17.2 探究电动机转动的原理
一、选择题
1．2018·淄博如图6所示是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路，原来静止的导线ab向右运动。要使导线ab向左运动，可行的措施是( )
图6
A．将磁体的N、S极对调
B．增大电源电压
C．换用磁性更强的磁体
D．将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向
2．要改变直流电动机线圈转动的方向，可行的办法是( )
A．改变电流的大小
B．改变磁场的强弱
C．只改变电流方向
D．同时改变电流方向和磁场方向
3．如图7所示是一只电动玩具小企鹅，小明装上电池后，发现小企鹅倒退着走，为了使小企鹅前进，小明可以( )
图7
A．将小企鹅反过来
B．拍打小企鹅使它听话
C．将电池反装
D．以上说法均不正确
4．要想使一台直流电动机的转速增大，下列方法中不可行的是( )
A．改换磁极的位置
B．增大线圈中的电流
C．增大电动机的供电电压
D．增强磁场
5．如图8所示，线圈abcd位于磁场中，开关S与1接触时，ab段导线受磁场力F的方向向上；当开关S改为与2接触时，ab段导线受磁场力( )
图8
A．方向向下
B．方向向上
C．为零，因为电源反接
D．为零，因为电路一定是开路
6．直流电动机中转子的线圈通过换向器、电刷和直流电源相连接，这里换向器与电刷的作用是( )
A．不断改变电流的方向，使线圈能够完成正、反转动
B．适时地自动改变电流的方向使线圈始终向一个方向转动
C．不断地改变磁场的方向以改变线圈转动的方向
D．不断地改变磁场的方向，使线圈始终朝一个方向转动
7．小明将直流电动机模型接入电路，闭合开关后，发现电动机不工作。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，其开始不工作的原因可能是( )
A．直流电动机的铜半环与电刷接触不良
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
二、填空题
8．2017·百色 如图9所示，闭合开关，在轨道上原来静止的金属杆向右运动，这表明磁场对通电金属杆产生________的作用，如果只改变通过金属杆的电流方向，金属杆将向________(选填“左”或“右”)运动。
图9
9．如图10所示，在直流电动机的工作过程中，“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__________，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。电动机工作时是把电能转化为________能。
图10
10．如图11所示是我们实验室所用电流表的内部结构示意图。当接入电路中有电流通过线圈时，线圈带动指针偏转。该电流表的工作原理是________________________________________________________________________。
图11
11．如图12所示是扬声器的构造示意图，当线圈中有电流通过时，线圈受到磁场力的作用而运动，这与__________的工作原理相同；当线圈中电流的方向改变时，线圈受到的力的方向__________(选填“改变”或“不改变”)；线圈中的电流方向不断改变，线圈就不断地带动纸盆来回振动，于是扬声器就发出了声音。
图12
三、实验探究题
12．如图13所示，悬挂在细金属丝上的金属棒AB处在磁场中。
图13
(1)当C、D两个线头没有接到电池组的正、负极上时，AB棒保持静止不动，而一旦使C、D两个线头接到电源的正、负极上，AB棒立即摆动起来，这一现象说明了________________________________________________________________________。
(2)细心的同学还会注意到，当C、D两个线头分别接电源的正、负极时，金属棒相对蹄形磁体向里摆动，而如果将两个线头对调一下再接电源的正、负极，则看到金属棒相对蹄形磁体向外摆动，这一现象说明了________________________________________________________________________。
(3)如果两个线头像图示那样接在电源的正、负极上，而把蹄形磁体上下翻转一下(S极在上)，则金属棒也相对蹄形磁体向外摆动，这一现象说明了________________________________________________________________________。
13．在“研究磁场对电流的作用”实验中：
(1)利用如图14甲所示的装置进行实验时，应在“a”“b”之间接入________，根据该原理可制成________。
图14
(2)若要继续研究“导体受力的大小与电流大小的关系”，可在上述图甲电路中再串联一个__________。改变电流大小后，根据__________________可初步判断受力的大小是否发生改变。
(3)乙、丙两图中，图________中线圈恰好处于平衡位置，另一图中线圈左右两边所受力不满足二力平衡条件是因为这两个力______________。
(4)图丁中的线圈可以持续转动，是因为它加装了________，该装置能在线圈__________(选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”)平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
14．如图15所示为小玲和小辉同学共同制作的直流电动机模型，他们用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连；用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下，闭合开关且用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。
图15
(1)直流电动机的工作原理是________________________________。
(2)将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，其作用与直流电动机中的________的作用相同。
(3)通过改变____________方向，可以改变线圈的转动方向。
(4)如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，线圈不能转动，请你分析可能的原因是______________________。
15．在物理学中，用“”表示电流的方向垂直于纸面向里，用“”表示电流的方向垂直于纸面向外。如图16所示，图甲表示直导体a在磁场中受到一个既跟电流方向垂直，又跟磁感线方向垂直的水平向左的磁场力F，则在如图乙所示的四种情况中，通电导体b受到的磁场力方向水平向左的是( )
图16
1．A [解析] 通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向两个因素有关；将磁体的磁极对调，磁场方向与原来相反，则导线的受力方向与原来相反，能使导线向左运动，A选项正确。增大电源电压，会改变受力大小，但不会改变运动方向，B选项错误。换用磁性更强的磁体，会改变受力大小，不能改变受力方向，C选项错误。将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向，不会改变受力方向，不能使导线向左运动，D选项错误。
2．C 3.C
4．A [解析] 对调磁极只会使线圈受力方向改变，不会改变线圈受力的大小，A不可行；增大线圈中通过的电流后，线圈受力将增大，线圈转动的速度增大，B可行；增大电压后也可增大线圈中的电流，从而增大线圈受力，线圈的转速增大，C可行；换用磁性更强的磁体可以增大线圈受力，线圈的转速增大，故D可行。
5．A 6.B 7.C
8．力 左 [解析] 闭合开关，金属杆中有电流通过，原来静止的金属杆向右运动，这表明磁场对通电金属杆产生了向右的作用力；通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向、电流方向有关；如果只改变通过金属杆的电流方向，则金属杆的受力方向改变，金属杆将向左运动。
9．电流方向 机械
10．通电导体在磁场中受到力的作用(或磁场对电流有力的作用)
11．电动机 改变
12．(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电流方向有关
(3)通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关
13．(1)电源 电动机
(2)滑动变阻器 导体摆动幅度
(3)丙 不在同一直线上
(4)换向器 刚转过
[解析] (1)因为通电导体在磁场中受力会运动，通过观察可知图甲中缺少一个电源，因此利用图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”“b”之间接入电源，根据此原理可以制成电动机。
(2)滑动变阻器串联在电路中可以改变电路中电流的大小，若要继续研究“导体受力的大小与电流大小的关系”，可在上述电路中再串联一个滑动变阻器；改变电流大小后，根据导体棒摆动幅度可初步判断其受力的大小是否发生改变。
(3)当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈处于平衡位置，此时线圈受力平衡，所以图丙的线圈恰好处于平衡位置；图乙中线圈左右两边所受力不满足二力平衡中的“两力作用在同一直线上”的条件。
(4)图丁中的线圈可以持续转动，是因为加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
14．(1)通电线圈在磁场中受力转动
(2)换向器
(3)磁场(或电流)
(4)磁场太弱(合理即可)
15．C [解析] 本题可采用对比的方法来解答。分别将图乙中的A、B、C、D与图甲比较，若只有电流方向改变，则受力方向改变；若只有磁场方向改变，则受力方向改变；若电流方向和磁场方向同时改变，则受力方向不变。
17.2 探究电动机转动的原理
知识点 1 探究磁场对电流的作用
1．如图17－2－1所示是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通过导体AB时，它受到磁场力作用而向左运动，则( )
图17－2－1
A．只改变磁场方向时，导线AB将向左运动
B．只改变电流方向时，导线AB将向右运动
C．电流方向和磁场方向同时改变时，导线AB将不运动
D．电流方向和磁场方向同时改变时，导线AB将向右运动
2．在探究“通电导线在磁场中的受力方向与什么因素有关”时，一位同学做了如图17－2－2甲、乙、丙所示的三个实验，图中AB表示闭合电路的一部分导线，导线上的箭头方向表示电流的方向，F表示导线受力的方向，S、N表示磁体的南、北极。
图17－2－2
(1)实验甲和乙说明：通电导线在磁场中的受力方向与__________的方向有关。
(2)实验甲和丙说明：通电导线在磁场中的受力方向与__________的方向有关。
3．如图17－2－3所示，悬挂在细金属丝上的金属棒AB处在磁场中。
图17－2－3
(1)当C、D两个线头没有接到电池组的正、负极上时，AB棒保持静止不动；而一旦使C、D两个线头接到电池组的正、负极上，AB棒立即摆动起来，这一现象说明了________________________________________________________________________
____________________。
(2)细心的同学还会注意到，当C、D两个线头分别接电池组的正、负两极时，金属棒相对蹄形磁体向里摆动，而如果将两个线头对调一下再接电池组的正、负两极，则看到金属棒相对蹄形磁体向外摆动，这一现象说明了____________________________________________。
(3)如果将C、D两个线头分别接电池组的正、负两极，而把蹄形磁体上下翻转一下(S极在上)，则金属棒也相对蹄形磁体向外摆动，这一现象说明了________________________________________________________________________。
知识点 2 电动机的原理
4．电动机的工作原理是_______________________________________________，
只改变线圈中的电流方向，电动机的转动方向________(选填“会”或“不会”)发生改变。电风扇、洗衣机、抽油烟机等家用电器中都装有电动机，这些用电器是________联接入家庭电路中的。
5．如图17－2－4所示是直流电动机的工作原理图，图中两个分别与线圈两端相连而又彼此绝缘的铜半环E和F是电动机的________，主要作用是当线圈转动到______________时改变线圈中的______________，从而使线圈能够持续转动。
图17－2－4
6．关于直流电动机，下列说法正确的是( )
A．电动机工作时，将机械能转化为电能
B．电动机是根据磁场对电流的作用来工作的
C．同时改变磁场方向和线圈中的电流方向，才能改变电动机的转动方向
D．电动机是通过电刷来实现连续转动的
知识点 3 生活中的电动机
7．如图17－2－5所示为实验室常用电流表的内部结构图。多匝金属线圈悬置在磁体的两极间，线圈与一根指针相连。当线圈中有电流通过时，它受力转动带动指针偏转，便可显示出电流的大小。下列与此工作原理相同的电器设备是( )
图17－2－5
A．电饭锅 B．电铃 C．发电机 D．电动机
8．李翔同学通过上网查得扬声器的工作原理如下：当扬声器线圈中的电流方向如图17－2－6所示时，线圈向右运动；当线圈中电流方向改变时，线圈将向左运动，如此反复，线圈带动纸盆来回振动而发声。由此可知，扬声器的内部相当于一个________，它是利用____________________的原理工作的。
图17－2－6
9．小明将直流电动机模型接入电路，闭合开关后，发现电动机不工作。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，其开始不工作的原因可能是( )
A．直流电动机的铜半环与电刷接触不良
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
10．在物理学中，“?”表示电流的方向垂直于纸面向里，“⊙”表示电流的方向垂直于纸面向外。图17－2－7表示直导体a在磁场中受到一个既跟电流方向垂直，又跟磁感线方向垂直的水平向左的磁场力F；则在图17－2－8所示的四种情况中，通电导体b受到的磁场力方向水平向左的是( )
图17－2－7
图17－2－8
11．第一个发现电和磁联系的科学家是________，这为电动机和发电机的发明奠定了基础。在做“让线圈转起来”的实验中，将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周(如图17－2－9所示)，其作用与直流电动机中的________作用相似。采用“刮漆”的办法________(选填“能”或“不能”)改变线圈中的电流方向。
图17－2－9
12．如图17－2－10所示为小玲和小辉同学制作的一种直流电动机模型，他们用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连；用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端的全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮，将线圈放在支架上，蹄形磁体放在线圈周围。
图17－2－10
(1)按他们这种方法刮漆，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”)，目的是使线圈能够__________________。
(2)可以通过改变________方向，改变线圈的转动方向。(填一种方法)
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是________________________，这时可做的有效尝试是________________________。
13．小凌同学在学习了磁知识后，对磁现象很感兴趣。一天晚上，她在台灯下研究磁体，偶然发现当磁体靠近发光的台灯时，灯泡内的钨丝晃动了。让我们和小凌同学一起来探究：
(1)提出问题：________________________________________________________________________?
(2)建立假设：①可能是磁体对钨丝有吸引作用；②可能是磁体对通电的钨丝有力的作用。
(3)获得证据：小凌找来同样的钨丝，用磁体靠近，发现钨丝不能被吸引。
(4)得出结论：钨丝晃动并不是磁体对钨丝有吸引作用，而是________________________________________________________________________。
14．2018·淄博 如图17－2－11所示是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路，原来静止的导线ab向右运动。要使导线ab向左运动，可行的措施是( )
图17－2－11
A．将磁体的N、S极对调
B．增大电源电压
C．换用磁性更强的磁体
D．将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向
详解详析
1．B
2．(1)电流 (2)磁场
3．(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电流方向有关
(3)通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关
4．通电导体在磁场中受到力的作用 会 并
5．换向器 平衡位置 电流方向
6．B 7.D
8．电动机 通电线圈在磁场中受到力的作用
[解析] 当扬声器的线圈通过电流时，通电线圈在磁场中受到力的作用而引起线圈振动，从而带动纸盆振动而发出声音。电动机就是根据通电线圈在磁场中受到力的作用这一原理制成的。
9．C
10．C [解析] 本题可采用对比的方法来解答。分别将图A、B、C、D与题图比较，若只有电流方向改变，则受力方向改变；若只有磁场方向改变，则受力方向改变；若电流方向和磁场方向同时改变，则受力方向不变。
11．奥斯特 换向器 能
[解析] 第一个发现电和磁联系的人是奥斯特，这为电动机和发电机的发明奠定了基础；在直流电动机中，为了使线圈持续的转动下去，一般是通过换向器在平衡位置及时的改变电流的方向，使线圈所受力的方向发生改变，从而使线圈能持续转动。
12．(1)切断线圈中的电流 持续转动
(2)电流(或磁场)
(3)磁场太弱 换用磁性较强的磁体(合理即可)
[解析] (1)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，切断电流，通过线圈的惯性转动半周，从而使线圈能够持续的转动下去。
(2)要改变线圈的转动方向，就要改变线圈的受力方向，而线圈的受力方向由磁场方向和电流方向来决定，因此可改变磁场方向或电流方向来改变线圈的转动方向。
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，线圈不能连续转动，可排除无电流的情况，可能是电流太弱、磁场太弱或开始线圈处在平衡位置等，可进行有针对性的尝试，包括换新电池使电流增大，换磁性较强的磁体，用手推一下线圈使其转过平衡位置等。
13．(1)灯泡内的钨丝为什么会晃动
(4)磁体对通电的钨丝有力的作用
14．A [解析] 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故B、C错误；只改变磁场方向，运动方向改变，A正确；电流方向和磁场方向同时改变，运动方向不变，D错误。
