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3.3 电动机及其应用（第1课时） 分层练习
科学观念：知道磁场对通电导体作用的规律。
科学思维：归纳磁场对电流的受力方向跟电流方向、磁场方向的关系。
探究实践：能通过实验、推理磁场对通电导体有力的作用；实验、归纳通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向、电流方向有关。
态度责任：培养通过观察来发现规律的能力；领悟电与磁之间的相互联系，培养热爱科学的态度；体验将科学知识运用于生产实践所产生的巨大作用；学习中敢于质疑、乐于与同学交流。
1．下列用电器中，利用“通电导体在磁场中受到力的作用”原理工作的是（ ）
A．麦克风 B．电饭煲 C．电风扇 D．电熨斗
【答案】C
【分析】通电导体在磁场中会受到力的作用，即通电能动，利用该原理可制成电动机。
【解答】解：A、麦克风是利用电磁感应原理制成的，故A错误；
B、电饭煲是利用电流的热效应的原理制成的，故B错误；
C、电风扇的核心部件是电动机，它是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理制成的，故C正确；
D、电熨斗是利用电流的热效应的原理制成的，故D错误。
故选：C。
【点评】磁场对通电导体有力的作用，人类根据这一原理制造了电动机，而电动机在生活中应用广泛。
2．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
【答案】A
【分析】通电导体在磁场中受到力的作用，受力方向与磁场方向和电流方向有关。
【解答】解：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，其电磁弹射装置的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】本题考查了通电导体在磁场中受到力的作用，属于基础题。
3．江涛用如图所示的实验装置，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水平向左运动。要使AB水平向右运动，下列措施中可行的是（ ）
A．将A、B两端对调
B．换用磁性更强的蹄形磁体
C．将蹄形磁体的N、S极对调
D．将滑动变阻器的滑片P向右移动
【答案】C
【分析】通电导体在磁场中受到力的作用，受力方向与两个因素有关：一个是磁场方向，另一个是电流方向。如果只改变一个因素，则导体受力方向改变，如果同时改变两个因素，则导体受力方向不变。
【解答】解：A、将A、B两端对调，只是改变了导体的方向，电流方向不变，不会改变运动方向，故A不可行；
B、换用磁性更强的蹄形磁体，将增大导线的运动速度，不会改变运动方向，故B不可行；
C、将蹄形磁体的N、S极对调，只改变一个影响因素（磁场方向），受力运动方向改变，故C可行；
D、将滑动变阻器的滑片P向右移动，减小了电路中的电流，导线的运动速度变小，不会改变运动方向，故D不可行。
故选：C。
【点评】要改变通电直导线的运动方向，只能改变电流方向和磁场方向中的一个即可，两个因素不能同时改变。
4．如图所示为研究磁场对通电导线作用的实验装置。当接通电源，有电流由a至b通过导线ab时，它将受到磁场力作用而向左运动，则（ ）
A．当磁场方向改变后，导线ab将向右运动，机械能将转化为电能
B．当电流方向改变后，导线ab将向右运动，电能将转化为机械能
C．电流方向和磁场方向同时改变，导线ab静止不动
D．电流方向和磁场方向同时改变，导线ab将向右运动
【答案】B
【分析】电动机的原理是：通电导线在磁场中受力的作用，其所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，即只要改变一个量，其所受力的方向就会改变一次；
该过程中，消耗电能，产生机械能，故是将电能转化为机械能的过程。
【解答】解：A、据所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，所以当磁场方向改变后，导线ab将向右运动，该过程是将电能 转化为机械能的过程，故错误；
B、据所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，所以当磁场方向改变后，导线ab将向右运动，该过程是将电能 转化为机械能的过程，故正确；
C、电流方向和磁场方向同时改变时，导体所受力的方向将不变，故错误；
D、电流方向和磁场方向同时改变时，导体所受力的方向将不变，即仍然向左运动，故错误；
故选：B。
【点评】知道通电导线在磁场中受力的作用，所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。
5．一个能够自由转动的矩形线圈悬挂在磁场中，通电后线圈不动，这可能是因为（ ）
A．线圈中是交流电
B．线圈中的电流方向接反了
C．线圈此时正好处于平衡位置
D．以上说法都不对
【答案】C
【分析】电动机的原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，通电线圈要想持续转动，就需要用到换向器。
【解答】解：一个能自由转动的矩形线圈悬挂在磁场里，通电后线圈不动，说明此时线圈平面处于平衡位置，受平衡力作用，因此通电后也不能转动，故C正确。
故选：C。
【点评】本题考查了直流电动机的工作过程，相对比较简单，属于基础题。
6．如图甲、乙所示为通电线圈在磁场中的两个位置，关于这两个位置的说法正确的是（ ）
A．通电线圈在甲位置时会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力
B．通电线圈在乙位置时会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力
C．通电线圈在甲位置时会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力
D．通电线圈在乙位置时会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力
【答案】D
【分析】（1）通电导体在磁场中受力的作用；
（2）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；
（3）物体受平衡力时，会处于静止状态或匀速直线运动状态。
【解答】解：AC、由于磁场对通电导体有力的作用，所以通电线圈在甲位置时受磁场对它的作用力，会转动，故AC错误；
BD、当通电线圈转至乙位置时，上半圈线圈受力方向竖直向上，下半圈线圈受力方向竖直向下，受平衡力，处于平衡位置，故B错误，D正确。故选：D。
【点评】本题考查了通电导体在磁场受力情况的判断，难度不大，属基础题目。
7．一次科学探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象，下列说法正确的是（ ）
A．灯丝晃动是一种电流的磁现象
B．灯丝晃动时受力平衡
C．灯丝晃动是受到磁体的吸引作用
D．灯丝晃动是磁场对通电线圈的作用
【答案】D
【分析】发光的灯丝告诉了灯丝中有电流通过；灯丝晃动说明受到了力的作用。根据通电导体在磁场中受力的相关知识即可解决此题。
【解答】解：
由题知，有电流通过的灯丝置于磁场中，灯丝发生了晃动，说明了通电导体在磁场中受到力的作用（即磁场对通电线圈有力的作用），不是电流的磁效应，也不是受到磁体的吸引作用，故AC错误，D正确；
灯丝发生了晃动，运动方向不断发生变化，运动状态发生改变，受非平衡力的作用，故B错误。
故选：D。
【点评】通过灯丝的晃动，联系到受力，进而与通电导体在磁场中受力而运动联系起来是解决此题的思路。
8．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
【分析】（1）电动机的工作原理是：通电线圈在磁场中受力转动；能量转化为：电能转化为机械能；
（2）（3）通电线圈在磁场中转动的方向与导体中电流的方向和磁场的方向有关；
（4）通电线圈在磁场中受力大小与电流大小和磁场强度有关。
【解答】解：A、通电导体在磁场中受力转动时，将电能转化为机械能，故A错误；
BC、通电导体在磁场中转动的方向与磁场方向和导体中的电流方向有关，改变任何一个条件，导体运动方向改变；改变螺丝钉中的电流方向或磁场方向，螺丝钉会反向转动，故BC错误；
D、电动机中通电线圈受力大小与电流大小和磁场强度有关，若换成电压更大的电池，线圈中的电流增大，线圈转动速度加快，故D正确。
故选：D。
【点评】本题考查电动机的原理与能量转换，属于基础题。
9．如图所示，在磁场中的矩形铜线框处于静止状态。闭合开关后，AB段导体受到向上的磁场力，则（ ）
A．电路中M处的电流大于Q处的电流
B．CD段导体受到磁场力的方向向下
C．矩形铜线框一定发生转动
D．若只将电源正负极对调，CD段受到磁场力的方向一定向下
【答案】D
【分析】在并联电路中干路电流等于支路电流之和。
通电导体在磁场中要受到力的作用，其方向与电流方向和磁场方向有关，当改变其中一个方向时，导体受力作用方向将改变，若两个方向都改变时，导体的受力方向将不改变。
【解答】解：A、电路中M与Q都在并联电路的干路上，所以电路中M处的电流等于Q处的电流，故A错误。
B、闭合开关后，AB段导体受到向上的磁场力，电流方向是A到B。因为是并联，那么CD段导体中电流方向是C到D，可判断出CD段导体受到磁场力的方向也向上，故B错误。
C、因为AB段和CD段受到的磁场力方向相同，所以一定不发生转动，故C错误。
D、若只将电源正负极对调，电流方向会反向，那么CD段导体中电流方向变为D到C，根据受力方向与电流方向的关系，可知CD段受到磁场力的方向一定向下，故D正确。
故选：D。
【点评】解决此类题目的关键是知道通电导线在磁场中所受力的方向与磁场的磁感线方向和导体中的电流方向有关，改变其中一个，安培力的方向就会发生改变，如果两个方向都改变，则安培力的方向不变。
10．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．先顺时针流动，再逆时针流动
D．先逆时针流动，再顺时针流动
【答案】C
【分析】（1）通电导体在磁场中受到力的作用；
（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。
【解答】解：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C正确，ABD错误。
故选：C。
【点评】此题考查了磁场对通电导线的作用，难度不大，属基础题目。
11．探究“通电导线在磁场中是否受力”实验时，小金同学在课本实验的基础上又接了个滑动变阻器，分析小金同学实验请回答：
（1）实验装置中的导体ab应选用轻质的 铝棒 （填“铁棒”或“铝棒”）。
（2）实验中小金判断“导体受到了力的作用”的科学依据是 导体ab发生运动 。
（3）小金连接了一个滑动变阻器是为了探究“ 通电导体在磁场中受力大小与电流大小的关系 ”。
【答案】（1）铝棒；（2）导体ab发生运动；（3）通电导体在磁场中受力大小与电流大小的关系。
【分析】（1）根据磁体能够吸引磁性材料，说明验证通电导体在磁场中受力运动时，导体棒不能为磁性材料；
（2）通电导体在磁场中受力运动；
（3）调节滑动变阻器可以改变电路中电流的大小，据此分析。
【解答】解：（1）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，而是铝棒；
（2）接通电源，通过导体ab有电流，导体ab发生运动，说明磁场对通电导体受到力的作用；
（3）调节滑动变阻器可以改变电路中电流的大小，所以小金连接了一个滑动变阻器是为了探究通电导体在磁场中受力大小与电流大小的关系。
故答案为：（1）铝棒；（2）导体ab发生运动；（3）通电导体在磁场中受力大小与电流大小的关系。
【点评】知道通电导线在磁场中受力的作用是解决该题的关键。
12．如图是探究磁场对通电导线的作用的实验装置，两根水平且平行的金属轨道上放一根轻质导线AB，并把它们置于磁场中。
（1）闭合开关接通电源，这时会看到导线AB向左运动，在此过程中 电 能转化为 机械 能，同时这表明 通电导线在磁场中受到力的作用 。
（2）如果只改变导线AB中的电流方向，观察到导线AB向右运动，这表明通电导线在磁场中受力的方向与 导线中的电流方向 有关。
（3）如果只把磁体的两极对调，也会看到导线AB向右运动，这表明 通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关 。
（4）如果把磁体的两极对调，同时改变导线AB中的电流方向，会看到导线AB向 左 运动。
【答案】（1）电；机械；通电导线在磁场中受到力的作用；
（2）导线中的电流方向；
（3）通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关；
（4）左。
【分析】通电导线在磁场中受力的作用；且所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，电动机就是根据此原理制成的。
【解答】解：（1）闭合开关接通电源，这时会看到导体AB向左运动，即说明ab受到向左的力的作用，即说明通电导体在磁场中会受到力的作用；此过程中消耗了电能，得到了机械能，所以此过程中电能转化为机械能；
（2）如果只改变导线AB中的电流方向，保持磁场方向不变，观察到导线AB向右运动，这表明通电导线在磁场中受力的方向与导线中的电流方向有关；
（3）如果只把磁体的两极对调，保持导线中的电流方向不变，也会看到导线AB向右运动，这表明通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关；
（4）如果把磁体的两极对调，同时改变通过导体AB中的电流方向，即改变了两个因素，所以会看到导体AB的运动方向跟原来相同，即向左运动。
故答案为：（1）电；机械；通电导线在磁场中受到力的作用；
（2）导线中的电流方向；
（3）通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关；
（4）左。
【点评】本题主要考查磁场对电流的作用，知道通电导线在磁场中受力的方向的影响因素是解决该题的关键。
13．“ ”表示导线中的电流方向垂直于纸面向里；“⊙”表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。螺线管通电后外部磁场的情况，如图所示，此时通电导线受到的力F向上．以下小京对力方向的判断，正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【分析】根据图示分析磁感线与导体运动方向、电流方向的关系，从而判定出正确的答案。
【解答】解：由图可知，当磁感线方向向左时，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向上的；
A、根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，导体周围磁感线方向向左时，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向上的；故A错误；
B、根据安培定则可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，导体周围磁感线方向向左，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向上的，故B错误；
C、磁感线方向向右时，导线中的电流方向垂直于纸面向里，导体的受力方向是向下的，故C错误；
D、磁感线方向向右时，导线中的电流方向垂直于纸面向外，导体的受力方向是向上的，故D正确。
故选：D。
【点评】本题考查了通电导体在磁场中的受力情况，受力的方向与磁感线的方向和电流的方向有关，难度不大，要掌握。
14．如图是实验室电流表内部结构示意图，处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会带动指针一起偏转。线圈中的电流越大，指针偏转角度越大。关于该现象，下列说法正确的是（ ）
A．该装置利用了电流磁效应的原理
B．线圈中有电流通过时，把电能全部转化为内能
C．改变线圈中的电流方向，其转动方向不会改变
D．线圈中的电流越大，其所受磁场力越大
【答案】D
【分析】首先利用图示的装置分析出其制成原理，即通电线圈在磁场中受力转动，线圈的转动可以带动指针的偏转；然后找出与电流表的原理相同的选项即可。
【解答】解：A、通过电流表的内部构造显示电流表的制成原理：通电线圈在磁场中受力而转动，故A错误；
B、线圈中有电流通过时，电能转化为机械能和内能，故B错误；
C、改变线圈中的电流方向，其转动方向会发生改变，故C错误；
D、电流越大，线圈受到的力越大，其转动的幅度越大。因此可以利用电流表指针的转动幅度来体现电路中电流的大小；故D正确。
故选：D。
【点评】在学过的测量工具或设备中，每个工具或设备都有自己的制成原理；对不同测量工具的制成原理，是一个热点题型，需要重点掌握。
15．如图所示，干电池底部吸有强磁铁（可导电），在干电池的正极上支有一“门”字形导线框，导线框B侧和套在强磁铁上的导电圆环C连接，导线框和圆环C能够一起绕干电池持续转动，圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。导线框转动的动力来源（ ）
A．只有线框A侧受到磁场对电流的作用
B．只有线框B侧受到磁场对电流的作用
C．线框A侧、B侧都受到磁场对电流的作用
D．线框A侧、B侧都未受到磁场对电流的作用，是受到的其他外力
【答案】B
【分析】通电导线的周围存在磁场，磁场对放入其中的通电导体能产生力的作用。
【解答】解：干电池底部吸有强磁铁，周围存在磁场，导线框B侧和套在强磁铁上导电圆环C连接，则线框B侧有电流通过（即线框B侧是通电导体），所以线框B侧受到磁场对电流的作用力而运动；而线框A侧没有通电，所以A侧没有受到磁场的作用力；故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点评】本题考查了通电导体在磁场中的受力情况，属于基础知识。
16．图示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘；A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，在图示位置，电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，则（ ）
A．线圈在图示位置时，ab边受到磁场的作用力向下
B．线圈由图示位置转过180°时，电流沿dcba流过线圈
C．线圈由图示位置转过180°时，dc边受到磁场的作用力向上
D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向上
【答案】C
【分析】通电导体在磁场中要受到力的作用，其方向与电流方向和磁场方向有关，当改变其中一个方向时，导体受力作用方向将改变，若两个方向都改变时，导体的受力方向将不改变。
【解答】解：A、在图示位置，电流沿dcba流过线圈，磁场方向向右，dc边受到磁场的作用力向下，对于ab边，电流方向由b到a，ab边受到磁场的作用力向上，故A错误。
B、当线圈由图示位置转过180°时，由于换向器的作用，电流沿abcd流过线圈，故B错误。
C、线圈转过180°时，dc边电流方向由c到d，磁场方向不变，根据左手定则，dc边受到磁场的作用力向上，故C正确。
D、线圈转过180°时，ab边电流方向由a到b，磁场方向不变，根据左手定则，ab边受到磁场的作用力向下，故D错误。
故选：C。
【点评】解决此类题目的关键是知道通电导线在磁场中所受力的方向与磁场的磁感线方向和导体中的电流方向有关，改变其中一个，受力的方向就会发生改变，如果两个方向都改变，则受力的方向不变。
17．如图所示，用两根橡皮筋悬挂的均匀金属棒AB水平处于磁场。当棒通以由A向B的电流时，金属棒静止，橡皮筋刚好处于松弛状态（导线对金属棒的作用力忽略不计），此时金属棒受到的磁场力方向为 竖直向上 。若要使橡皮筋处于拉伸状态，在不人为对棒施力的条件下，请提出一项可行的措施 改变电流方向（或使磁场反向、减小电流、减弱磁场等） 。
【答案】见试题解答内容
【分析】先分析金属棒受到的力有：橡皮筋的拉力（两个）、导线AB的重力、导线AB受到的向下的磁力；再根据受力情况判断磁场力的方向。
【解答】解：当棒中通以由A流向B的电流时橡皮筋处于松弛状态就说明了导线AB受到了一个向上的磁场力的作用；若电流的方向发生改变时，导线AB的受力方向就会变为向下，橡皮筋将会处于拉伸状态；或者改变磁场的方向、减小电流、减弱磁场都可以使橡皮筋处于拉伸状态。
故答案为：竖直向上；改变电流方向（或使磁场反向、减小电流、减弱磁场等）。
【点评】本题考查磁场力的有关问题，解答此题的关键是导体AB所受到的磁力的分析。
18．小明利用如图所示装置研究通电导体在磁场中受力大小的影响因素。将一根导体折成如图所示形状，挂在绝缘棒上。闭合开关，导体的A部分和B部分在磁场中受到的力大小相等、方向相反，不会使弹簧测力计示数发生改变。导体L部分在磁场中受到竖直向上的力，使弹簧测力计示数发生改变，测出导体L在磁场中受力大小。
次数 导体L长度（米） 通过导体的电流（安） 导体受到磁场的作用力
1 0.1 2 1
2 0.2 2 2
3 0.3 2 3
4 0.2 4 4
5 0.2 6 6
（1）小明利用粗细和材料相同的导体在同一磁场中进行相关实验，得到实验数据如表。则实验中除了图中所示测量工具外，还需要的测量工具为 刻度尺 。
（2）根据上述实验数据，可研究 导体的长度、电流大小 对通电导体在磁场中受力大小的影响。
（3）若保持导体的粗细、材料和磁场强度不变，当导体长为0.4米、通过的电流为3安时，导体受到磁场的作用力为 6 牛。
【答案】（1）刻度尺；（2）导体的长度、电流大小；（3）6。
【分析】（1）实验中需要改变导体长度的大小，据此分析测量的工具；
（2）根据表格中的数据，利用控制变量法分析；
（3）根据表格中的数据，得出磁场力与导体的长度、电流大小的关系。
【解答】解：（1）小明利用粗细和材料相同的导体，在同一磁场中进行相关实验，实验中需要改变导体的长度，所以需要用到刻度尺；
（2）根据表格中的数据可知，导体的材料、长度一定时，通过导体的电流不同，导体受到磁场的作用力不同；导体的材料、通过导体的电流一定时，导体的长度不同，导体受到磁场的作用力不同，所以可以探究导体受到磁场的作用力与导体的长度、电流大小的关系；
（3）根据表格中1、2、3的实验数据可知，导体的材料、通过导体的电流一定，长度变为原来的几倍，导体受到磁场的作用力就变为原来的几倍；
据表格中2、4、5的实验数据可知，导体的材料、长度一定，通过导体的电流变为原来的几倍，导体受到磁场的作用力就变为原来的几倍；
当导体长为0.4米、通过的电流为3安时，相对于第1组的实验数据，长度变为原来的4倍，电流变为原来的1.5倍，则导体受到磁场的作用力为：F＝4×1.5×1N＝6N。
故答案为：（1）刻度尺；（2）导体的长度、电流大小；（3）6。
【点评】本题是通电导体在磁场中受力大小的影响因素实验，考查了器材的选择、控制变量法的应用，难度不大。
19．学习了电磁知识后，小柯了解到相互靠近的通电导线之间会产生相互作用力。那么这个力的大小和方向与哪些因素有关呢？他将两根导线（可伸长）平行放置后固定（如图1甲所示），然后依次通上如图乙、丙、丁所示的电流，通过反复实验证实了他的猜想。请你根据图中的实验现象回答问题。
（1）分析图1 丙、丁 （选填序号），可知通电导线之间作用力大小与电流大小有关。
（2）得到通电导线之间的相互作用力的方向与电流方向有关的结论，你的依据是 乙、丙中电流大小相同、方向不同，导线形变程度不同 。
（3）如图2所示，将一柔软的导线弯成星形，并将其置于光滑水平桌面上，然后将开关S闭合，则该星形回路将 C 。
A．不会变形
B．会变形，所围面积减小
C．会变形，所围面积增大
D．会变形，所围总面积不变
（4）两根平行放置的通电导线之间的相互作用力的大小除了与电流大小有关外，还与哪个因素有关？（写出一个因素） 导线间距离（导线的长度） 。
【答案】（1）丙、丁；（2）乙、丙中电流大小相同、方向不同，导线形变程度不同；（3）C；（4）导线间距离（导线的长度）
【分析】（1）（2）通电导线中产生的磁场方向与电流的方向有关。观察分析乙、丙、丁图中两条导线的变形情况，可以很容易得出正确答案。
（3）分析电流方向，可进一步推导出导体在电磁场中受力的方向。
（4）通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小、导线的长度、导线见的距离等因素有关。
【解答】解：（1）图丙、丁中两根导线中的电流方向相同，电流大小不同，导线的形变程度不同，由此可知，通电导线之间作用力方向与电流大小有关；
（2）图乙中两根导线中的电流方向相同，而两根导线向中间靠拢，说明两根导线相互吸引；图丙中两根导线中的电流方向相反，而两根导线向两侧排斥，由此可知，通电导线之间作用力方向与电流方向有关；
（3）由题意知，当电流通过导线时，会产生电磁场，而导体在磁场中受力的方向与电流的方向有关，当开关闭合后，此时角上相邻靠近的两条导线电流方向相反，所以受力方向也相反，它们相互排斥，故所围面积会增大，故C正确；
（4）通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小、导线的长度、导线见的距离等因素有关。
故答案是：（1）丙、丁；（2）乙、丙中电流大小相同、方向不同，导线形变程度不同；（3）C；（4）导线间距离（导线的长度）。
【点评】该实验探究题研究的虽然是课本中不曾讲到的知识，但实验设计直观形象，易于看懂，考查内容并没有超出课程标准内容，是一道很不错的探究题。
20．图1是欧姆设计的一款能测量电流大小的电流扭秤，其内部结构如图2。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，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）实验中欧姆是通过 磁针偏转角度 来反映电流大小的。
（2）对比第3、4组数据可推测：当B端温度超过一定值，磁针偏转方向会 改变 ，说明电流的磁场方向与 电流方向 有关。
（3）相同温差下，为了使小磁针偏转更明显，可以采用的方法是 更换磁性更强的小磁针或减小小磁针和导体间的距离 。
【答案】（1）磁针偏转角度；（2）改变；电流方向；（3）更换磁性更强的小磁针或减小小磁针和导体间的距离。
【分析】物理学中对于多因素或多变量的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。
【解答】解：（1）导体中有电流通过时，磁针偏转，因此他是通过磁针偏转角度来反映电流大小，采用转换法。
（2）对比第3、4组数据可知，当B分别为30℃、50℃时，磁针分别向顺时针和逆时针偏转，推测：当B端温度超过一定值，磁针偏转方向会改变，说明电流的磁场方向与电流方向有关。
（3）相同温差下，要使小磁针偏转更明显，则应使其受到的磁场对它的力更大，因此可以更换磁性更强的小磁针或减小小磁针和导体间的距离。
故答案为：（1）磁针偏转角度；（2）改变；电流方向；（3）更换磁性更强的小磁针或减小小磁针和导体间的距离。
【点评】控制变量法能排除干扰，直接显露单一因素对被研究对象变化的影响情况。
21．如图所示，图甲是课本上探究“通电导线在磁场中受力方向与哪些因素有关”的实验示意图，小科同学实际探究时，在电路中连接了一个滑动变阻器，如图乙所示。以下是小科同学的实验过程。
实验步骤：1．将一根导体ab置于蹄形磁体的两极之间，调节滑动变阻器滑片到某一位置后，闭合开关后，发现导体向右运动。
2．断开开关，仅将图中磁体的N极和S极对调，再闭合开关，发现导体ab向左运动。
3．断开开关，保持N极和S极位置与步骤2中相同，仅将图中电源的正负极接线对调，再闭合开关，发现导体ab向右运动。
（1）乙图中小科在电路中接入滑动变阻器的作用是 保护电路 。
（2）请根据以上实验步骤，设计记录实验结果的表格。
【答案】（1）保护电路；（2）见解答。
【分析】（1）甲图闭合开关是短路，容易烧坏电源，据此分析；
（2）根据改变的量和观察的量进行分析，设计表格。
【解答】解：（1）甲图闭合开关是短路，容易烧坏电源，乙图中小科在电路中接入滑动变阻器的作用是保护电路；
（2）实验中改变了电流方向、磁场方向，观察了导体的运动方向，需要记录这些物理，表格如下：
序号 电流方向 磁场方向 导体运动方向
1
2
3
4
故答案为：（1）保护电路；（2）见解答。
【点评】本题考查磁场对电流作用力方向的探究，属于中档题。
22．科学小组同学通过实验研究磁场对通电导体的作用。
（1）小科同学连接图甲电路，当开关闭合后发现导体向右运动。若将电源正负极上的导线互换位置，改变电流方向。则闭合开关后，导体会向 左 运动。
（2）小舟同学改进了实验设计，连接图乙电路，将一段金属直导体放在压力传感器上，置于一定强度的磁场中，闭合开关，记录下不同电流强度时压力传感器的示数，数据如表所示。本实验想验证的假设是： 导体中的电流越大，通电导体在磁场中受到的力越大 。
电流大小/A 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
压力传感器示数/N 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60
（3）由表格数据可知，小舟选用的金属直导体重为 0.3 N。若只将该实验中的N、S极互换位置，其余不变，则当电流为0.4A时，压力传感器的示数是 0.1 N。
【答案】（1）左；（2）导体中的电流越大，通电导体在磁场中受到的力越大；（3）0.3；0.1。
【分析】（1）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。
（2）通电导体在磁场中受力的大小与电流的大小和磁场强弱有关。
（3）根据表格中的数据分析得出结论。
【解答】解：（1）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，将电源正负极上的导线互换位置，改变电流方向。则闭合开关后，导体会向左运动。
（2）根据表格中的数据分析可知：导体中的电流越大，压力传感器的示数越大，说明：导体中的电流越大，通电导体在磁场中受到的力越大。
（3）当电流为零时，压力传感器的示数为0.30N，说明金属直导体重为0.30N；当电流为0.4A时，压力传感器的示数为0.50N，说明此时导体在磁场中受到的力为：F＝F1﹣G＝0.50N﹣0.30N＝0.20N，方向竖直向下。只将该实验中的N、S极互换位置，其余不变，则当电流为0.4A时，此时导体在磁场中的受力大小不变，力的方向改变，此时压力传感器的示数为：F2＝G﹣F'＝0.3N﹣0.20N＝0.10N。
故答案为：（1）左；（2）导体中的电流越大，通电导体在磁场中受到的力越大；（3）0.3；0.1。
【点评】本题考查的是通电导体在磁场中受到力的作用；知道影响力的大小和方向的因素。
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3.3 电动机及其应用（第1课时） 分层练习
科学观念：知道磁场对通电导体作用的规律。
科学思维：归纳磁场对电流的受力方向跟电流方向、磁场方向的关系。
探究实践：能通过实验、推理磁场对通电导体有力的作用；实验、归纳通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向、电流方向有关。
态度责任：培养通过观察来发现规律的能力；领悟电与磁之间的相互联系，培养热爱科学的态度；体验将科学知识运用于生产实践所产生的巨大作用；学习中敢于质疑、乐于与同学交流。
1．下列用电器中，利用“通电导体在磁场中受到力的作用”原理工作的是（ ）
A．麦克风 B．电饭煲 C．电风扇 D．电熨斗
2．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
3．江涛用如图所示的实验装置，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水平向左运动。要使AB水平向右运动，下列措施中可行的是（ ）
A．将A、B两端对调
B．换用磁性更强的蹄形磁体
C．将蹄形磁体的N、S极对调
D．将滑动变阻器的滑片P向右移动
4．如图所示为研究磁场对通电导线作用的实验装置。当接通电源，有电流由a至b通过导线ab时，它将受到磁场力作用而向左运动，则（ ）
A．当磁场方向改变后，导线ab将向右运动，机械能将转化为电能
B．当电流方向改变后，导线ab将向右运动，电能将转化为机械能
C．电流方向和磁场方向同时改变，导线ab静止不动
D．电流方向和磁场方向同时改变，导线ab将向右运动
5．一个能够自由转动的矩形线圈悬挂在磁场中，通电后线圈不动，这可能是因为（ ）
A．线圈中是交流电 B．线圈中的电流方向接反了
C．线圈此时正好处于平衡位置 D．以上说法都不对
6．如图甲、乙所示为通电线圈在磁场中的两个位置，关于这两个位置的说法正确的是（ ）
A．通电线圈在甲位置时会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力
B．通电线圈在乙位置时会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力
C．通电线圈在甲位置时会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力
D．通电线圈在乙位置时会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力
7．一次科学探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象，下列说法正确的是（ ）
A．灯丝晃动是一种电流的磁现象
B．灯丝晃动时受力平衡
C．灯丝晃动是受到磁体的吸引作用
D．灯丝晃动是磁场对通电线圈的作用
8．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
9．如图在磁场中的矩形铜线框处于静止状态。闭合开关后，AB段导体受到向上的磁场力，则（ ）
A．电路中M处的电流大于Q处的电流
B．CD段导体受到磁场力的方向向下
C．矩形铜线框一定发生转动
D．若只将电源正负极对调，CD段受到磁场力的方向一定向下
10．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．先顺时针流动，再逆时针流动
D．先逆时针流动，再顺时针流动
11．探究“通电导线在磁场中是否受力”实验时，小金同学在课本实验的基础上又接了个滑动变阻器，分析小金同学实验请回答：
（1）实验装置中的导体ab应选用轻质的 （填“铁棒”或“铝棒”）。
（2）实验中小金判断“导体受到了力的作用”的科学依据是 。
（3）小金连接了一个滑动变阻器是为了探究“ ”。
（第11题图） （第12题图）
12．如图是探究磁场对通电导线的作用的实验装置，两根水平且平行的金属轨道上放一根轻质导线AB，并把它们置于磁场中。
（1）闭合开关接通电源，这时会看到导线AB向左运动，在此过程中 能转化为 能，同时这表明 。
（2）如果只改变导线AB中的电流方向，观察到导线AB向右运动，这表明通电导线在磁场中受力的方向与 有关。
（3）如果只把磁体的两极对调，也会看到导线AB向右运动，这表明 。
（4）如果把磁体的两极对调，同时改变导线AB中的电流方向，会看到导线AB向 运动。
13．“ ”表示导线中的电流方向垂直于纸面向里；“⊙”表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。螺线管通电后外部磁场的情况，如图所示，此时通电导线受到的力F向上．以下小京对力方向的判断，正确的是（ ）
A． B． C． D．
14．如图是实验室电流表内部结构示意图，处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会带动指针一起偏转。线圈中的电流越大，指针偏转角度越大。关于该现象，下列说法正确的是（ ）
A．该装置利用了电流磁效应的原理
B．线圈中有电流通过时，把电能全部转化为内能
C．改变线圈中的电流方向，其转动方向不会改变
D．线圈中的电流越大，其所受磁场力越大
15．如图所示，干电池底部吸有强磁铁（可导电），在干电池的正极上支有一“门”字形导线框，导线框B侧和套在强磁铁上的导电圆环C连接，导线框和圆环C能够一起绕干电池持续转动，圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。导线框转动的动力来源（ ）
A．只有线框A侧受到磁场对电流的作用
B．只有线框B侧受到磁场对电流的作用
C．线框A侧、B侧都受到磁场对电流的作用
D．线框A侧、B侧都未受到磁场对电流的作用，是受到的其他外力
16．图示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘；A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，在图示位置，电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，则（ ）
A．线圈在图示位置时，ab边受到磁场的作用力向下
B．线圈由图示位置转过180°时，电流沿dcba流过线圈
C．线圈由图示位置转过180°时，dc边受到磁场的作用力向上
D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向上
17．如图所示，用两根橡皮筋悬挂的均匀金属棒AB水平处于磁场。当棒通以由A向B的电流时，金属棒静止，橡皮筋刚好处于松弛状态（导线对金属棒的作用力忽略不计），此时金属棒受到的磁场力方向为 。若要使橡皮筋处于拉伸状态，在不人为对棒施力的条件下，请提出一项可行的措施 。
18．小明利用如图所示装置研究通电导体在磁场中受力大小的影响因素。将一根导体折成如图所示形状，挂在绝缘棒上。闭合开关，导体的A部分和B部分在磁场中受到的力大小相等、方向相反，不会使弹簧测力计示数发生改变。导体L部分在磁场中受到竖直向上的力，使弹簧测力计示数发生改变，测出导体L在磁场中受力大小。
次数 导体L长度（米） 通过导体的电流（安） 导体受到磁场的作用力
1 0.1 2 1
2 0.2 2 2
3 0.3 2 3
4 0.2 4 4
5 0.2 6 6
（1）小明利用粗细和材料相同的导体在同一磁场中进行相关实验，得到实验数据如表。则实验中除了图中所示测量工具外，还需要的测量工具为 。
（2）根据上述实验数据，可研究 对通电导体在磁场中受力大小的影响。
（3）若保持导体的粗细、材料和磁场强度不变，当导体长为0.4米、通过的电流为3安时，导体受到磁场的作用力为 牛。
19．学习了电磁知识后，小柯了解到相互靠近的通电导线之间会产生相互作用力。那么这个力的大小和方向与哪些因素有关呢？他将两根导线（可伸长）平行放置后固定（如图1甲所示），然后依次通上如图乙、丙、丁所示的电流，通过反复实验证实了他的猜想。请你根据图中的实验现象回答问题。
（1）分析图1 （选填序号），可知通电导线之间作用力大小与电流大小有关。
（2）得到通电导线之间的相互作用力的方向与电流方向有关的结论，你的依据是 。
（3）如图2所示，将一柔软的导线弯成星形，并将其置于光滑水平桌面上，然后将开关S闭合，则该星形回路将 。
A．不会变形 B．会变形，所围面积减小
C．会变形，所围面积增大 D．会变形，所围总面积不变
（4）两根平行放置的通电导线之间的相互作用力的大小除了与电流大小有关外，还与哪个因素有关？（写出一个因素） 。
20．图1是欧姆设计的一款能测量电流大小的电流扭秤，其内部结构如图2。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，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）实验中欧姆是通过 来反映电流大小的。
（2）对比第3、4组数据可推测：当B端温度超过一定值，磁针偏转方向会 ，说明电流的磁场方向与 有关。
（3）相同温差下，为了使小磁针偏转更明显，可以采用的方法是 。
21．如图所示，图甲是课本上探究“通电导线在磁场中受力方向与哪些因素有关”的实验示意图，小科同学实际探究时，在电路中连接了一个滑动变阻器，如图乙所示。以下是小科同学的实验过程。
实验步骤：1．将一根导体ab置于蹄形磁体的两极之间，调节滑动变阻器滑片到某一位置后，闭合开关后，发现导体向右运动。
2．断开开关，仅将图中磁体的N极和S极对调，再闭合开关，发现导体ab向左运动。
3．断开开关，保持N极和S极位置与步骤2中相同，仅将图中电源的正负极接线对调，再闭合开关，发现导体ab向右运动。
（1）乙图中小科在电路中接入滑动变阻器的作用是 。
（2）请根据以上实验步骤，设计记录实验结果的表格。
22．科学小组同学通过实验研究磁场对通电导体的作用。
（1）小科同学连接图甲电路，当开关闭合后发现导体向右运动。若将电源正负极上的导线互换位置，改变电流方向。则闭合开关后，导体会向 运动。
（2）小舟同学改进了实验设计，连接图乙电路，将一段金属直导体放在压力传感器上，置于一定强度的磁场中，闭合开关，记录下不同电流强度时压力传感器的示数，数据如表所示。本实验想验证的假设是： 。
电流大小/A 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
压力传感器示数/N 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60
（3）由表格数据可知，小舟选用的金属直导体重为 N。若只将该实验中的N、S极互换位置，其余不变，则当电流为0.4A时，压力传感器的示数是 N。
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