若仅将纽扣磁铁上下翻转，螺丝钉旋转方向不变
C．若仅改变电源正负极方向，螺丝钉旋转方向不变
D．若换成电压更大的电池，螺丝钉转动速度会加快
【答案】D
【解析】电动机原理是通电导线在磁场中要受到力的作用，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，导线的受力方向也发生改变。
【解答】A.电动机工作时，将电能转化为机械能，故A正确，不符合题意；
B.通电导体中磁场中受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，仅将纽扣磁铁上下翻转，改变磁场的方向，螺丝钉会反向转动，故B错误；
C.通电导体中磁场中受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，若仅改变电源正负极方向，通过螺丝钉的电流方向发生改变，螺丝钉会反向转动，故C错误；
D.若将电池替换成电压更大的电池，通过螺丝钉的电流增大，螺丝钉转动速度加快，故D正确，
故答案为：D。
变式2：（2024八下·临海期末）某科学兴趣小组将几颗铆磁铁叠在一起，与干电池负极相连，把铜线弯折成心形线框，套在电池外面，心形线框就能绕电池转动（如图）。
（1）心形线框能绕电池转动的原理是 。
（2）要增大心形线框的转速，可采取的措施有 。（写出一条即可）
【答案】通电导线在磁场中要受到力的作用，增大电流大小
【解析】电动机原理是通电导线在磁场中要受到力的作用，力的大小与电流大小及磁场大小有关。
变式3：为了探究电动机为什么会转动，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，用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去一端全部漆皮，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，小明可采用的措施是： 、 。（写出两点）
（2）开关闭合后，如果电动机不转，可能的原因是： 、 。
（3）小明还想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是 ， 并在虚线框内画出实验电路图（电动机用符号 表示） 。
【答案】（1）改变电流方向；改变磁极方向
（2）处于平衡位置；电流太小
（3）滑动变阻器；
【解析】电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈产生旋转磁场，并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。
【解答】（1）线圈能够转动是因为通电导线在磁场中受到力的作用，所以线圈的转动方向与磁场方向和电流方向有关；故答案为：改变电流方向；改变磁场方向；
（2）线圈不动，可能是受力太小，而电动机的受力的大小与电流有关，所以可能是电流太小；或者有可能达到平衡位置；故答案为：处于平衡位置；电流太小；
（3）调节电动机转速需要改变通过线圈的电流大小，可以通过改变电阻来实现；故答案为：滑动变阻器；；
1．（2024九上·海曙开学考）如图所示为直流电动机工作原理图，下列分析正确的是
A．电动机通电后不转，一定是电路断路
B．电动机没有换向器也可实现持续转动
C．对调磁体的磁极，可以增大电动机的转速
D．改变磁场方向，可以改变线圈转动的方向
【答案】D
【解析】 A.电动机通电后不转原因分析；
B.根据换向器的作用判断；
C.直流电动机的转速和与磁场的强弱、电流的大小有关；
D.线圈转动方向跟电流方向和磁场方向有关。
【解答】 A.电动机通电后不转原因：电流太小、磁场磁性太弱、断路、线圈处于平衡位置，故A错误；
B.换向器在线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向，能使线圈连续转动下去，故B错误；
C.对调磁极只会将线圈受力反向，不会改变线圈受力的大小，线圈转动的速度将不变，故C错误；
D.线圈转动方向跟电流方向和磁场方向有关，改变其中的一者，线圈转动方向改变，同时改变两者线圈转动方向不变。改变磁场方向可以改变线圈转动方向，故D正确。
故选D。
2．（2023八下·宁波期末）如图所示圆环形绝缘凹槽内装满水银，水银的内外侧用导线接入电路，圆心处放置一块圆柱形磁铁，闭合开关后，发现水银逆时针流动，小明进行了如下操作：先对调电源的正负极，再对调磁铁的南北极，则该操作中水银的流动情况是（ ）
A．一直顺时针流动 B．一直逆时针流动
C．先逆时针流动，再顺时针流动 D．先顺时针流动，再逆时针流动
【答案】D
【解析】通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关。
【解答】水银是导体，水银的内外侧用导线接入电路通过电流后，会在磁场中受力而运动起来。通电导体在磁场中的受力方 向与磁场方向和电流方向有关，对调电源的正负极后，电流方向发生改变，因此水银受力方向改变，水银沿顺时针方向流动；再对调磁铁的南北极，磁场方向改变，则水银受力方向再一次改变，此时水银沿逆时针方向流动，
故D正确，ABC错误。
3．（2024八下·义乌期末）某同学按照说明书组装了一个电动机模型，装好后发现电动机不转动。产生该现象的原因不可能是（ ）
A．电池正负极接反 B．接线柱接触不良
C．磁体磁性太弱 D．线圈处于平衡位置
【答案】A
【解析】 电动机不转动的原因可能是电流太小、磁场不够强、线圈处于平衡位置或者接触不良等。
【解答】 A.电池正负极接反，对电动机是否转动没有影响，只影响电动机的转动方向，故A符合题意；
BCD.接线柱接触不良、磁体磁性太弱、线圈处于平衡位置，都可能导致电动机不转动，故B、C、D不符合题意。
故选A。
4．（2023八下·杭州月考）如图所示，线圈通电后，受磁场力作用将开始顺时针旋转。如果线圈固定，磁体可以绕线圈旋转，则线圈通电后，磁体将（ ）
A．开始逆时针旋转 B．开始顺时针旋转
C．保持静止 D．以上三种情况都有可能
【答案】A
【解析】通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向、磁场的方向有关，根据运动和静止的相对性分析磁体的转动方向。【解答】线圈通电后，受磁场力作用，线圈开始顺时针旋转；如果线圈是固定的，根据静止和运动的相对性可知，则线圈通电后，磁体开始逆时针旋转，故A正确，B、C、D错误。
5．如图所示，线圈abcd位于磁场中，当K与1接通时，ab段导线中电流方向为 (填“a→b"或“b→a")，ab段导线受磁场力F1的方向竖直向上，请在图中画出此时ed段导线受到的磁场力F2 ；当K改为与2接通时，ab段导线受磁场力方向 。
【答案】a→b；；竖直向下
【解析】在电源外部，电流从电源正极流出，最后回到电源的负极；根据通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向的关系，可画出此时cd段导线受到磁场力的方向，还可判断K改为与2接通时，ab段导线受磁场力的方向。
【解答】当K与1接通时，电源的左端为正极，根据在电源外部电流方向由正极流向负极可知，ab段导线中电流方向为a→b。
①图中cd的电流的方向是从c到d，与ab的电流方向相反，所以受到的力的方向是竖直向下的，作图如下：
②当K改为与2接通时，ab段导线中的电流方向改变，则受到的力的方向也会发生变化，即竖直向下。
故答案为：a→b；；竖直向下。
6．（2023八下·金东期末）如图所示的实验中，闭合开关，观察到铝棒向左运动，实验现象说明磁场对通电导体有力的作用，利用这一原理可以制成 机；断开开关，对调电源正、负两极，重新接入电路，再次闭合开关，观察到铝棒向 运动。
【答案】电动；右
【解析】通电导体在磁场中受到力的作用，电动机是利用通电导体在磁场中受力的原理工作的；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。
【解答】电动机的工作原理是：磁场对通电导体有力的作用；对调电源正、负两极，磁场方向不变，再次闭合开关时，铝棒中的电流方向与原来相反，则铝棒受力的方向也与原来相反，所以此时铝棒会向右运动。
7．（2021八下·嘉兴月考）如图所示是电流表的内部结构原理图，请用学过的知识回答下列问题：
（1）当线圈中通过电流时，指针发生偏转，其原理是 。
（2）该电流表有两个量程，若要使用大量程， 应把导线分别接在 (选填“A” 或“B”)接线柱和“－”接线柱上。
【答案】（1）通电线圈在磁场中受到力的作用（2）B
【解析】（1）根据通电导体在磁场中的受力运动分析解答。
（2）根据公式做出判断。
【解答】（1）当电表中有电流通过时，指针会发生偏转，其工作原理是通电线圈在磁场中由于受到磁场力而会发生转动，它实际上与电动机的工作原理相同；
（2） 根据图片可知，当接电流表的小量程时，只有电流经过电流表的线圈，此时电流较小。当使用大量程时，线圈和定值电阻并联，根据并联电路的电流规律I总=I1+I2可知，此时通过通过电流表的电流会变大，那么应该将B接线柱与“-”相接。
8．（2023八下·洞头期中）将一节干电池正放在磁体上，再将铜质导线绕成线圈后放在电池上，如图所示。你会发现线圈竟然连续转动起来了，这个现象的原理是 。下列对实验现象的判断，正确的有 。(填序号)
①换用磁性更强的磁体，线圈转得更快
②干电池用久了后，线圈转速将变慢
③用同样长度和粗细的镍铬合金线做线圈，转速更快
④线圈与正极间摩擦大小不影响转速的快慢
【答案】通电线圈在磁场中受力转动；①②
【解析】通电导线 （线圈）在磁场中会收到力的作用，受力的大小与磁场强度和电流大小有关，当电流一定时，磁场强度越大，受到的力就越大；当磁场强度一定时，电流越大，受到的力也越大。
【解答】第1空、线圈能连续转动起来的原理是通电线圈在磁场中受力转动。
第2空、 ①换用磁性更强的磁体、线圈在磁场中会受到更大的力，线圈转得会更快，故①正确
②干电池用久了后， 电压会降低，线圈中的电流会减少，线圈在磁场中受到的力减弱，线圈转速变慢，②正确
③用同样长度和粗细的镍铬合金线做线圈，同样长度和粗细的镍铬合金线的电阻比铜的电阻要大，通过的电流要小，因此转速会更慢，③错误
④线圈与正极间的摩擦是阻力，会阻碍线圈转动，所以会影响转速的快慢，④错误
9．（2024八下·临海期末）图甲是欧姆在研究电学原理时，设计的一款能测量电流大小的电流扭秤（内部结构如图乙）。容器A、B中装有不同温度的水银，以导线相连构成温差电源，AB两端存在电压，其电压大小由温差决定。利用悬丝在直线导体上方悬挂磁针，导体中有电流通过时，磁针偏转，为保证测量的可靠性，欧姆对电流扭秤进行了多次测试，数据如下表：
组别 水银温度/℃ 磁针偏转情况
A B 方向 角度
1 40 10 顺时针 3θ
2 40 20 顺时针 2θ
3 40 30 顺时针 θ
4 40 50 逆时针 θ
（1）实验中若要保持温差电源电压不变，则必须控制温差电源的 不变。
（2）实验过程导体中有电流通过时，磁针会偏转的原因是 。
（3）根据以上实验推测，若控制A、B中水银温度分别为30℃和50℃，则磁针偏转方向和角度分别为 。
【答案】（1）温度差
（2）磁针受到了电流产生的磁场的力的作用
（3）逆时针以及转过
【解析】电可以产生磁场，实验中运用转换法通过观察磁针偏转的角度来得到电流的大小。
【解答】（1） AB两端存在电压，其电压大小由温差决定 ， 实验中若要保持温差电源电压不变，则必须控制温差电源的温度差不变。
（2）因为通电导线周围存在磁场，当把小磁针放置其中后小磁针因受磁场力而发生偏转。
（3）根据表格数据分析可知，当A温度大于B温度时，小磁针顺时针偏转，当A的温度小于B的温度时，小磁针逆时针偏转，当温度差相同时，产生的电流相同，磁针偏转的角度相同，因此若控制A、B中水银温度分别为30℃和50℃，磁针偏转方向及角度为逆时针转过。
10．（2023六上·虎丘月考）如图所示为小金同学制作的简易直流电动机模型。他用金属丝做成两个支架，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，另一端只刮去上半周漆皮。将线圈放在支架上，磁体放在线圈下。接通电源后且用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
（1）直流电动机的工作原理是 。
（2）将线圈一端的漆全部刮去，另一端刮去一半。这样做的目的是让线圈能 。
（3）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能连续转动，请你分析可能的原因是 。(写出一点即可)
【答案】（1）通电线圈在磁场中受力而转动
（2）持续转动
（3）磁场太弱/线圈处于平衡位置
【解析】（1）根据电动机的工作原理解答。
（2）如果将线圈上的绝缘漆全部刮去，那么当线圈转过180°时，通过线圈的电流方向与原来相反，此时线圈的受力方向与运动方向相反，于是线圈在这个位置振动，最终静止下来。如果刮去半圈，那么到达这个位置时，电流被切断，可以依靠惯性回到起始位置，从而保证线圈持续转动。
（3）如果磁场太弱，那么线圈受到的磁力太小，不足以克服阻力而开始转动。如果线圈处于平衡位置，那么线圈两侧受到的力相互抵消，不能使线圈转动起来，据此分析解答。
【解答】（1）直流电动机的工作原理是：通电线圈在磁场中受力而转动。
（2）将线圈一端的漆全部刮去，另一端刮去一半。这样做的目的是让线圈能持续转动。
（3）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能连续转动，可能的原因是：磁场太弱或线圈处于平衡位置。
11．（2023八下·新昌期中）如图是检验磁场对通电导体作用力的实验装置。当导线ab中有某方向电流通过时，它受到磁场的作用力方向向右。
（1）如果仅将磁极对调位置，导线AB受力方向 。
（2）如果磁极位置不变，仅改变AB中的电流方向，导线AB受力方向 。
（3）若同时对调磁极位置和改变电流方向，导线AB的受力方向 。
【答案】（1）左（2）左（3）右
【解析】（1）通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关；
（2）通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关；
（3）根据影响通电导体在磁场中的受力方向的影响因素分析解答。
【解答】（1）如果仅将磁极对调位置，那么磁场方向发生改变，则导线AB的受力方向与原来相反，即导线AB受力方向左。
（2）如果磁极位置不变，仅改变AB中的电流方向，那么导线AB受力方向与原来相反，即AB受力方向为向左。
（3）若同时对调磁极位置和改变电流方向，那么导线AB的受力方向先调转再调转，最终与原来方向相同，即受力方向为向右。
12．如图，用铜制裸导线绕制成长螺线管当作轨道，固定在水平桌面上。将两个相同的强磁铁固连在一节新干电池两极上，制成“小车”。把小车从左侧入口完全推入螺线管后，小车就会向前运动起来。运用你学过的知识，回答以下问题：
（1）小车能在铜制裸导线绕制成的长螺线管内持续运动，一定是小车受到了 的作用。
（2）进一步分析可以发现小车与其附近的导线构成通电回路，小车就处在电流方向相同的环形电流中，与 (填“电动机”或“发电机”)的原理-样，小车就会运动起来。
【答案】（1）力（2）电动机
【解析】通电导体在磁场中受力运动，据此制成了电动机；发电机的工作原理是电磁感应现象。
【解答】（1）将两个强磁铁固连在一节新干电池两极上，制成“小车”，把小车从左侧入口完全推入螺线管后，小车就会向前运动起来。分析可知，小车与其附近的导线构成通电回路，由于磁场对通电导体有力的作用，且力的作用是相互的，所以通电导体对小车有力的作用，则小车会运动起来。
（2）小车与其附近的导线构成通电回路，小车就处在电流方向相同的环形电流中，小车受到磁场力的作用而运动，与电动机的工作原理相同。
13．（2023八下·浙江期中）为了探究电动机为什么会转动，小明根据电动机的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，分别与电源的两极相连，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，小明可采取的措施是（ ）
A．改变电流的方向 B．提高电源电压
C．增加线圈的匝数 D．同时改变磁场方向和电流方向
（2）开关闭合后，如果电动机不转动，原因不可能是（ )
A．磁体磁性太弱 B．线圈处于平衡位置
C．通过线圈的电流太大 D．电源电压太低
（3）对简易电动机进行改良后制作出现在可以连续转动的电动机，是因为在线圈两边安装了 。
（4）小明想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是 。
【答案】（1）A
（2）C
（3）换向器
（4）滑动变阻器
【解析】（1）根据通电导体在磁场中的受力方向的影响因素判断；
（2）根据电动机的工作过程和结构判断；
（3）在电动机中，线圈连接在两个铜半环上，当线圈转动180°时会改变进入线圈的电流方向，从而使线圈受到的磁力方向推动线圈继续转动，这就是换向器。
（4）通电导体在磁场中的受力大小与磁场强弱和电流大小有关，据此分析解答。
【解答】（1）要改变线圈的转动方向，可以改变线圈的受力方向，即改变电流方向或磁场方向，故选A。
（2）磁体磁性太弱，则线圈受到的磁力太小，则电动机可能不转，故A不合题意；
线圈处于平衡位置，此时线圈受到的磁力相互抵消，则电动机可能不转，故B不合题意；
通过线圈的电流太大，则线圈受到的磁力会太大，这会导致线圈转速增大，故C符合题意；
电源电压太低，则通过线圈的电流太小，线圈受到的磁力太小，可能导致线圈不转，故D不合题意。
故选C。
（3）对简易电动机进行改良后制作出现在可以连续转动的电动机，是因为在线圈两边安装了换向器。
（4）要调节电动机的转速，就要改变通过电动机的电流，则还需要器材滑动变阻器。
14．（2024八下·杭州期末）项目学习小组实验发现，装在筒内的电动机带动风叶转动时，电动机转动方向改变，气流方向也改变，如图甲所示。于是想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”：既能收集书桌上的小纸屑，又能吹风纳凉。他们制定的产品评价表如下。
评价指标 评价等级
优秀 合格 待改进
指标一 能吸纸屑、吹风且风速可调 能吸纸屑、吹风，风速不可调 只能吸纸屑或只能吹风
指标二 吸纸屑后，吹风时无纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时有部分纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时全部纸屑吹出
小组同学设计如图乙电路，利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型，其工作原理示意图如图丙。
（1）图乙中，通过切换开关s，可以改变电动机转向的原因是 。
（2）将开关S与"1"连接，旋钮OP绕О点沿箭头方向转动时，电动机转速如何变化 。
（3）对模型测试时，其"指标一"为优秀。请结合评价量表，分析该模型的“指标二"所处的评价等级（“优秀”、“合格”、“待改进”），并说明理由 。
【答案】（1）改变通过电动机电流的方向
（2）变慢
（3）合格，理由是：吸纸屑时收集盒右侧的阀门打开，从而将纸屑吸入收集盒，同时也有一部分纸屑被吸到隔板下面，吹风时，收集盒右侧的阀门关闭，收集盒内的纸屑不会被吹出，但隔板下面的纸屑会被吹出。
【解析】（1）根据图乙分析切换开关S时通过电动机电流方向的变化，进而分析电动机转向改变的原因；
（2）根据图乙分析旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时变阻器接入电路的电阻变化，根据欧姆定律分析电路中电流的变化，进而分析电动机转速的变化；
（3）根据图丙分析吹风时有无纸屑吹出，进而判断该模型的“指标二”评价等级。
【解答】 （1）由图乙可知，开关S与“1”连接时，电流从电动机的上方流入，开关S与“2”连接时，电流从电动机的下方流入，即切换开关S后，通过电动机电流的方向发生改变，因此电动机转向改变的原因是改变通过电动机电流的方向；
（2）他图乙可知，将开关S与“1”连接，旋钮OP绕O点沿箭头方向转动时，变阻器接入电路的电阻变大，由欧姆定律可知，此时通过电动机的电流变小，电动机的转速变慢；
（3）由图丙可知，吸纸屑时收集盒右侧的阀门打开，从而将纸屑吸入收集盒，同时也有一部分纸屑被吸到隔板下面，吹风时，收集盒右侧的阀门关闭，收集盒内的纸屑不会被吹出，但隔板下面的纸屑会被吹出，结合表中的指标二可知，吸纸屑后，吹风时有部分纸屑被吹出，因此该模型的“指标二”评价等级为合格。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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第4节 电动机
考点一、磁场对通电导体的作用
（一）磁场对通电直导线的作用
实验探究:如图所示，把导线AB放在磁场中光滑的金属导轨上，接通电源，让电流通过导线AB,则导线AB在磁场中运动起来，说明磁场对通电导线有力的作用。
(1)只把电源正、负极对调后接人电路，从而改变导线AB中的电流方向，则导线AB运动方向发生改变，即导线AB受力的方向发生改变。
(2)只把磁极对调一下，改变磁场方向，导线AB运动方向发生改变，即导线AB受力的方向也发生改变。
(3)如果把电源正、负极对调后接入电路，同时对调一下磁极，即同时改变导线AB中的电流方向和磁场方向，导线AB的运动方向不变，即导线AB受力的方向不变。
结论:①通电导线在磁场中受到力的作用。②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，导线的受力方向改变；同时改变电流方向和磁场方向，导线的受力方向不变。③受力大小与电流大小和磁场强弱有关:电流越大，磁场越强，受力越大。
（二）磁场对通电线圈的作用
(1)通电线圈在磁场中的运动情况
通电线圈所在平面与磁场平行时，线圈发生转动。通电线圈所在平面与磁场垂直时，线圈不发生转动。
(2)通电线圈在磁场中的转动分析
如图所示，使线圈位于磁体两磁极之间的磁场中。
①使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，发现线圈并没有转动，这是由于线圈上、下两边受力大小相等、方向相反，即线圈受力平衡。这个位置是线圈的平衡位置。
②使线圈静止在图甲位置上，闭合开关，线圈受力沿顺时针方向转动，能靠惯性转过平衡位置，但不能继续转动下去，最后要返回平衡位置。
③使线圈静止在图丙位置上，闭合开关，线圈沿逆时针方向转动，说明线圈在这个位置所受的作用力是阻碍它沿顺时针方向转动的。
(3)通电线圈在磁场里受到力的作用而发生转动时，电能转化为机械能。电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而发生转动的原理制成的。
典例1：（2024八下·温州月考）在观察“磁场对通电直导线的作用”活动中，小明用导线在固定的接线柱MN下悬挂一根较轻的金属棒ab，然后将其作为通电导线接入电路放在蹄形磁体的磁场里，如图甲所示。
（1）在做实验前，为了排除其他因素的干扰，应选择 (填“铁”或“铝”)棒。
（2）闭合开关，小明看到金属棒ab稳定时如图乙所示，要观察到金属棒ab稳定时如图丙所示，小明的操作可能是 。
（3）小明进一步提出问题：在同一磁场中，磁场对导线的作用力大小与通过导线的电流大小是否有关 为研究该问题，请在图甲所示的实验基础上，添加合适电学元件并简要写出实验步骤。
变式1：如图所示，给甲、乙两图中的矩形线圈通电，则下列说法中正确的是( )
A．甲中线圈转动，乙中线圈不转动
B．乙中线圈转动，甲中线圈不转动
C．甲、乙中的线圈都会转动
D．甲、乙中的线圈都不会转动
变式2：如图所示，在一绝缘棒下部用导线悬挂金属棒AB，AB棒置于蹄形磁铁两磁极中间，当通以图示方向的电流时，磁场对AB棒 (填“有”或“无")力的作用。若此时看到AB棒向右侧摆动，仅改变电流方向时可看到AB棒向 (填“左”或“右”)侧摆动；若仅将磁铁上下翻转，可看到AB棒向 (填“左”或“右")侧摆动。这一现象说明通电导体在磁场中受力的方向与 方向和 方向有关。
变式3：小明在制作电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm。然后，用小刀刮两端引线的漆皮。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁，如图甲所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会持续转动。
①在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，若左转轴下侧的绝缘漆都刮掉，可将右转轴 （选填“上侧”或“下侧”）绝缘漆都刮掉。
②图乙中的直流电动机的线圈可以持续转动，是因为它加装了 ，该装置能在线圈 （选填“刚转到”、“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
考点二、直流电动机
（一）直流电动机的工作原理
直流电动机靠直流电源供电，是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理制成的，是把电能转化为机械能的装置。
（二）直流电动机的构造
如图所示，直流电动机主要由磁体(定子)、线圈(转子)、换向器和电刷等构成。
（三）换向器的结构与作用
(1)结构:由两个相互绝缘的铜质半环构成，两个铜质半环与线圈相连，并随线圈一起转动，跟电刷接触与电源组成闭合电路。
(2)作用:当线圈刚转过平衡位置时，能改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动。
（四）影响直流电动机转动方向和速度的因素重点
(1)转动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，转动方向改变；电流方向和磁场方向同时改变，则转动方向不变。
(2)转速大小与电流大小和磁场强弱有关:电流越大，磁场越强，转速越快。
（五）直流电动机模型装好通电后电动机不转动的主要原因
(1)电流不通:①电刷与铜制半环接触不良；②开关处接触不良或开关没闭合；③电源处接触不良。
(2)摩擦太大:①轴与轴之间摩擦太大；②电刷和换向器接触太紧。
(3)电流太小:①电源电压太低；②使用的滑动变阻器的阻值太大。
(4)仪器装配位置不正确:线圈处于平衡位置，只要将线圈轻轻转动一下就可以。
典例1：（2023八下·吴兴期末）吴老师在上电动机这节课的时候给同学们介绍了一种简易电动机制作方法：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，以线圈两端的漆包线拉直作为线圈转动轴，用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮；将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方。
（1）上述中一端只刮去上半周漆皮，这是为了使这一端相当于直流电动机的哪个结构？ 。 （2）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是 ，这时可进行的有效尝试是 。
变式1：（2024八下·金东期末）用螺丝钉、电池、导线和纽扣状磁铁，可以做成一个最简单的电动机。如图所示，螺丝钉的尾端吸着纽扣磁铁一极，尖端吸在电池的正极上，然后将导线的一端接到电池负极，另一端搭在纽扣磁铁边缘，螺丝钉就开始旋转。下列叙述正确的是（ ）
A．该电动机工作时将机械能转化为电能
B．若仅将纽扣磁铁上下翻转，螺丝钉旋转方向不变
C．若仅改变电源正负极方向，螺丝钉旋转方向不变
D．若换成电压更大的电池，螺丝钉转动速度会加快
变式2：（2024八下·临海期末）某科学兴趣小组将几颗铆磁铁叠在一起，与干电池负极相连，把铜线弯折成心形线框，套在电池外面，心形线框就能绕电池转动（如图）。
（1）心形线框能绕电池转动的原理是 。
（2）要增大心形线框的转速，可采取的措施有 。（写出一条即可）
变式3：为了探究电动机为什么会转动，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，用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去一端全部漆皮，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，小明可采用的措施是： 、 。（写出两点）
（2）开关闭合后，如果电动机不转，可能的原因是： 、 。
（3）小明还想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是 ， 并在虚线框内画出实验电路图（电动机用符号 表示） 。
1．（2024九上·海曙开学考）如图所示为直流电动机工作原理图，下列分析正确的是
A．电动机通电后不转，一定是电路断路
B．电动机没有换向器也可实现持续转动
C．对调磁体的磁极，可以增大电动机的转速
D．改变磁场方向，可以改变线圈转动的方向
2．（2023八下·宁波期末）如图所示圆环形绝缘凹槽内装满水银，水银的内外侧用导线接入电路，圆心处放置一块圆柱形磁铁，闭合开关后，发现水银逆时针流动，小明进行了如下操作：先对调电源的正负极，再对调磁铁的南北极，则该操作中水银的流动情况是（ ）
A．一直顺时针流动 B．一直逆时针流动
C．先逆时针流动，再顺时针流动 D．先顺时针流动，再逆时针流动
3．（2024八下·义乌期末）某同学按照说明书组装了一个电动机模型，装好后发现电动机不转动。产生该现象的原因不可能是（ ）
A．电池正负极接反 B．接线柱接触不良
C．磁体磁性太弱 D．线圈处于平衡位置
4．（2023八下·杭州月考）如图所示，线圈通电后，受磁场力作用将开始顺时针旋转。如果线圈固定，磁体可以绕线圈旋转，则线圈通电后，磁体将（ ）
A．开始逆时针旋转 B．开始顺时针旋转
C．保持静止 D．以上三种情况都有可能
5．如图所示，线圈abcd位于磁场中，当K与1接通时，ab段导线中电流方向为 (填“a→b"或“b→a")，ab段导线受磁场力F1的方向竖直向上，请在图中画出此时ed段导线受到的磁场力F2 ；当K改为与2接通时，ab段导线受磁场力方向 。
6．（2023八下·金东期末）如图所示的实验中，闭合开关，观察到铝棒向左运动，实验现象说明磁场对通电导体有力的作用，利用这一原理可以制成 机；断开开关，对调电源正、负两极，重新接入电路，再次闭合开关，观察到铝棒向 运动。
7．（2021八下·嘉兴月考）如图所示是电流表的内部结构原理图，请用学过的知识回答下列问题：
（1）当线圈中通过电流时，指针发生偏转，其原理是 。
（2）该电流表有两个量程，若要使用大量程， 应把导线分别接在 (选填“A” 或“B”)接线柱和“－”接线柱上。
8．（2023八下·洞头期中）将一节干电池正放在磁体上，再将铜质导线绕成线圈后放在电池上，如图所示。你会发现线圈竟然连续转动起来了，这个现象的原理是 。下列对实验现象的判断，正确的有 。(填序号)
①换用磁性更强的磁体，线圈转得更快
②干电池用久了后，线圈转速将变慢
③用同样长度和粗细的镍铬合金线做线圈，转速更快
④线圈与正极间摩擦大小不影响转速的快慢
9．（2024八下·临海期末）图甲是欧姆在研究电学原理时，设计的一款能测量电流大小的电流扭秤（内部结构如图乙）。容器A、B中装有不同温度的水银，以导线相连构成温差电源，AB两端存在电压，其电压大小由温差决定。利用悬丝在直线导体上方悬挂磁针，导体中有电流通过时，磁针偏转，为保证测量的可靠性，欧姆对电流扭秤进行了多次测试，数据如下表：
组别 水银温度/℃ 磁针偏转情况
A B 方向 角度
1 40 10 顺时针 3θ
2 40 20 顺时针 2θ
3 40 30 顺时针 θ
4 40 50 逆时针 θ
（1）实验中若要保持温差电源电压不变，则必须控制温差电源的 不变。
（2）实验过程导体中有电流通过时，磁针会偏转的原因是 。
（3）根据以上实验推测，若控制A、B中水银温度分别为30℃和50℃，则磁针偏转方向和角度分别为 。
10．（2023六上·虎丘月考）如图所示为小金同学制作的简易直流电动机模型。他用金属丝做成两个支架，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，另一端只刮去上半周漆皮。将线圈放在支架上，磁体放在线圈下。接通电源后且用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
（1）直流电动机的工作原理是 。
（2）将线圈一端的漆全部刮去，另一端刮去一半。这样做的目的是让线圈能 。
（3）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能连续转动，请你分析可能的原因是 。(写出一点即可)
11．（2023八下·新昌期中）如图是检验磁场对通电导体作用力的实验装置。当导线ab中有某方向电流通过时，它受到磁场的作用力方向向右。
（1）如果仅将磁极对调位置，导线AB受力方向 。
（2）如果磁极位置不变，仅改变AB中的电流方向，导线AB受力方向 。
（3）若同时对调磁极位置和改变电流方向，导线AB的受力方向 。
12．如图，用铜制裸导线绕制成长螺线管当作轨道，固定在水平桌面上。将两个相同的强磁铁固连在一节新干电池两极上，制成“小车”。把小车从左侧入口完全推入螺线管后，小车就会向前运动起来。运用你学过的知识，回答以下问题：
（1）小车能在铜制裸导线绕制成的长螺线管内持续运动，一定是小车受到了 的作用。
（2）进一步分析可以发现小车与其附近的导线构成通电回路，小车就处在电流方向相同的环形电流中，与 (填“电动机”或“发电机”)的原理-样，小车就会运动起来。
13．（2023八下·浙江期中）为了探究电动机为什么会转动，小明根据电动机的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，分别与电源的两极相连，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，小明可采取的措施是（ ）
A．改变电流的方向 B．提高电源电压
C．增加线圈的匝数 D．同时改变磁场方向和电流方向
（2）开关闭合后，如果电动机不转动，原因不可能是（ )
A．磁体磁性太弱 B．线圈处于平衡位置
C．通过线圈的电流太大 D．电源电压太低
（3）对简易电动机进行改良后制作出现在可以连续转动的电动机，是因为在线圈两边安装了 。
（4）小明想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是 。
14．（2024八下·杭州期末）项目学习小组实验发现，装在筒内的电动机带动风叶转动时，电动机转动方向改变，气流方向也改变，如图甲所示。于是想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”：既能收集书桌上的小纸屑，又能吹风纳凉。他们制定的产品评价表如下。
评价指标 评价等级
优秀 合格 待改进
指标一 能吸纸屑、吹风且风速可调 能吸纸屑、吹风，风速不可调 只能吸纸屑或只能吹风
指标二 吸纸屑后，吹风时无纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时有部分纸屑吹出 吸纸屑后，吹风时全部纸屑吹出
小组同学设计如图乙电路，利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型，其工作原理示意图如图丙。
（1）图乙中，通过切换开关s，可以改变电动机转向的原因是 。
（2）将开关S与"1"连接，旋钮OP绕О点沿箭头方向转动时，电动机转速如何变化 。
（3）对模型测试时，其"指标一"为优秀。请结合评价量表，分析该模型的“指标二"所处的评价等级（“优秀”、“合格”、“待改进”），并说明理由 。
思维导图
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