初中物理沪科版（五四制）(2024)九年级下册（2024）第3节 通电导线在磁场中受到的作用力作业ppt课件

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2021 年 5 月 22 日，我国首辆火星车“祝融号”安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始执行探测任务。图 是“祝融号”在火星表面行驶巡视的模拟画面，火星车行驶要依靠电动机，电动机通电后转动从而带动火星车行驶。
第3节 通电导线在磁场中受到的作用力
为什么电动机通电后能转动？
一、通电导线在磁场中受到力的作用
我们知道磁体周围存在磁场，电流周围也存在磁场；磁体在磁场中会受到力的作用。通电导线相当于磁体，在磁场中也应该受到力的作用，其运动状态可能会发生改变。
【提出问题】通电导线在磁场中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向与什么因素有关？【猜想与假设】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向可能与磁场的方向、导体中电流的方向有关。
1. 探究磁场对通电导线的作用
直导线ab向左运动.
直导线ab运动，说明直导线ab通电后在磁场中受到力的作用.
与实验①的现象对比，说明磁场对通电导线有力的作用.
直导线ab向右运动.
改变电流方向，直导线ab运动方向改变，说明直导线ab受力方向与电流方向有关.
保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象.
改变磁感线方向，直导线ab的运动方向改变，说明直导线ab受力方向与磁感线方向有关.
同时改变电流方向和磁感线方向，直导线运动方向不变，说明当电流方向与磁感线方向同时改变时，直导线ab受力方向不变.
【分析论证】在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。在实验③中：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。在实验④中：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。
通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。
当电流的方向或者磁感线（磁场）的方向有一个变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向和磁感线（磁场）的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。
视频演示——《磁场对通电导体的作用》
（1）构造：主要由固定的永磁体、线圈和锥形纸盆等构成。（2）原理：当线圈中通以携带声音信息、大小和方向不断变化的电流时，线圈在永磁体的磁场中受到力的作用而振动，从而带动纸盆振动，于是扬声器就发出了声音。
生活中小巧的耳塞式耳机基本都是动圈式扬声器，只是将大纸盆换成了小音膜。
【例题1】小齐想知道电风扇转动的原理，于是设计了如图所示的实验进行探究。（1）闭合开关，给铜棒ab通电，发现铜棒ab向右运动，这表明铜棒ab在磁场中受到力的作用；（2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，发现铜棒ab向左运动，这表明____________________________；
通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关
保持导体中电流方向不变，调换磁体的 N、S极，闭合开关，观察导体的运动方向。
（3）继续探究通电导体所受力的方向与磁场方向的关系时，接下来的操作是：_______________。
【解析】（2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，改变了导体中的电流方向，闭合开关，发现铜棒ab向左运动，铜棒ab受力方向发生改变，这表明通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向有关。（3）继续探究通电导体所受力的方向与磁场方向的关系时，要控制电流的方向不变，只改变磁场的方向，故接下来的操作是：保持导体中电流方向不变，调换磁体的 N、S极，闭合开关，观察导体的运动方向。
【例题2】如图所示是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜振动发声，这是由于磁场对______________有力的作用，此现象中能量的转化情况是______________ 。
【解析】由于电流周围存在磁场，磁场与磁场间有力的作用，所以通电导体在磁场中会受到力的作用，音圈带动音膜振动发声，这是由于磁场对通电导体有力的作用。耳机工作的过程中，消耗电能，使音膜振动，即将电能转化为机械能。
1. 磁场对通电线圈的作用
想一想：实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。如果把一个通电线圈放在磁场中，它又会怎样运动呢？下面我们探究磁场对通电线圈的作用。
（1）使一个矩形线圈静止在图乙所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈并没有运动。这是由于线圈上、下两个边受力大小一样、方向却相反。这个位置是线圈的平衡位置。
（2）使线圈静止在图甲所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。
（3）使线圈静止在图丙所示位置上，这是线圈冲过平衡位置以后所到达的地方。闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈逆时针转动，说明线圈在这个位置所受的力阻碍它沿顺时针方向转动。
乙 线圈由于惯性会越过平衡位置
甲 线圈受到的力使它顺时针转动
丙 线圈受到的力使它逆时针转动
【实验分析】线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。【实验结论】通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动。
想一想：线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动下去。如何改变线圈中电流的方向呢？
实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。（1）换向器的构造两个铜半环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。
（2）换向器的作用 当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
3. 直流电动机的工作原理
4. 实际电动机的组成
电动机主要由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。
实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
6. 家用电器用到的电动机 实际使用的电动机是比较复杂的。如图所示，洗衣机中的电动机有多个线圈。有些电动机直径只有几毫米，图所示为用于智能手机的微型电动机。电动机具有效率高、噪声小等优点，被广泛应用于工业、交通运输、家用电器等领域，并且随着技术的进步，电动机的应用会越来越广泛。
5. 电动机工作时，把电能转化为机械能
【例题3】如图所示为_______（选填“发电机”或“电动机”）模型，该模型在工作时发生的能量转化为：___________。
【解析】图示中，电路中有电源，则电路接通时，线圈有电流通过，发生转动，是电动机的工作模型。线圈转动时，消耗电能，将电能转化为机械能。
①通电导线在磁场中受到力的作用。②通电导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向都有关。③扬声器发声原理。 ①原理：通电导线在磁场中受力作用，把电能转化为机械能。②换向器：适时改变线圈中的电流方向，使线圈持续同方向转动。
通电导线在磁场中受到的作用力
【解析】开关闭合后，导体ab杆接通电源运动起来，此时通电导线在磁场中会受到的力的作用而运动，电动机就是利用这一原理制成的，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
1．如图所示的电路中，开关闭合后，导体ab杆接通电源运动起来，人们根据此原理制成的是（　　）A．电动机 B．电热毯C．电饭煲 D．发电机
2．如图所示是扬声器的结构图。当扬声器的线圈中通入因携带声音信息而时刻变化的电流时，线圈会在永久磁体的作用下受到力的作用并带动纸盆振动发声。下列说法中错误的是（ ）A．扬声器工作时是将电能转化为机械能B．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动C．扬声器中的永久磁体周围存在磁场D．扬声器工作时线圈中的电流不变
【解析】AB．扬声器工作时，把电信号转化为声信号，通电线圈在磁场中受到力的作用运动，将电能转化为机械能，故AB正确，不符合题意；C．磁体周围存在磁场，所以扬声器中的永久磁体周围也存在磁场，故C正确，不符合题意；D．根据题意可知，扬声器的线圈中通入因携带声音信息而时刻变化的电流，说明扬声器工作时线圈中的电流是变化的，故D错误，符合题意。故选D。
3．近年来我国先进装备层出不穷，我们倍感自豪，如图所示装备的动力装置与其他不同的是（　　）A． 玉兔号月球车 B．福建号航母 C．歼20战机 D．C919大型客机
【解析】月球车在月球运动，月球无空气，靠太阳能电池板，将太阳能转化为电能来工作，动力装置是电动机；航母、战机、客机燃烧燃料，动力装置是热机，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
4．如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动，下列分析正确的是（　　）A．电动机在转动过程中，消耗的电能全部转化为机械能B．同时对调磁极和电源的正负极，电动机的转动方向会发生改变C．当线圈在图示位置时，ab边所受力的方向与cd边所受力的方向相反D．该装置所用到的实验原理为电磁感应
【解析】A．电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能，故A错误；B．同时对调磁极和电源的正负极，磁场方向和电流方向均改变，电动机的转动方向不变，故B错误；C．当线圈在图示位置时，ab边与cd边通过的电流方向相反，处在相同的磁场中，所以ab边所受力的方向与cd边所受力的方向相反，故C正确；D．该装置所用到的实验原理是通电导体在磁场中受力运动，故D错误。故选C。
5．如图所示的实验中，闭合开关，观察到铝棒向左运动，这说明磁场对_________________有力的作用，利用这一原理可以制成_________机；断开开关，对调电源正、负两极，重新接入电路，再次闭合开关，观察到铝棒向右运动，该步骤是验证__________________ 的猜想。
通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关
【解析】通电导体在磁场中受到力的作用，铝棒在磁场中，闭合开关，铝棒中有电流，铝棒由静止向左运动，说明磁场对通电导体有力的作用。电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用这一原理制成的。[3]对调电源正、负两极，改变了导体中电流的方向，再次闭合开关，铝棒将向右运动；该步骤是验证通电导体在磁场中的受力方向与电流方向有关的猜想。
6．如图甲所示，电磁炮是利用电磁技术制成的一种新型武器，具有速度快、命中率高等特点。为了了解电磁炮的特性，同学们查阅资料画出其原理图，如图乙所示。螺线管通电后周围就产生______，使铁制撞针受力快速前移撞击炮弹，让其发射出去。根据该原理可知，电磁炮工作过程中其能量的转化与________（选填“发电机”或“电动机”）相同。