18.3磁场对通电导线的作用学案--沪科版新版九年级

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【学习目标】
1.通过实验，了解通电导线在磁场中会受到力的作用，知道力的方向与电流方向和磁场方向有关。
2.知道电动机的构造和工作原理及其能量转化。
3.会安装和制作简单的电动机。
重点：1.通电导线在磁场中会受到力的作用，且力的方向与电流方向和磁场方向有关。
2. 理解直流电动机的基本工作原理及换向器的作用。
难点：1.准确判断通电导线在磁场中受力的方向，尤其是当两个因素同时改变时的综合影响。
2. 理解换向器如何实现线圈连续转动的机制，突破对“惯性”与“自动切换电流方向”的认知盲区。
【自主学习】
1. 磁场对通电导线具有_______的作用，其作用力的方向与_________的方向、________的方向有关。
2.扬声器就是利用了_______________这一原理制作而成的。扬声器俗称喇叭，是一种将________转换成为声音的器件。
3.电磁弹射技术利用通电导体在磁场中________使物体加速，只要保证足够的电流输入，便能在发射装置内产生足够大的推力，使物体达到更高的速度。
4.电动机
（1）电动机就是根据 的原理制成的，它的主要构造包括 、 、电刷、换向器等。
（2）电动机工作时将 能转换为 能。
【合作探究】
（一）实验：探究通电导线在磁场中的受力情况
1.实验目的
（1）观察通电导线在磁场中是否受力运动。
（2）探究受力方向与电流方向、磁场方向的关系。
2.实验器材
金属轨道、磁铁、开关、电池、能够在轨道上滚动的金属杆。
3.实验步骤
（1）将导体棒水平放在磁铁两极之间，接通电路，观察导体棒是否运动。
（2）保持磁场方向不变，对调电源正负极
即改变电流方向，再次接通电路，观察运动方向是否改变。
（3）恢复原电流方向，对调磁铁 N、S 极即改变磁场方向，再次接通电路，观察运动方向是否改变 。
（4）同时改变电流方向和磁场方向，再次接通电路，观察运动方向是否再次改变。
思考讨论1：请叙述你观察到的实验现象，并说明以上实验现象说明了什么？
4.实验结论
（1）通电导线在磁场中会受到______的作用。
（2）只改变电流方向或只改变磁场方向，受力方向都会_______；若两者同时反向，受力方向_______。
大量实验表明：磁场对通电导线具有___________的作用，其作用力的方向与________、__________有关。
思考讨论2：电流方向与磁场方向平行时，导体受力的作用吗？
导体不受力的作用 通电导体受到力的作用
（二）通电导线在磁场中会受到力的作用原理应用
1.扬声器就是利用这一原理制作而成的
动圈式扬声器结构示意图
（1）动圈式扬声器
①结构： 主要由_______、________、锥形纸盆等构成。
②作用：把________转换成声信号。
③原理：扬声器的线圈中通入携带声音信息时刻变化的_______，由于线圈中的电流方向不断变化，线圈就不断地来回_______，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。
2. 电磁弹射技术利用通电导体在磁场中______使物体加速，我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰—福建舰，采用了先进的________，比传统的蒸汽弹射系统更加先进，使舰载机的起飞更加高效和可靠。
我国自主设计和建造的航空母舰
1. 电动机的组成
（1）外壳：保护内部组件，防止外部灰尘和湿气进入。
（2）定子：由永久磁体和机壳组成。
（3）转子：包括转子线圈和换向器，转子线圈嵌在铁芯上。
（4）电刷：固定在机壳上，与机外电源接线柱连接，转子转动时，换向器在电刷上滑动，与电源接通。
2.直流电动机工作的原理
电动机是根据________________的作用的原理制成的，它是将电能转化为机械能的装置
（1）通电线圈的作用
如图所示通电线圈在磁场中两边受力，但方向______，发生顺时针转动。
当线圈的平面与磁感线垂直时，通电线圈受平衡力作用，达到平衡位置，由于_______，线圈还会继续转动。
线圈靠惯性越过平衡位置的后，磁场力作用的结果使线圈_______旋转。
最终通电线圈静止在________
思考1：怎样让线圈越过平衡位置，继续转动下去？
直流电动机持续转动的原理
①换向器
换向器：__________的半环称为换向器如图中 1、2。
作用：及时___________线圈中的电流方向，使受力方向总是________，线圈一直转动下去。
②电刷
作用：与半环接触，使电源和线圈组成__________，如图中 3、4。直流电源的正、负极分别通过电刷与__________接触，使电源和线圈形成闭合电路。
（3）直流电动机原理图分析
线圈处于此位置时，线圈中的电流从半环2流向半环1，线圈 AB 边受力向上，CD 边受力向下，线圈顺时针转动。
线圈转至平衡位置时，两电刷与半环无接触，线圈中无电流所以不受力，线圈由于惯性会越过平衡位置。
线圈越过平衡位置后，线圈中的电流从半环 1 流向半环 2，线圈 AB 边受力向下，CD 边受力向上，线圈仍然顺时针转动。
线圈又转至平衡位置时，与图（b）情况相似，线圈由于惯性会越过平衡位置。
思考2：电动机连续转动的原因是什么？
【归纳整理】
1.磁场对电流的作用
（1）磁场对通电导体有力的作用
（2）力的方向与电流方向和磁场方向有关
2.直流电动机
（1）原理：通电线圈在磁场中受力而转动
（2）基本组成：换向器、转子、定子
（3）换向器作用：线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中电流的方向
【课堂练习】
1.如图是我国自主设计建造的航空母舰——福建舰上的电磁弹射装置的示意图，电磁弹射装置的弹射车与战斗机前轮连接，并处于强磁场中。当弹射车内的导体通以强大电流时，战斗机就会受到强大的推力而向前弹射飞出。电磁弹射装置的工作原理是（ ）
A．通电导体在磁场中受到力的作用
B．欧姆定律
C．焦耳定律
D．通电导体周围存在磁场
2.利用图甲装置“观察磁场对通电直导线的作用”，在M、N之间接入电源，通电后轻质铝棒AB向左运动，若只调换磁体的N、S极，通电后铝棒AB将向_______运动；图乙中，不改变线圈中的电流方向，线圈_______ （能/不能）持续转下去。
3.如图所示装置是_______的工作模型，在工作过程中，_______起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过_______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，工作时它是把____能转化为_______ 能。
【课后巩固】
1. 电动机工作时将电能主要转化为 ________ 能。电熨斗、日光灯、电扇、洗衣机、电饭锅、微波炉、电热毯、电热水器等家用电器中使用了电动机的有 ___________。调查一下，你家中还有哪些用电器用到了电动机？
2. 观察电动机的结构，请陈述电动机的工作原理。
3. 下列关于直流电动机的说法中正确的是（　　）。
A. 直流电动机的原理是电流的磁效应
B. 直流电动机正常工作时，主要是将电能转化为内能
C. 直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜半环组成的
D. 电源的正、负极和磁场的方向都改变，直流电动机的转动方向也改变
4. 如图所示，闭合开关，导体受到磁场力的作用向左运动，这是由于磁场对 ________ 有力的作用；若改变电流方向，同时将磁体磁极对调，导体棒将向 ________ 运动。
5. 图是某小组制作的一个简易电动机。用硬金属丝做两个支架， 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。用小 刀刮去轴的一端的全部漆皮，另一端刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体 放在线圈下。接通电源并用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。请回 答下面的问题。
（1） 推一下线圈的原因是：_________________________________________；
（2） 线圈不停转动的原因是：________________________________________；
（3） 要使线圈的转动方向发生改变，请提出两个方案。
① ____________________________________________________________。
② ____________________________________________________________。
6. 动圈式扬声器结构如图所示。如果把它引出线的一端接在电池正极，另一端不断摩擦电池负极，你将听到“咔嚓、咔嚓”的声音。请先试一试，再分析为什么。
1.下列实验装置能体现电动机工作原理的是（　　）
A． B．C． D．
2. 如图所示装置，闭合开关，原来静止的导体棒ab向右运动，这说明磁场对通电导体有力的作用；若要使导体棒ab向左运动，可以改变 ，根据这个原理可以制成 。
3. 如图所示，把导线AB放在蹄形磁铁的磁场中，接通电源，让电流通过导线AB，发现导线AB会在导轨上向左运动，若把电源的正负极对调后接入电路，则导线AB （选填“向左”或“向右”）运动；若保持导线AB中的电流方向（由A到B）不变，把磁极对调，则导线AB （选填“向左”或“向右”）运动；若同时改变磁场方向和电流方向，则导线AB运动方向 （选填“变化”或“不变”）。实验表明： 对 有力的作用，通电导线受力的方向跟 方向和 方向有关。
4.小聪利用如图所示的装置做“探究磁场对通电导体的作用”实验。
（1）导体ab应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）；
（2）接通电源，导体ab向右运动，说明磁场对通电导体有 的作用，该过程中 能转化为 能；
（3）将图中磁体的N、S极对调或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向 运动，说明通电导体在磁场中受到力的方向与 、 方向有关；
（4）如果将滑动变阻器的滑片向左移动，闭合开关，发现导体ab不动或运动得很慢，这说明通电导体所受磁场力的大小与 有关。
5. 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。
（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ab ；闭合开关后，导体ab ，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”）确定通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案： 1. 力 磁场 电流 2.通电导线在磁场中会受到力的作用 电信号3. 受力4（1）通电导线在磁场中受到力的作用 磁极 线圈 （2）电 机械
【合作探究】
探究点一：
答案：（一）实验：探究通电导线在磁场中的受力情况
思考讨论1：参考答案： 闭合开关后，通电导线会向一侧摆动。说明导线受到磁场力；
调换磁铁两极（磁场方向改变），导线摆动方向与之前相反； 调换电池正负极（电流方向改变），导线摆动方向也与之前相反。说明作用力的方向跟电流方向和磁场方向有关。
4.（1）力 （2）反向 不变 （3）力 磁场的方向 电流的方向
思考讨论2：导体不受力的作用。只有当电流方向与磁场方向斜交或垂直时，通电导体才会受到力的作用。
（二）通电导线在磁场中会受到力的作用原理应用
1.①线圈 永久磁体 ②电信号 ③电流 振动2. 受力 电磁弹射技术
探究点二：
答案： 2. 通电导线在磁场中会受力（1）相反 惯性 逆时针 平衡位置
参考答案：这就需要用换向器来改变电流的方向，来实现通电线圈在磁场中持续地转动。
（2）①相互绝缘 改变 相同②闭合电路 换向器
（3）思考2参考答案：每当线圈刚转过平衡位置时，半环就立即改变线圈中的电流方向，线圈两边受到的力就会改变，线圈就按照原来的方向继续转动下去。
【课堂练习】
1.【答案】A
【详解】电磁弹射装置的弹射车与战斗机前轮连接，并处于强磁场中，当弹射车内的导体通过强大的电流时，战斗机就受到强大的推力而向前弹射飞出，由此可知，其工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
2.【答案】右 不能
【详解】[1]导体受力方向与电流方向及磁场方向有关。在M、N之间接入电源，通电后轻质铝棒AB向左运动，若电流的方向不变，只调换磁体的N、S 极，改变磁场的方向，通电后铝棒AB的受力方向也发生改变，故将向右运动。
[2]由图乙知，线圈越过了平衡位置以后，由于不改变线圈中的电流方向，ab受到竖直向上的磁场力作用，cd受到竖直向下的磁场力作用，且两个力的大小相等，作用效果相互抵消，因此线圈不会持续转下去。
3答案：电动机 换向器 平衡 电流方向 电 机械
【解析】根据图中可以知道通电线圈在磁场中受力转动，这是一个电动机的工作模型。工作过程中，换向器起到关键作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，这样线圈受力就改变了，就可以连续转动。工作时，电动机把电能转化为机械能。
【课后巩固】
基础练习
1.答案：机械能 电扇、洗衣机
解析；在生活中，我们使用电动机的吸尘器、搅拌机、电动剃须刀等。
2.答案：电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用。当电流通过电动机的线圈时，线圈在磁场中受到力的作用而转动，从而将电能转化为机械能。
3.答案： C
解析：直流电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，将电能转化为机械能，转动方向与电流方向和磁场方向均有关，二者同时改变，转动方向不变。
4.答案：电流（通电导体） 左
解析：（1） 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）改变电流的方向或磁场的方向都可以改变导体的受力方向，从而使其运动方向不同，若改变电流方向，同时将磁铁磁极对调，导体棒将向左运动。
5.答案：（1）使线圈越过平衡位置（2） 通电线圈在磁场中受到力的作用（3）①只改变磁场方向 ②只改变电流方向
解析：（1）当线圈在平衡位置，由于没有电流通过，故要人工转动，越过平衡位置后，线圈就受到了磁场的力的作用而转动下去；
（2）在实验中通电线圈在磁场中受到力的作用，使线圈能持续转动；
（3）影响线圈的转动方向是电流的方向和磁场的方向。故要使线圈的转动方向发生改变，只要改变其中一个因素即可。
6.答案：当引出线的一-端接在电池正极，另一端摩擦电池负极时，线圈中产生变化的电流，导致线圈在磁场中振动，从而带动纸盆振动发出声音。
能力提升
1.【答案】A
【详解】电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理制成的。
A．开关闭合后，通电导体受到磁场的作用，可以在导轨上运动，将电能转化为机械能，这符合电动机的工作原理，故A符合题意；
B．电源、开关、滑动变阻器、定值电阻和电流表串联，电压表并联在定值电阻两端，此实验为测量定值电阻的阻值或探究电流与电压、电阻关系的实验，故B不符合题意；
C．闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中会产生电流，这是电磁感应现象，是发电机的工作原理，故C不符合题意；
D．闭合开关，通电螺线管中有电流流过时，会产生磁性，吸引悬挂的铁块，利用的是电流的磁效应，通过滑动变阻器改变电路中的电流，观察悬挂的铁块弹簧的伸长量判断磁性的强弱，可以研究电磁铁磁性的强弱与电流大小的关系，故D不符合题意。
故选A。
2.【答案】改变磁场的方向或改变电流的方向 电动机
【解析】【小题1】[1][2]闭合开关，静止的导体棒ab右运动，这说明磁场对电流有力的作用；通电导线所受磁场力的方向由电流方向、磁场方向决定，若要使导体棒ab向左运动，可以改变磁场的方向或改变电流的方向；根据这个原理可以制成电动机。
3.【答案】向右 向右 不变 磁场 通电导线 电流 磁场
【详解】[1]原来导线AB向左运动，当把电源正负极对调后，电流方向改变，而磁场方向不变。根据通电导线在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关，电流方向改变时，受力方向也会改变，所以导线AB会向右运动。
[2]保持导线AB中的电流方向不变，把磁极对调，此时磁场方向改变。同样依据通电导线在磁场中受力方向与电流、磁场方向的关系，磁场方向改变，受力方向改变，导线AB会向右运动。
[3]若同时改变磁场方向和电流方向，根据受力方向的规律，当电流方向和磁场方向同时改变时，通电导线的受力方向不变，导线AB运动方向不变。
[4][5][6][7]综合前面的实验情况，磁场对通电导线有力的作用，通电导线受力方向跟电流方向和磁场方向有关。
4.【答案】（1）铝棒 （2）力 电 机械 (3) 左 磁场方向 电流 （4）电流大小
【详解】（1）为了确保实验中导体不受磁场的额外影响，应选择非磁性材料。铁棒是磁性材料，而铝棒是非磁性材料，因此应选择铝棒。
（2）[1][2][3]力可以改变物体的运动状态，当导体ab通电后在磁场中运动，说明磁场对通电导体有力的作用。在这个过程中，消耗电能，得到导体ab的机械能，因此是将电能转化为机械能。
（3）[1][2][3]将磁体的N、S极对调（磁场方向改变）或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向左运动，说明导体ab受到磁体对其的作用力方向发生变化，从而说明通电导体在磁场中受到力的方向与磁场方向、电流方向有关。
（4）滑动变阻器滑片向左移动，闭合开关，变阻器连入电路的电阻变大，导致电路中电流减小，导体ab不动或运动得很慢，可知导体ab所受磁场力的大小发生变化，这说明通电导体所受磁场力的大小与电流大小有关。
5.【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
【详解】（1）通电导体周围存在磁场，所以磁体会对通电导体产生力的作用。
（2）[1][2][3]闭合开关前，电路无电流，导体ab静止。闭合开关后，导体ab运动（或受力运动）。说明磁场对通电导体有力的作用。
（3）[1][2]磁极对调说明磁场方向改变，观察到导体运动方向相反。说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关。
（4）[1][2]电源正负极对调，电流方向改变 ，观察到导体运动方向相反。说明通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关。
（5）同时改变磁场方向和电流方向，受力方向不变（因为两者都反向时，受力方向相同），所以不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。
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