【核心素养】双减作业本16.3磁场对电流的作用 电动机（苏科2024版九年级下册）含详解

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双减作业本16.3磁场对电流的作用 电动机
1．知道磁场对通电导体有力的作用，知道该力的方向与哪些因素有关；
2．通过“探究磁场对通电线圈的作用”活动，了解电动机的工作原理和能量转化；
3．了解直流电动机的构造，了解电动机在电器中的应用。
4．学会安装直流电动机的模型。
5．进一步了解直流电动机的构造和工作原理。
6．知道如何改变直流电动机的转向和转速。[来源
7．会对电动机一些常见的故障进行分析，并能排除基本故障。
（巩固性作业）
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．如图所示的设备中利用磁场对电流的作用原理制成的是（ ）
A．电磁起重机 B．电铃
C．动圈式扬声器 D．电磁阀
3．直流电动机中换向器的作用是（　　）
A．改变线圈的转动方向
B．改变磁感线的方向
C．改变线圈中的电流方向
D．改变线圈中的电流大小
4．直流电动机是有轨电车的“动力心脏”。下列选项与有轨电车的“动力心脏”的原理相同的是（　　）
A． B．
C． D．
5．关于通电导体在磁场中的受力方向，下列说法正确的是（　　）
A．只与电流方向有关
B．只与磁场方向有关
C．不仅与磁场方向有关，还与电流方向有关
D．以上说法都不对
6．如图所示为某兴趣小组制作的简易电动机，要想改变多匝线圈转动的方向，下列方法可行的是（　　）
A．只增强磁体的磁性 B．只减少线圈的匝数
C．只升高电源的电压 D．只对调磁体的两极
7．关于以下四幅图，下列说法错误的是（　　）
A．图甲：地理的两极和地磁的两极不重合 B．图乙：通电导线周围存在磁场
C．图丙：电磁铁的磁性强弱跟电流大小有关 D．图丁：开关闭合后，电能转化为机械能
8．下列图片所示的是直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，其中图 （选填“甲”或“乙”）的线圈恰好处于平衡位置。当线圈刚转过平衡位置时， （选填“”或“”）部件能自动改变线圈中的电流方向，从而使通电线圈在磁场中连续转动。电动机工作时，把电能转化为 能。
9．图甲是“探究磁场对通电导体的作用”实验装置。
(1)在实验时，是通过观察 来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用。
(2)移动滑动变阻器的滑片到适当位置，闭合开关，发现金属棒ab向右运动。保持磁场方向不变，只改变电路中的电流方向，闭合开关，发现金属棒ab向左运动；保持电流方向不变，只把磁体的N、S极调换一下，发现金属棒ab向左运动；让磁场方向、电流方向同时改变，发现金属棒ab向右运动。根据观察到的实验现象，进行分析，可以得到的结论是：磁场对通电导体有力的作用，且力的方向与 和 有关。
(3)根据该实验原理，小明用一段漆包铜线绕成线圈，自制了一个如图乙所示的简易电动机，用小刀刮去两端的漆皮，另一端只刮去半周。按这种方法刮漆的目的有两个：一是使线圈能够 ，二是这一部位能起到 （填某一部件的名称）的作用。
(4)下列装置中用到该实验原理的是________（填字母）。
A．扬声器 B．动圈式话筒 C．发电机
（拓展性作业）
10．夏天到了，同学们会带便携式小风扇吹凉。通电后，小风扇扇叶转动的原理是（　　）
A．电荷间的相互作用 B．磁极间的相互作用
C．通电导线在磁场中受到力的作用 D．电磁感应现象
11．小明用如图所示的实验装置探究磁场对通电导线的作用，闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，下列措施可行的是（　　）
A．断开开关 B．将蹄形磁体的N、S极对调
C．换用磁性更强的蹄形磁体 D．将滑动变阻器的滑片P向右移动
12．高铁的全称是“高速动车组列车”，以电为动力驱动的高铁，由牵引电动机带动列车运行。关于高铁，下列说法错误的是（　　）
A．牵引电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理工作的
B．牵引电动机工作时将机械能转化为电能
C．列车车头做成流线型可减小空气阻力，提高列车运行的速度
D．增大通过牵引电动机的电流，可提高列车运行的速度
13．小应自制了一个直流电动机模型，如图所示。回形针做成两个支架，分别与电池两极相连。用漆包铜线绕成一个线圈，以线圈引线为轴，用小刀刮去轴的一端全部绝缘漆，另一端只刮去上半周绝缘漆。将线圈放在支架上，磁体放在线圈边，闭合开关，轻轻拨动线圈，此时线圈顺时针转动，则下列说法错误的是（ ）
A．若仅改变磁极方向，线圈会逆时针转动
B．若再增加一节干电池，线圈转动速度加快
C．刮去上半周绝缘漆，作用相当于换向器
D．工作时将机械能转化为电能
14．如图所示，某同学自制了一个扬声器，将线圈紧密粘贴在纸杯底部，在线圈上方放置一个强磁体，在线圈中通入交变电流后，纸杯振动发声。下列说法正确的是（　　）
A．该扬声器与电磁继电器的工作原理相同
B．磁场对线圈的力的方向随电流方向的改变而改变
C．线圈带动纸杯振动是电磁感应现象
D．线圈中的电流不会产生磁场
15．如图所示的甲、乙两图中的矩形线圈，现在给它们通电，则下列说法正确的是（ ）
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
16．如图所示，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面的匀强磁场，铜棒中未通过电流时，铜棒在拉力和 力的作用下保持平衡；若此时铜棒通向右的电流时两线上拉力大小均为，不改变电流大小，将电流方向改为向左时两线上的拉力大小均为，且，两次磁场力的大小相同，则铜棒所受磁场力大小为 （用F1、F2表示磁场力大小）。
17．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。
18．学习了“电流的磁场”和“磁场对电流有力的作用”的知识之后，某校兴趣小组的同学猜想：“既然电流周围存在着磁场，那么两根互相靠近的通电导线之间可能会发生相互吸引或排斥的作用。”他们将两根导线（可伸长）平行放置后固定（如图甲所示），然后依次通入图乙、丙、丁所示的电流，通过反复实验证实了他们的猜想。请你根据下列图片中的实验现象回答问题：
(1)平行放置的两根通电导线之间作用力的特点是：
①当两根导线中的电流方向相同时，两根导线相互 ；
②当两根导线中的电流方向相反时，两根导线相互 。
(2)分析图 和图 ，可以探究两根平行放置的通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小的关系。
（探究性作业）
19．图甲中的线圈abcd位于磁场中，cd段导线受磁场力的方向如图所示；图乙是通电螺线管的磁感线情况。图丙中“☉”表示导线中的电流方向垂直于纸面向外，下列说法正确的是（　　）
A．丙图中P端为N极
B．丙图中导体受到竖直向下的磁场力作用
C．丙图中导体受到竖直向上的磁场力作用
D．丙图中导体不受磁场力作用
20．利用图甲所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”。
(1)应在从M、N之间接入 （选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒应选用轻质的 （铁棒/铝棒）；
(2)如图乙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极。通电后若cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，则ab段导线所受磁场力的方向是 ，理由是：磁场方向相同， 方向相反。这两个力 （是/不是）一对平衡力。
(3)如图丙，小明自制了一个电动机，为了使线圈持续转动，下图中四种不同方式刮漆（标黑色部分表示未刮漆），通电后线圈能持续转动的是 图；这种方法刮漆，线圈在平衡位置附近时会 （选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”）。
21．小明在复习“托盘天平”的知识时突发奇想，于是就设计了一个“电磁天平”。如图（甲）所示，天平的左臂为挂盘，挂盘中挂一稍重砝码，右臂挂有矩形线圈，天平左右两臂长相等。线圈的下边处于匀强“×”磁场B0内（“×”方向表示垂直线圈平面向里），线圈中通有可从零开始调节的电流I（电源未画出）。在探究“电磁天平”的过程中，小明请你一起讨论问题。
(1)题中所说的“臂长”，是我们熟知的一个物理量： ；
(2)如图（甲）所示，若线圈中不通入电流，则此天平会 （选填“向左倾倒”“向右倾倒”或“可能平衡”）；
(3)如图（甲）所示，在线圈中通入一定大小的电流I，并且适当的调节I的大小，会发现天平逐渐平衡，是因为 ，且此力的方向应该向 ；
(4)为了更进一步地对电磁现象探究，不给线圈通电，但如图（乙）所示，在“×”磁场B0的上方加入一“·”磁场B（“·”方向表示垂直线圈平面向外），且磁场B是可以调节变化的。在此基础上，小明将他观察到的现象进行了表述：“在磁场B未发生改变时，整个电磁天平向左端倾倒；但是若调节磁场B并使其逐渐增强时，会发现电磁天平的左端会抬起一点点，但若磁场B的增强很迅速，还可以使天平在一瞬间水平亦或向右倾倒。”
观察到现象的同时，小明也提出了疑问，这是为什么呢？
请你针对小明对现象的表述，对此现象进行一个合理的猜想： 。
答案部分
核心巩固：
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】C
【详解】A．电磁起重机，利用电流的磁效应工作，故A不符合题意；
B．电铃内部有一个电磁铁，利用了电流的磁效应，故B不符合题意；
C．动圈式扬声器工作时，线圈中有电流通过，在磁场中受到力的作用而振动，进而带动纸盆发声，利用了磁场对电流的作用原理，故C符合题意；
D．电磁阀主要依靠“电磁铁的磁性即电流的磁效应”来控制阀门开关，故D不符合题意。
故选C。
3．【答案】C
【详解】A．线圈的转动方向由电流方向和磁场方向共同决定，换向器仅改变电流方向，并非直接改变转动方向，故A错误；
B．磁感线方向由磁体决定，换向器无法改变，故B错误；
C．当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，使线圈持续向同一方向转动，故C正确；
D．电流大小由电源电压、电路电阻决定，换向器不改变电流大小，故D错误。
故选C。
4．【答案】A
【详解】有轨电车的“动力心脏”是直流电动机，直流电动机是根据通电导体在磁场中受到力的作用的原理制成的。
A．图中导体棒中有电流通过时在磁场中会发生运动，说明通电导体中磁场中受到力的作用，是电动机的原理，故A符合题意；
B．图中探究的是电流的磁现象，即通电导体周围存在磁场，故B不符合题意；
C．由图可知，该电路图是探究影响电磁铁磁性强弱的因素，故C不符合题意；
D．由图可知，导线中有电流通过，小磁针的方向发生偏转，说明通电导体周围存在磁场，是奥斯特实验，故D不符合题意。
故选A。
5．【答案】C
【详解】通电导体在磁场中的受力方向不仅与磁场方向有关，还与电流方向有关。改变电流方向或磁场方向，受力方向都会改变；若同时改变两者，受力方向不变。故A、B、D 错误，C正确。
故选C。
6．【答案】D
【详解】电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，其转动方向与电流方向和磁场方向有关。
A．只增强磁铁的磁性可以增加电动机的转动速度，但不能改变转动方向，故A不符合题意；
B．只减少线圈的匝数可以改变电动机的转动速度，但不能改变转动方向，故B不符合题意；
C．只升高电源的电压，可以改变电动机的转动速度，但不能改变转动方向，故C不符合题意；
D．只对调磁体的两极，可以改变转动方向，故D符合题意。
故选D。
7．【答案】C
【详解】A．图甲，地理的两极和地磁的两极并不重合的现象是我国宋代学者沈括最早发现的，故A正确，不符合题意；
B．图乙是奥斯特实验，能够证明通电导体周围存在磁场，故B正确，不符合题意；
C．图丙，两个螺线管串联，通过螺线管的电流相同，两个螺线管的线圈的匝数不同，吸引小铁钉的数目不同，说明电磁铁磁性强弱与通电螺线管中线圈的匝数有关，故C错误，符合题意；
D．图丁，开关闭合后，闭合电路的部分导体在磁场中受到力的作用，工作时，将电能转化为机械能，故D正确，不符合题意。
故选C。
8．【答案】乙 CD 机械
【详解】[1][2][3]如图所示是直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，其中乙图的线圈恰好处于平衡位置，此时线圈不受力的作用。当线圈转动到平衡位置时，CD部件能自动改变线圈中的电流方向，使线圈在后半圈也能获得力的作用，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。电动机工作时，消耗电能，获得机械能，是把电能转化为机械能。
9．【答案】(1)金属棒ab的运动 (2)电流的方向 磁场的方向 (3)导电 换向器 (4)A
【详解】（1）由图可知，闭合开关，电路中有电流通过，导体棒ab受力在磁场中运动，是通过观察金属棒ab的运动来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用，判断受力的方向。
（2）[1][2]闭合开关，发现金属棒ab向右运动；保持磁场方向不变，只改变电路中的电流方向，发现金属棒ab向左运动；保持电流方向不变，只把磁铁的N，闭合开关，说明通电导体受力的方向与磁场的方向有关；让磁场方向、电流方向同时改变，发现金属棒ab向右运动，通电导体受力的方向不变；综上所述磁场对通电导线有力的作用，且力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。
（3）[1][2]将线圈两端引线的漆皮，金属具有导电性，一端全部刮掉，金属能够导电；二是另一端只刮去半周，当线圈刚转过平衡位置时，线圈由于惯性转过另半圈；它的作用就相当于电动机中的换向器。
（4）A．扬声器的原理是电导体在磁场中受到磁场力的作用，故A符合题意；
BC．动圈式话筒和发电机的原理是电磁感应，故BC不符合题意；
故选A。
素养提升：
10．【答案】C
【详解】小风扇的扇叶转动是电动机带动扇叶转动，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用，或者是磁场对电流有力的作用。故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
11．【答案】B
【详解】闭合开关，原本静止的直导线AB水平向右运动。要使直导线AB水平向左运动，可以将蹄形磁体的N、S极对调，改变磁场方向或者将电源的正、负极对调，改变电流方向，改变通电导体的受力方向，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
12．【答案】B
【详解】AB．电动机是根据通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动的原理制成的，工作过程中将电能转化为机械能，故A正确，不符合题意，B错误，符合题意；
C．列车车头做成流线型可以减少高速运行时的空气阻力，提高运行速度和能效，并增强安全性与稳定性，故C正确，不符合题意；
D．电动机转动速度的大小与电流大小有关，增大通过牵引电动机的电流，电动机转动速度增大，可提高列车运行的速度，故D正确，不符合题意。
故选B。
13．【答案】D
【详解】A．电动机转动方向与电流、磁场方向有关，改变磁极方向（磁场方向改变），线圈会逆时针转动，故A正确，不符合题意；
B．增加一节干电池，电流增大，线圈受力增大，转动速度加快，故B正确，不符合题意；
C．刮去上半周绝缘漆的设计，作用相当于换向器，使线圈持续转动，故C正确，不符合题意；
D．直流电动机工作时是电能转化为机械能，而非机械能转化为电能，故D错误，符合题意。
故选D。
14．【答案】B
【详解】A．电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关，其工作原理是电流的磁效应。而扬声器是利用磁场对通电线圈有力的作用工作的，二者工作原理不同，故A 错误；
B．磁场对通电导体有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。当磁场方向不变时，电流方向改变，磁场对线圈的力的方向就会改变，故B 正确；
C．电磁感应现象是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流的现象。而线圈带动纸杯振动是因为通电线圈在磁场中受到力的作用，不是电磁感应现象，故C 错误；
D．根据电流的磁效应，通电导体周围存在磁场，所以线圈中的电流会产生磁场，故D 错误。
故选B。
15．【答案】A
【详解】电动机线圈转动的方向与电流的方向和磁场的方向有关，根据图示结合可知，甲中线圈ab边和cd边电流方向相反，磁场方向相同，所以ab边和cd边受力方向相反，并且不在同一条直线上，又因为电流大小相同，所以受力大小也是相等的，故这两个力不是一对平衡力，所以甲中线圈转动；乙中线圈处于平衡位置，线圈中上、下两条边受到的磁场力的方向相反，大小相等，且作用在一条直线上，是一对平衡力，故乙中线圈不会转动，故A正确，BCD均错误。
故选A。
16．【答案】重
【详解】[1]铜棒中未通过电流时，铜棒受到竖直向上的拉力和竖直向下的重力的作用，铜棒在拉力和重力的作用下保持平衡。
[2]设铜棒的重力为G，磁场力的大小为F，依据题意和力的平衡条件可得……①
当电流反向时，两线上的拉力大小均为，且，说明磁场力变为竖直向下，此时同样根据导体棒受力平衡有……②
由①和②可得铜棒所受磁场力。
17．【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。
18．【答案】(1) 吸引 排斥 (2)丙 丁
【详解】（1）[1]由图乙可知，当两根导线中的电流方向相同时，两根导线相互吸引；
[2]由图丙可知，当两根导线中的电流方向相反时，两根导线相互排斥。
（2）[1][2]由图丙和图丁可知，两图中电流的方向相同而电流大小不同，电流越大，导线形变越明显，导线间的作用力越大，因此可以利用图丙和图丁所示实验探究两根平行放置的通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小的关系。
自我超越：
19．【答案】B
【详解】根据图甲所示信息，电流从电源的正极出发经过线圈回到负极，线圈中cd段导线的电流方向由c到d，cd边受到的磁场力方向竖直向下。根据图乙的螺线管与磁感线的关系，可以推出图丙中导线所处的磁场的磁感线方向是从右指向左的；丙图中P端为S极；图丙中的通电导线的电流方向跟cd边一样，磁场方向也跟图甲中的磁场方向一致，因此通电导线受到的磁场力也是竖直向下的，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
20．【答案】(1) 电源 铝棒 (2) 竖直向上 电流 不是 (3)D 切断线圈中的电流
【详解】（1）[1]实验是利用如图所示的装置研究“磁场对通电直导线的作用”，即导线中必须有电流，所以在M、N间应接电源，使导线中有电流通过。
[2]探究磁场对电流作用时，因为磁体能够吸引磁性材料，因此通电导体不能为磁性材料，故不能选择铁棒进行实验，而选择铝棒。
（2）[1][2]在乙图中，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时，ab段导线与cd段导线所在位置的磁场方向相同，电流方向相反，所以受到磁场力的方向相反，是竖直向上的。理由是：磁场方向相同，电流方向相反。
[3]平衡力的特点是大小相等、方向相反、作用在同一物体和同一条直线上。这两个力不是一对平衡力，因为这两个力不作用在一条直线上。
（3）[1]为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是将线圈两端的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，或两侧均刮上半周；按这两种方法刮漆，线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，线圈由于惯性能够按原方向持续转动，故通电后线圈能持续转动的是D图。
[2]将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周的作用是当线圈刚转过平衡位置时，切断线圈中的电流，通过线圈的惯性转动半周，从而保证了线圈持续的转动下去。
21．【答案】(1)力臂 (2)向左倾倒 (3)通电导体在磁场中受到力的作用 下 (4)见解析
【详解】（1）天平是根据杠杆原理工作的，左右两臂长相等，这里的臂长就是杠杆中的力臂，是指从支点到力的作用线的垂直距离。
（2）如图（甲）所示，左臂挂盘中挂有稍重砝码，右臂线圈不通电时不受力，根据杠杆平衡条件，左侧力与力臂的乘积大于右侧力与力臂的乘积，天平会向左倾倒。
（3）[1][2]如图（甲）所示，在线圈中通入一定大小的电流I，并且适当的调节I的大小，会发现天平逐渐平衡，是因为线圈在磁场中受到力的作用，且此力的方向应该向下。根据左手定则，让磁感线垂直穿过手心（掌心向下），四指指向电流方向，大拇指所指方向即为该力的方向，可判断出线圈下边受到的力的方向是竖直向下的，当该力的大小合适时，能与左盘砝码重力平衡，使天平平衡。
（4）合理的猜想：当磁场B逐渐增强时，会在线圈中产生感应电流，感应电流受到力的作用，且该力的方向向下，随着磁场B增强，该力增大，所以天平左端会抬起；当磁场B增强很迅速时，产生的感应电流较大，力也较大，可能使天平向右倾倒。根据楞次定律，当磁场B增强时，线圈中磁通量发生变化，会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁通量的变化，线圈会受到向下的力，磁场变化越快，感应电流越大，力越大。
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