20.5跨学科实践：制作简易直流电动机 跟踪练 2025-2026学年下学期初中物理人教版 （2024）九年级全一册

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20.5跨学科实践：制作简易直流电动机 跟踪练
2025-2026学年下学期初中物理人教版 （2024）九年级全一册
一、单选题
1．如图是直流电动机，下列选项图中，其对应的工作原理图是（　　）
A．B．
C．D．
2．关于直流电动机，下列叙述正确的是（　　）
A．直流电动机正常工作时，是将电能转化为内能
B．直流电动机的工作原理是电磁感应
C．电源的正、负极和磁场的方向同时改变，直流电动机的转动方向也改变
D．直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的
3．如图所示为小明同学制作的简易直流电动机模型．支架与电池两极相连，以漆包线矩形线圈引线为轴，一端漆皮全部刮去，另一端刮去上半周，将线圈放在带有磁体支架上，轻推线圈，线圈就会连续转动。关于此电机模型，下列说法正确的是（　　）

A．线圈在连续转动的过程中，存在断路现象
B．支架是用绝缘体做成的
C．线圈越过平衡位置时，会自动改变线圈中的电流方向，使线圈连续转动
D．该模型是利用电磁感应的原理工作的
4．一台组装齐全的直流电动机模型，接通电源后电动机不转，用手拨动一下转子后，线圈转子就正常转动起来，则它开始时不转的原因可能是（ ）
A．线圈正好处于其平面与磁场方向垂直的位置
B．电刷与换向器接触不良
C．磁铁的磁性不强或线圈中的电流不够大
D．线圈内部断路
5．直流电动机工作时，换向器自动改变线圈中电流方向的位置是（　　）
A．线圈刚越过平衡位置 B．线圈转到任意位置
C．线圈平面与磁感线平行 D．线圈平面与磁感线成45°角
6．某直流电动机额定电压为220V，其线圈电阻为1Ω，正常工作时通过线圈的电流为20A，若电动机连续正常工作10min，下列判断正确的是（　　）
A．电动机的额定功率是44kW
B．电动机工作时因发热损失的电能为
C．电动机的效率约为89％
D．电动机获得的机械能是
7．如图所示，小明同学做了一个小小直流电动机模型。同学们围着观看线圈的持续转动，一起分享着他的成果。同时其他没有做成功的同学提出了以下不同想法，你认为正确的是（　　）
A．绕制线圈时，如果没有漆包线，可以用普通的铜导线代替
B．线圈两端（作为转轴）的漆皮应全部刮去，这样才可持续转动
C．线圈两端（作为转轴）的漆皮在同一侧刮去半周，这样才可持续转动
D．此电动机模型是根据电磁感应的原理制成的
8．如图所示是直流电动机在两个不同时刻的工作原理图，以下是同学们对直流电动机工作原理的分析，其中正确的是(　　)
A．导线ab在这两个时刻电流方向不同，受力方向也不同
B．导线cd在这两个时刻电流方向相同，受力方向也相同
C．导线ab和cd在甲图位置所受力的方向相同
D．导线ab和cd在乙图位置受到的二力平衡
二、填空题
9．如图所示为便携式小风扇，其中的动力来源是一个直流电动机，该直流电动机的额定电压为3V，线圈内阻为1Ω，正常工作时电流为0.2A，则其额定功率为 W。该电动机正常工作5min，消耗的电能为 J，线圈产生的热量为 J。
10．图是直流电动机提升重物的示意图，电源电压为110V且保持不变，电路中的电流是5A，质量为50kg的重物在电动机带动下以0.9m/s的速度匀速上升，不计各处摩擦，则电动机消耗电功率是 W，电动机的效率是 %，电动机的线圈的电阻是 Ω。
11．图为直流电动机模型，直流电动机的工作原理是 。电动机工作时，能够使线圈平稳、连续不停地转动下去是靠 来实现的。
12．小亮同学在学习了“电和磁”的知识后，用甲、乙两个直流电动机设计了如图所示的装置，闭合开关S后甲开始转动，小灯泡发光。在此过程中，将电能转化为机械能的装置是 （选填“甲”或“乙”），乙的工作原理是 ，生活中应用这一原理工作的还有 （选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）。
13．某位同学在做实验时，连接了如图所示的电路，闭合开关后，直流电动机和发光二极管同时工作。此时，电动机和二极管是 的（选填“串联”或“并联”），断开开关，顺时针转动电机，发现二极管发光，但逆时针转动电机，发现二极管不发光，这是由于二极管具有 的独特功能。

14．如图所示的直流电动机工作示意图中，E、F两个半铜环被称为 ，其作用是在线圈转过平衡位置时自动改变线圈中的 ，从而实现通电线圈在磁场中持续转动。
15．如图所示，直流电动机通过电流做功提升质量为540g的重物，但在电能转化成机械能的过程中，有部分电能转化为内能。已知电动机线圈电阻为1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈电流为2A，物体以10m/s的速度匀速上升的时间为20s。不计绳的重力和一切摩擦。则电动机的工作效率为 ；电压表的读数为 。
三、实验题
16．小明用自己安装好的直流电动机模型（如图甲）来研究电动机的工作过程；
（1）电动机的工作原理是磁场对 有力的作用；图乙是直流电动机工作原理图，其中C、D叫作 ，线圈左右两边框的受力方向相反，其原因是 方向相反；
（2）小明将直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，闭合开关后电动机却不能转动；他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动；刚开始不转的原因可能是 ；（填序号）
A．蹄形磁铁磁性太弱
B．电源电压太低
C．线圈刚好处于平衡位置
D．线圈中的电流太小
（3）小明按图丙电路将电动机模型连入电路，闭合开关，电动机正常转动，小明记下了电流表和电压表的示数；实验过程中，由于弧形铁片螺丝松动，电动机线圈被弧形铁片卡住了，小明惊奇地发现，电动机线圈被卡住后，电流表和电压表的示数都发生了变化，小明赶紧记下了两表的示数（如下表所示）并断开了开关；
电动机状态 电压U/V 电流I/A
正常转动 2.2 0.18
被卡住不转 2.0 0.33
为什么电动机线圈被卡住后电流会变大呢？小明经过反复思考，终于明白了其中的道理，原来线圈不转时只有线圈电阻阻碍电流，线圈电阻比较小，因此电流较大；当通电线圈在磁场中转动时，线圈同时也会在磁场中做 运动，产生感应电流，根据实验数据可以判断，感应电流的方向应该与原来线圈中的电流方向 ；在实际生活中，如果电动机转轴被卡住而不转动时，电能将全部转化为 能，很容易烧坏电动机线圈。
四、科普阅读题
17．阅读短文，回答问题。（共8分）
“阳光动力2号”太阳能飞机
世界最大的太阳能飞机“阳光动力2号”（如图）飞机的表面使用一种碳纤维材料，其承载能力要比一般材料更好，但质量仅与一辆小型汽车相差无几。飞机上设有的通话、网络等设备，可随时保证飞机与地面的联系。白天，飞机飞行高度达到海拔8500米，依靠两翼上安装的太阳能电池板为直流电动机提供动力，同时对锂电池充电以保证夜间或阴雨天不间断飞行。晚上，依靠储存在锂电池里的电能继续飞行。并且下降到1500米的高度，以减少能耗。飞机的有关技术参数如表：
飞机净/总质量kg 2300/3600 发动机最大功率kW 54
锂电池能量密度 0.25 发动机转换效率 70%
锂电池的总质量kg 667 ﹣
（1）下列关于该飞机的说法中，正确的是 ；
A．飞机依靠超声波与地面联系
B．飞机升空的原理与直升机相同
C．飞机的锂电池质量越大越好
D．表面使用的碳纤维具有强度大、密度小的特点
（2）白天飞机在高海拔高度飞行，而晚上下降到低海拔高度飞行，这一过程 能转化为 能；
（3）若锂电池充满电后的总储存量约为6×108J。某次飞行消耗了锂电池总储存量的20%，发动机转换效率为70%，则发动机输出的机械能为 J，若这些机械能改由航空燃油来提供，不计能量损失，需要完全燃烧氢气 m3；（已知氢气的热值为1.4×108J/m3）
（4）若飞机发动机最大功率为54kW，飞机在最大功率下，以30m/s的速度沿水平方向正常巡航，所受的阻力为 N，若飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度的平方成正比，则当飞机以15m/s速度沿水平方向运行时，发动机输出的功率为 W。
参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 A D A A A D C A
1．A
【详解】直流电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用来工作的；
A．该装置说明通电导体在磁场中会受到力的作用，和电动机的原理相同，故A符合题意；
B．该装置可以探究线圈在磁场中做切割磁感线运动时会产生感应电流，故B不符合题意；
C．该装置可以探究电磁感应现象，故C不符合题意；
D．该装置可以探究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系，故D不符合题意。
故选A。
2．D
【详解】A．直流电动机正常工作时，消耗电能，得到机械能，是将电能转化为机械能，故A错误；
B．直流电动机的原理是通电线圈在磁场中受力而转动，故B错误；
C．通电导线在磁场中受力的方向跟磁场的方向以及电流的方向有关，当电源的正负极和磁场的方向同时改变，直流电动机的转动方向不变，故C错误；
D．直流电动机中起电驱电流的换向作用的结构叫做换向器，直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的，故D正确。
故选D。
3．A
【详解】AC．将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，线圈在转动的过程中，电流的方向不变，只有半周有电流，线圈由于具有惯性能持续地转动下去，故A正确，C错误；
B．实验中需要用支架连接线圈和电源，则支架是用导体制成的，故B错误；
D．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动，故D错误。
故选 A。
4．A
【详解】用手拨动一下转子后，线圈转子就正常转动起来，这说明了电路没有断路，也没有接触不良，也不可能是磁铁的磁性不强或线圈中的电流不够大，只有可能是线圈正好处于其平面与磁场方向垂直的位置，相对的两边受力大小相等，方向相反，并处于同一条直线上，从而使线圈不能转动，故选A。
5．A
【详解】当线圈平面转动到与磁感线垂直的位置时，线圈的两个边受到两个大小相等、方向相反且作用在同一条直线上的力，线圈在平衡力的作用下在平衡位置附近左右摆动，即该位置就是平衡位置。为了让电动机能够持续转动，在制作电动机时增加了换向器，线圈在平衡位置依靠惯性自动转动，当线圈刚好转过平衡位置时换向器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。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
6．D
【详解】A．电动机的额定功率
故A错误；
B．电动机工作时因发热损失的电能为
故B错误；
CD．电动机消耗的电能
电动机获得的机械能
电动机的效率
故D正确，C错误。
故选D。
7．C
【详解】A．绕制线圈时，如果用普通的铜导线代替，会造成电源短路，不能正常工作，故A错误；
BC．线圈两端（作为转轴）的漆皮如果全部刮去，线圈越过平衡位置之后，由于线圈中的电流方向没有改变，此时线圈受到的力会阻碍它的转动，不能实现持续转动，将线圈两端（作为转轴）的漆皮在同一侧刮去半周，这样可以让线圈在磁场力的作用下转到半周，还有半周不通电，线圈依靠惯性转到半周，这样就能使线圈持续转到下去，故B错误，C正确；
D．此电动机模型是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】由图示可知，导线ab在甲图中电流方向是由b到a的，受力方向是竖直向下的，在乙图中电流方向是由a到b的，受力方向是竖直向上的，故A正确；同理可知，导线cd在这两个时刻的电流方向和受力方向都是不同的，故B错；导线ab和cd在甲图位置所受力的方向是相反的，故C错；导线ab和cd在乙图位置受到的两个力没有同一直线上，不是平衡力，故D错；应选A．
9． 0.6 180 12
【详解】[1]根据电功率的公式可得，该直流电动机额定功率为
[2]该电动机正常工作5min，消耗的电能为
[3]线圈产生的热量为
10． 550 81.8 4
【详解】[1]电动机消耗电功率为
[2]1s内电动机消耗的电能做的总功为
1s内电动机克服物体重力做的有用功为
电动机的效率为
[3]1s内电动机的线圈消耗的能量为
电动机的线圈的电阻为
11． 通电导体在磁场中受力而转动 换向器
【详解】[1][2]电动机的工作原理是通电导线在磁场中因受力而发生转动。电动机如果没有换向器，当线圈刚转过平衡位置时，受力方向与转动方向相反，所以不能持续的转动下去，有了换向器，当线圈刚转过平衡位置时，改变了线圈中的电流方向，使线圈的受方向也发生改变，此时受力方向与转动方向又一致了，故可以让线圈持续转动下去。
12． 甲 电磁感应现象 动圈式话筒
【详解】[1]闭合开关S后，电源与甲电动机接通，通电线圈在磁场中受力而转动，将电能转化为机械能。
[2]甲电动机带动乙电动机一起转动，乙电动机内部的线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生电流，小灯泡发光，其工作原理是电磁感应现象。
[3]“动圈式话筒”的原理是电磁感应现象，“动圈式扬声器”的原理是通电导体在磁场中受力而运动。
13． 并联 单向导电性
【详解】[1]由电路图可知，在有外部电源供电的情况下，闭合开关后，直流电动机和发光二极管同时工作。此时，电动机和二极管均能独立工作、互不影响即为并联。
[2]把开关断开，此时没有外部电源供电，则转动电动机，此时电动机相当于发电机，充当了电源的作用，而当顺时针转动电机，发现二极管发光，但逆时针转动电机，发现二极管不发光，说明晶体二极管具有单向导电性。
14． 换向器 电流方向
【详解】[1][2]E、F两个半铜环被称为换向器；“换向器”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电流方向，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。
15． 90% 30V
【详解】[1][2]由可知，物体上升的高度
h=s=vt=10m/s×20s=200m
电动机所做的有用功
W有=Gh=mgh=540×10-3kg×10N/kg×200m=1080J
电流通过线圈产生的热量
Q=I2Rt=(2A)2×1.5Ω×20s=120J
不计绳的重力和一切摩擦，电动机消耗的电能
W电=W有+Q=1080J+120J=1200J
根据W=UIt可知，电动机两端的电压即为电压表的示数
电动机工作效率
16． 通电导体 换向器 电流 C 切割磁感线 相反 内
【详解】（1）[1][2][3]电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用；图乙是直流电动机工作原理图，其中C、D叫作换向器，线圈左右两边框的受力方向相反，其原因是电流方向相反。
（2）[4]A．蹄形磁铁磁性太弱，用手轻轻碰了以后也不会持续转动，故A不符合题意；
B．电源电压太低，用手轻轻碰了以后也不会持续转动，故B不符合题意；
C．线圈刚好处于平衡位置，用手轻轻碰了以后会持续转动，故C符合题意；
D．线圈中的电流太小，用手轻轻碰了以后也不会持续转动，故D不符合题意。
故选C。
（3）[5][6]当通电线圈在磁场中转动时，线圈同时也会在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，根据实验数据可以判断，感应电流的方向应该与原来线圈中的电流方向相反。
[7]在实际生活中，如果电动机转轴被卡住而不转动时，电能将全部转化为内能，很容易烧坏电动机线圈。
17． D 重力势 动 8.4×107 0.6 1.8×103 6.75×103
【详解】（1）[1]A．电磁波的传播不需要介质。飞机上设有的通话、网络等设备，可随时保证飞机与地面的联系，依靠的是电磁波。故A错误；
B．快速运动的飞机利用机翼上下表面的空气压强差而产生向上的压力差升空；直升机的螺旋桨转动时对空气产生向下的力，由于力的作用是相互的，空气对它产生向上的力而升空。故B错误；
C．飞机的锂电池质量越大，飞机的载货量越小，不符合实际，故C错误；
D．飞机表面使用的碳纤维强度大，承载力大，密度小，可减小飞机质量，故D正确。
故选D。
（2）[2][3]白天飞机在高海拔高度飞行，而晚上下降到低海拔高度飞行，这一过程中高度减小，速度增加，重力势能转化为动能。
（3）[4]飞机的锂电池总的储存能量6×108J：飞机飞行消耗了锂电池总储存量的20%，发动机转换效率为70%，发电机输出的机械能
[5]由
W机＝Q＝Vq
可知，若这些机械能改由航空燃油来提供，不计能量损失，需要完全燃烧氢气体积为
（4）[6]由
可知，飞机在最大功率下，以30m/s的速度沿水平方向正常巡航时，所受的阻力
[7]若飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度的平方成正比，则
当飞机以15m/s速度沿水平方向运行时，发动机的推力为
发动机输出的功率
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