初中第4节 电动机练习

电动机

考点目录：

考点一、电动机的原理和构造

  考点二、影响电动机的因素（实验探究题）

习题训练：

考点一、电动机的原理和构造

1.如图所示各器具中，与电流表工作原理相同的是（  ）

A.电圈式话筒       B.电磁起重机
C.扬声机                    D.在POS上刷卡

【答案】C  

【解析】（1）动圈式话筒和在POS上刷卡是利用电磁感应现象工作的。（2）电磁起重机是利用电流的磁效应工作的。（3）动圈式扬声器是利用磁极间的相互作用工作的。生活中有很多的用电器，仔细观察，弄清各用电器的工作原理，达到学以致用的目的，体会到物理是有用的。

【解答】电流表工作原理是通电导体在磁场中受力转动，和电动机的原理一样；

A、动圈式话筒是声音的振动带动线圈振动，使线圈做切割磁感线运动而产生感应电流，是电磁感应现象，和发电机的原理一样，A不符合题意；

B、电磁起重机的核心部分是电磁铁，电磁铁是利用通电导线周围存在磁场的原理制成的，B不符合题意；

C、扬声器是磁场中的线圈在通入交变电流时受力而发生振动的，即通电导体在磁场中受到力的作用，和电动机的原理一样，C符合题意；

D、POS机类似于发电机，是利用电磁感应现象的原理制成的，D不符合题意。

2.小明同学自己动手做了一个直流电动机模型，接通电路后发现电动机不转动，可当他拨了一下线圈后，电动机就快速转了起来，造成这一情况的原因可能是（  ）

A.电源电压太低   B.电刷接触不良   C.电源正、负极接反了  D.开始时，线圈处于平衡位置了

【答案】D  

【解析】平衡位置是电动机的转子和定子形成了开路，导体中没有电流通过，磁场对其没有作用力，电动机不会转动．只要越过平衡位置后，产生电流，便可以转动了．

当电动机的线圈处于平衡位置时，受平衡力的作用，故可能电动机不转，拨动一下后，打破平衡，电动机便转动起来，并且靠惯性能转过平衡位置，连续转动．A、B两个选项电动机始终不会转动．C选项中的电动机不会停止．

3.（2017八下·萧山月考）如图是小华制作的“神奇转框”，金属框的上部中央与电池正极相连，下部紧贴在与电池负极相连的金属柱形物两侧，框绕电池转动，由此可以判断该金属柱状物为________，你判断的依据是________，转框的原理与________电动机/发电机)相同．

【答案】磁体；通电线圈能在磁场中转动(受到力的作用)；电动机  

【解析】通电导体在磁场中受到力的作用，据此判断其结构的特点；根据这一原理制成的电动机。

【解答】据题意可知，若使得线框转动，即必须有电流，且有磁场，所以对于柱形体来说，必须有磁性，为磁体，且必须具有导电性，还得是导体。这一转框的原理与电动机的原理相同。
 

4.（2020八下·丽水期末）医学上使用的心肺机是用“电动泵”替代心脏，推动血液循环。工作原理如图： 

（1）当线圈中的电流从b流向a时，线圈的左端为________极，此时活塞将向________运动（填“左”或“右”）；   

（2）若要维持电动泵的持续工作，ab间应该接入________（填“直流电”或“交流电”）。   

【答案】（1）S；右        （2）交流电  

【解析】（1）根据安培定则判断线圈的极性；根据磁极之间的相互作用判断线圈的运动方向；
（2）左边条形磁铁的右端的磁极是固定不变的，要使线圈往复运动，就要不断的改变线圈的极性。因为线圈的极性与电流方向有关，所以要不断改变通过线圈的电流方向，那么必须接入交流电。

【解答】（1）当线圈中的电流从b流向a时，线圈上电流方向向下。右手握住螺线管，弯曲的四指之间向下，此时大拇指指向线圈的右端，因此线圈的右端为N极，左端为S极。根据“同名磁极相互排斥”可知，此时活塞将向右运动。
（2）若要维持电动泵的持续工作，ab间应该接入交流电。

5.（2019八下·长兴期中）学习了“电生磁”和“电动机”的知识之后，某学校兴趣小组的同学猜想：“既然电流周围存在着磁场，那么两根互相靠近的通电导线之间是否会发生相互吸引或排斥的作用？”他们将两根导线（可伸长）平行放置后固定（如图1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们的猜想。请你根据图中的实验现象回答问题。 

（1）平行放置的两根通电导线之间作用力的特点是：①当两根导线的电流方向相同时，两根导线相互________；②当两根导线的电流方向相反时，两根导线相互________。   

（2）分析图________，可探究通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小的关系。   

（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，所围面积增大

C.会变形，所围面积减小              D.会变形，所围总面积不变

【答案】（1）吸引；排斥         （2）丙、丁        （3）B  

【解析】（1）根据乙图的情形判断两根导线电流方向相同时的相互作用，根据丙或丁图判断电流方向相反时导线之间的相互作用；
（2）探究通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小的关系，必须改变电流大小控制电流方向相同；
（3）判断每个角上两根导线上电流方向，然后根据它们之间的相互作用作出选择。
【解答】（1）①根据乙图可知， 当两根导线的电流方向相同时，两根导线相互吸引；
②根据丙或丁图可知， 当两根导线的电流方向相反时，两根导线相互排斥；
（2）探究通电导线之间的相互作用力的大小与电流大小的关系，必须改变电流大小控制电流方向相同，因此应该分析丙和丁；
（3）闭合开关后，每个角上相邻的两根导线中电流方向相反，它们之间相互排斥，因此这个星形围成的面积会增大，故选B。
 

考点二、影响电动机的因素（实验探究题）

1.（2019八下·江干月考）小明在制作电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm。然后，用小刀刮两端引线的漆皮。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁，如图甲所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会持续转动。 

①在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，若左转轴下侧的绝缘漆都刮掉，可将右转轴________（选填“上侧”或“下侧”）绝缘漆都刮掉。

②图乙中的直流电动机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。

【答案】下侧；换向器；刚转过  

【解析】（1）当线圈里有电流经过时，线圈会受力转动；当线圈转过180°后，如果电流方向不变，那么线圈的受力方向会与运动方向相反，从而不能持续转动。如果将转轴相同一侧的半圈绝缘皮去掉，那么当线圈转过180°后没有电流，自然就不受力，依靠惯性回到原来位置，这时就有电流，再次受到磁力，从而完成持续转动。
（2）如果在电路中加入换向器，那么每隔半圈就改变一次电流方向，从而使线圈受到的力始终朝向一个方向，那么线圈就能连续转动起来。
【解答】①在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，若左转轴下侧的绝缘漆都刮掉，可将右转轴下侧绝缘漆都刮掉。
②图乙中的直流电动机的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，该装置能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
 

2.（2018八下·嘉兴月考）为了探究电动机为什么会转动，小明根据电动机主要构造制作了一台简易电动机（如图所示），他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，并用小刀刮去一端全部漆皮，另一端只刮去半周漆皮。将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。

（1）要想改变线圈的转动方向，小明可采用的措施是：________、________。（写出两点）   

（2）开关闭合后，如果电动机不转，可能的原因是：________、________。   

（3）小明还想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是________， 并在虚线框内画出实验电路图（电动机用符号 表示）________。
【答案】（1）改变电流方向；改变磁极方向
（2）处于平衡位置；电流太小
（3）滑动变阻器；

【解析】电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈产生旋转磁场，并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。

【解答】（1）线圈能够转动是因为通电导线在磁场中受到力的作用，所以线圈的转动方向与磁场方向和电流方向有关；故答案为：改变电流方向；改变磁场方向；
（2）线圈不动，可能是受力太小，而电动机的受力的大小与电流有关，所以可能是电流太小；或者有可能达到平衡位置；故答案为：处于平衡位置；电流太小；
（3）调节电动机转速需要改变通过线圈的电流大小，可以通过改变电阻来实现；故答案为：滑动变阻器；；
 

3.（2020八下·温州期末）为研究通电导体在磁场中受力大小的影响因素，小明利用弹簧测力计、粗细和材料相同的不同导体在同一磁场中进行相关实验，得到实验数据如表: 

（1）实验中除了弹簧测力计外，还需用到的测量仪器有________   

（2）本实验基于的猜想是________   

（3）分析表中数据，若保持导体的材料、粗细与所处磁场不变，当导体长度为0.3米、通过的电流为0.3安时，导体受到磁场的作用力为________牛。   

【答案】（1）刻度尺、电流表
（2）通电导体在磁场中受力的大小可能与导体长度、电流大小有关
（3）9  

【解析】（1）分析表格中的数据，根据要测量的物理量选择合适的测量工具；
（2）除了导体受到的作用力外，表格中测量了哪些物理量，这个实验就基于这些因素进行猜想；
（3）分别将1和2，2和3进行比较，找到导体受到的作用力与导线长度，电流大小之间的定量关系，然后再进行计算即可。

【解答】（1）根据表格可知，需要测量的物理量分别为导线长度、电流大小和作用力，因此除了测量力的弹簧测力计外，还需要刻度尺和电流表；
（2）表格中出了导体受到的作用力外，还记录了导体的长度和电流的大小，因此本实验基于的猜想是：通电导体在磁场中受力的大小可能与导体长度、电流大小有关。
（3）对比实验1和2可知，当电流相同时，长度增大：0.2÷0.1=2倍时，导体受到的作用力增大到：4N÷2N=2倍，可见，导体受到的作用力与导线长度成正比；
对比实验1和3可知，当导线长度相同时，电流增大到：0.4÷0.2=2倍时，导体受到的作用力增大到：8N÷4N=2倍，可见，导体受到的作用力与电流大小成正比；
与实验1对比，当导体长度为0.3m，电流为0.3A时，相当于长度增大到原来的3倍，电流增大到原来的倍，因此导体受到的作用力为：。

4.（2020八下·青田期中）小红在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强度、导体在磁场中的长度以及导体中的电流强度有关。她设计了如图所示的装置，先初步探究磁场对通电导体的作用力与电流大小的关系。实验步骤如下： 

①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下方的蹄形磁铁磁极间的磁场方向垂直；

②给导体两端加电压U1，导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为α1；

③          ，导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为α2；

④比较α1、α2的大小，发现α2＞α1，即可初步验证其它条件一定，

通电导体的电流越大，受到磁场的作用力越大。

（1）请将第③步的步骤补充完整：________。   

（2）小红想继续探究通电导体在磁场受到作用力的大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是她将图中的导体棒换成了一根较长的导体棒，其它条件不变，此时她发现悬线与竖直方向偏转的角度变小了，于是她得出结论，“其它条件一定，通电导体在磁场中的长度越长，受到的磁场作用力越小”。但她查阅一些资料后发现，理论上通电导体在磁场中的长度越长，受到的磁场作用力越大，这与她实验所得到的结论相反。请你说明小红得出的结论与资料不符的原因。________。   

【答案】（1）给导体两端加电压U2，U2＞U1      （2）没有控制电流大小相同  

【解析】（1）根据公式可知，当电阻一定时，电压越大，通过导体的电流越大，据此对③中导体两端的电压大小进行判断；
（2）同种材料，导体的电阻与长度成正比，因此换用较长的金属棒后，导体的电阻会增大，通过导体的电流会减小。根据控制变量法可知，探究通电导体在磁场中受力大小与导体长度的关系时，必须控制磁场强度和导体的电流相同，据此分析判断。

【解答】（1）低③步的步骤为：给导体两端加电压U2，U2＞U1，导体静止时，观察悬线与竖直方向偏转的角度为α2；
（2）红得出的结论与资料不符的原因：没有控制电流大小相同。

5.（2019八下·长兴期末）学习小组想探究“通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度的关系”。 

【实验目的】探究通电导体在磁场中受力大小与导体在磁场中长度的关系

【实验器材】边长不同的矩形线圈2个、足够宽的U形磁铁、弹簧测力计、电源、导线、开关。

【实验步骤】

（1）如上图，用弹簧测力计测量矩形线圈a的重力G1，再将a放入磁场中。通电后，弹簧测力计示数变为F1，发现F1小于G1，则磁场对线圈a作用力的方向是________。   

（2）换用矩形线圈b，重复步骤（1）中的实验，每次实验时AB边在磁场中的________相同，记录线圈b受到的重力G2和拉力值F2。应比较G2-F2与________的关系，从而得出结论。   

（3）某次实验时，发现弹簧测力计的示数比该矩形线圈的重力大，可能的原因是________。   

【答案】（1）竖直向上    （2）位置；G1-F1        （3）磁场方向发生改变或电流方向发生改变  

【解析】（1）当a处于静止状态时，它受到平衡力，根据二力平衡的条件分析a受到作用力的方向；
（2）当线圈在磁场中处于静止状态时，它受到的重力G、测力计的拉力F拉和磁场的作用力F相互平衡，即：G=F拉+F，那么磁场的作用力为：F=G-F拉；
（3）通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向或电流方向有关。
【解答】（1）当a在磁场中处于静止状态时，它的重力G1竖直向下，测力计的拉力F1竖直向上；因为F1小于G1，所以二者的合力方向向下；如果a要保持平衡状态，那么磁场对线圈的作用力的方向必须与合力方向相反，即竖直向上；
（2）换用矩形线圈b，重复步骤（1）中的实验，每次实验时AB边在磁场中的1相同，记录线圈b受到的重力G2和拉力值F2。应比较G2-F2与 G1-F1 的关系，从而得出结论。
（3）某次实验时，发现弹簧测力计的示数比该矩形线圈的重力大，说明磁场对线圈的作用力方向与原来相反，变成竖直向下了，因此可能原因是：、磁场方向发生改变或电流方向发生改变。

6.（2019八下·丽水月考）电和磁是密不可分的，请根据题目要求回答下列问题： 

（1）如左图是直流电动机原理图，其中 F 是________，它能使线圈经过平衡位置时自动改变其中电流方向，从而使线圈能连续转动。   

（2）通电后，转动的线圈中 dc 边受力方向跟________和________有关。直流电动机转动过  程中把电能转化为________能。   

（3）某同学在装配直流电动机模型时，他正确连接电路后闭合开关，发现电动机并没有如期转动起来，而他轻轻拨了一下线圈，电动机就能连续转动了，由此写出一条你认为电动机不会转动的原因：________。如果要让电动机的转动速度加大，你认为他可以怎么做？请你写出一种方法：________。   

（4）右图是小张在探究电磁感应现象时所做的几个实验，由图中________（用甲、乙、丙表示）两图可以得出下述结论：感应电流方向与导体作切割磁感线运动方向有关。很多学校的同学都在操场用长导线来做书本上“摇动电线发电”的实验，在导线长度和摇线快慢一定时，你认为两个摇动电线的同学应该选择下列哪种方向站立，电流会更大？________（选填序号） 

A．两同学东西方向站立        B．两同学南北方向站立