第4节 电动机

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第4节 电动机
联想情景导入
你玩过电动玩具车吗 所有的电动玩具车里都有一个重要的零件 电动机。当打开
电动玩具车的开关时，你就会听到马达(即电动机)转动的声音，电动机通过齿轮带动玩具车的车轮，玩具车虞运动起来。
在生产和生活中，我们还运用了电风扇、洗衣机、电吹风等电器设备，这些电器都是利
用电动机的工作原理来进行工作的，想具体了解它们工作时的情况吗 请认真学习我们今天的课程吧!
重点知识详解
一、磁场对通电导线和线圈的作用
1．磁场对通电导线的作用。
实验操作：在如图所示的装置中,当合上开关使导线通电时，发生了什么现象
分别改变电流方向或磁体的磁极方向。又发生了什么现象
实验现象：合上开关使导线通电时，导线由静止变为运动。改变电流或磁极方向，导线运动方向发生改变。
实验结论：通电导体在磁场里会受到力的作用。
2．通电导体在磁场里受力方向的影响因素：通电导体在磁场里受力方向与电流方向和磁场方向有关。
3．磁场对通电导线圈的作用。
实验操作：在如图所示的装置中。通电矩形线圈处于图甲位置和图乙位置时，观察线圈的转动情况。
当通电矩形线圈处于图甲位置时线圈会发生转动，但摆动几下后就停在了图乙
位置。不再转动的原因是在图甲位置时,线圈受到与线圈平面垂直的力，线圈发生转
动，而在图乙位置时，线圈受到的力与线圈在同一个平面上。线圈依靠惯性转过图
乙位置时,线圈两边受力方向与图甲位置相同，但作用效果却使线圈反方向转动。
二、直流电动机
1．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里受到力的作用而转动的现象制成的,是把电能转化为机械能的装置。
2．直流电动机的结构：直流电动机主要是由磁铁和线圈组成，此外还有换向器、电刷等。
1一端盖 2一风扇3一机座 4一电枢 5一主磁极 6一刷架7一换向器
8一接线板9一出线盒l0一换向器
3．换向器的作用：每当线圈转过平衡位置时，它能自动改变线圈中的电流方向。
如图，导体ab受到向上的
力，而cd受到向下的力，所
以通电线圈开始转动。
“换向器”是怎样实现“换向”的
用直流电源给处在磁场中的线圈通电时，要使线圈能绕轴连续转动的关键，
在于使线圈一到平衡位置就能自动改变线圈中的电流方向，“换向器”就是能完成
这一任务的装置。
1 换向器”由两个半铜环组成。
2 个半铜环的开口处(即绝缘处)安装。
3 线圈由于惯性稍稍转过平衡位置时，能交换电刷与换向器的半铜环的接触，从而改变了线圈中的电流方向和受力方向，使线圈仍能按原来的绕向转动。
三、安装直流电动机模型
1．直流电动机模型的安装顺序是从内到外，从下到上的。具体顺序是支架 线圈(转子) 电刷 磁极(定子)。
2．安装直流电动机模型的要点：
(1)应按一定次序安装；
(2)电刷与换向器之间的松紧．线圈转子与定子之间的间隙要适中；
(3)安装完毕后用手拨一下转子。观察其运转是否良好。否则应加以调试。
3．改变直流电动机转动方向的方法；改变通过线圈的电流的方向(对调电源两极)或者改变磁感线方向(对调磁铁的两极)。
4．改变转速的方法：改变线圈中电流的大小。
5．实验步骤：
(1)仔细观察换向器．弄清换向器的作用；
(2)安装直流电动机模型；
(3)画出有关电路图(如图所示)，并按图连接电路；
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(4)经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机转动情况；
(5)按下表进行实验，把结论填入表中。
实验条件 现象与结论
第一次 磁极位置不变，对调电源两极 电流方向相反，线圈转动方向相反
第二次 电源两极不变。对调两个磁极 磁感线方向相反，线圈转动方向相反
第三次 移动滑动变阻器增大电阻 线圈转动缓慢，电流减小
第四次 移动滑动变阻器减小电阻 线圈转动加快，电流增大
精典例题解析
[例1] 如图所示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向上。
(1)如果仅将两磁极对调位置。导线ab受力向_________；
(2)如果磁极位置不变，仅改变ab中的电流方向，导线ab受力向_________；
(3)如果同时对调磁极位置和改变电流方向，导线ab受力向_________。
[解析] 磁场对电流的作用力方向跟磁场方向、电流方向有关，如果只改变磁场方向或电流
方向，则导体受力方向发生改变，若两者同时改变，则导体受力方向不变。
[答案] (1)下 (2)下 (3)上
[例2] 如图所示，悬挂在细金属丝上的金属棒AB处在磁场中。
(1)当C、D两个线头没有接到电池组的正、负极时。AB棒保持静止不动，而一旦使
C、D两个线头接触到电池组的正、负极时，AB棒立即摆动起来，这一现象说明
了_____________；
(2)留心的同学还会注意到，当两个线头分别接触C、D两极时，金属棒相对蹄形磁
铁向里摆动，而如果将两个线头对调一下再接触C、D两极，则看到金属棒相对
蹄形磁铁向外摆动，这一现象说明了___________；
(3)如果两个线头像图示那样接触C、D，而把蹄形磁铁上下翻转一下(S极在上)。则
金属棒也相对蹄形磁铁向外摆动。这一现象说明了_______________。
[解析] 通电导体在磁场里会受到力的作用。受到作用力的方向与电流方向和磁感线方向有
关。
[答案] (1)通电导体在磁场中受到力的作用 (2)通电导体在磁场中受到力的作用方向与电流方向有关 (3)通电导体在磁场中受到力的作用方向与磁感线方向有关
[例3] 在“安装直流电动机模型”的实验中。
(1)根据图甲的电路将图乙中的各元件连成电路。
(2)改变直流电动机的转动方向有两种方法：一是改变_________；二是改变_________。
(3)要想使电动机的转速加快，可以_______________________________________。
[解析] 直流电动机转动的速度与电流有关，电流越大，电动机转速越大。电动机转动方向
与电流方向和磁场方向有关，改变电流和磁场方向可以改变电动机转动方向。
[答案] (1)
(2)线圈中的电流方向 磁感线方向 (3)增大电流
考点应试必备
1．下列改变直流电动机的转向方法不可行的是 ( )
A．改变线圈中的电流方向
B．改变磁场方向
C．将电源的正负极和两个磁极同时对换
D．电源的正负极和两个磁极不能同时对换
2．关于直流电动机的工作原理，下列叙述正确的是 ( )
A．利用电磁感应的原理制成的
B．用交流电源供电，通过换向器，线圈中变为直流电
C．用直流电源供电，通过换向器，线圈中变为交流电
D．线圈所在的平面跟磁感线平行时的位置叫平衡位置
3．直流电动机能持续转动，主要是因为 ( )
A．线圈的作用 B．电流的作用 C．磁场的作用 D．换向器的作用
4．直流电动机工作时，线圈经过垂直磁感线的位置时 ( )
A．线圈受力平衡，速度为零 B．线圈受力平衡，速度不为零
C．线圈受力不平衡，速度为零 D．线圈受力不平衡，速度不为零
5．下列说法正确的是 ( )
A．电动机是把机械能转化为电能的机器
B．电动机是把电能转化为机械能的机器
C．直流电动机是利用线圈的转动而产生电流的
D．改变线圈中的电流方向，可以改变电动机线圈转动的快慢
6．如图所示，把一根直导线AB放在蹄形磁铁的磁场中，接通电源后，让电流通过导体AB，
下列说法正确的是 ( )
A．AB仍静止 B．AB在水平方向运动起来
C．AB沿磁场方向运动 D．AB沿电流方向运动
7．关于通电导体在磁场里受力方向与电流方向和磁感线方向之间的关系，下列说法中错误
的是 ( )
A．电流方向改变时，导体受力方向改变
B．磁场方向改变时，导体受力方向改变
C．电流方向和磁场方向同时改变，导体的受力方向改变
D．电流方向和磁场方向同时改变，导体的受力方向不变
8．将一矩形线圈悬挂在磁场中，通电后线圈却不能转动，其原因可能是 ( )
A．线圈中的电流太大 B．线圈平面与磁场方向平行
C．线圈方向与磁场方向垂直 D．线圈平面与磁感线的夹角小
9．以下的用电器中。属于利用“通电导线在磁场中受磁场力的作用”原理工作的是
( )
A．电炉 B．白炽灯
C．电热毯 D．电风扇
10．某通电直导体在磁场中受力作用的情况如图甲所示，则在下列四图中通电直导体在磁场
中受力作用的方向跟它相同的是 ( )
11．直流电动机是利用____________的原理工作的。为了使线圈能持续转动(即保持原有转
动方向不变),必须给它安装__________，利用这一装置使得线圈一转过________,立即
改变________中的电流方向。电动机是把__________能转化为_________能的机器。我
们家庭中使用的，________、________、_________等电器中的电动机都是__________
流电动机。
12．如图所示的实验中，闭合开关后，导体棒ab向右运动，这说明________对通电
导体有力的作用；若要使ab向左运动，你的方法是___________________________。
13．标出下图中直流电动机各部分名称。
A____________ B_________ C_________ D__________ E_________
14．在探究通电导体在磁场中受到的力与哪些因素有关时，小丽同学做了如下三组实验，其
中AB是通电导体的一部分,导线上的箭头表示电流方向，F表示导体受力的方向,N、S
表示磁体的两极。
(a) (b) (c)
(1)通过实验(a)和(b)说明，通电导体在磁场中的受力方向与_________的方向有关。
(2)通过实验(a)和(c)说明，通电导体在磁场中的受力方向与_________的方向有关。
15．小丽同学学习了电流的磁效应后，知道了电流周围存在磁场，
并且探究出了电流周围的磁场方向与电流方向有关。后来又
学习了磁场对通电导体有力的作用，并且知道磁场对通电导
体的作用力的方向与电流方向和磁场方向都有关。
小丽想：如果把两根通电导体靠得很近时，任何一根导体
都处在另一根导体的磁场中，这样两根导线之间便会有力的作
用。那会是怎样的作用呢
她把这一想法告诉几个同学．并相互提出了观点：
小明说：“两条导线会相互吸引。”
小华说：“两条导线也许会相互排斥。”
小红说：“别费劲了，谁见过电线杆上的两条电线相互打架呢 ”
到底谁对呢 于是他们一起去找赵老师，希望能得到老师的帮助。赵老师带他们到实验室让他们自己通过实验来得出结论。
于是他们来到实验室设计了一个实验电路,如图甲所示。实验中A、B两段导线相互靠近
时，闭合开关后发现，两根导线会相互吸引,小明得意地说：“我对了吧，实践是检验真理的唯一标准。因此可以褥出结论：当两根通电导线靠得很近时。它们是相互吸引的。”小华和小红没出声．算是默认了。
小丽想了想．说：“别忙于下结论。”随后，小丽改变了其中一根导线的电流方向，如图
乙所示，结果变成了相互排斥。小丽接着说现在可以下结论了。
请你通过上述材料结合自己的知识回答：
(1)请你分析：小丽是根据什么判断出当把其中一根导线中的电流方向改变。
两通电导线会由相互吸引变为相互排斥的
(2)材料最后说“现在可以下结论了”，你认为正确的结论是什么
(3)小红说：“谁见过电线杆上的两条电线相互打架呢 ”你认为电线杆上的电线为什么不会
“打架” 请你作出一个可能的猜想。
(4)他们是按什么样的思维程序进行此探究活动的
答：_______ ________ ________ ________ ________
(5)请你根据刚才所学的知识解释下图所示的实验。
如图：用一根轻质软弹簧．接入如图所示电路中，弹簧下端刚好与水银面相接触。
上面用两根绝缘的不易伸长的细线固定在天花板上，当开关闭合后。你会观察到什么现象
参考答案：
笫4节 电动机
1．C 2．C 3．D 4．B 5．B 6．B 7．C 8．B 9．D 10．C
11．通电线圈在磁场中受力转动 换向器 平衡位置 线圈 电 机械 电风扇 洗衣机 电冰箱 交
12．磁场改变磁场或电流的方向
13．磁铁轴架线因换向器电刷
14．(1)电流(2)磁场
15．(1)通电导体周围的磁场方向与电流方向有关。
(2)两平行的通电导体靠得很近时。当通入的电流方向相同时，两导线相互吸引；当通入的电流方向相反时，两导线相互排斥。
(3)两导体间距较大，相互之间的作用力较小。
(4)提出问题→猜想假设→设计实验→进行实验→得出结论
(5)软弹贫的缩短与仲长会使电路时通时断，同时小灯泡会熄灭后发光。如此往复。
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