物理九年级全册第二十章 电与磁第4节 电动机精品练习

课时20.4 电动机（帮课堂）（原卷版）

【学习目标】

1.了解通电导线在磁场中会受到力的作用；

2.认识通电导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关；

3.了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。

【知识导图】

【基础知识】

知识点一、磁场对通电导线的作用

1.实验探究-通电导线在磁场中受到力的作用

注意：实验中，虽然磁场对通电导线有力的作用，但因为有摩擦力的存在导线不一定运动，若通电后导线ab不运动，可更换更轻、更光滑的直导线以减小摩擦或增大电路中的电流（或换用磁性更强的磁铁）以增大导线所受的磁场力。

2.磁场对线圈的作用

【典例1】如图所示，放在磁场中的导体棒ab通过水平光滑金属导轨与螺线管、开关和电源构成闭合回路，可自由转动的小磁针静止在图示位置。

（1）在图中标出闭合开关瞬间螺线管中电流方向、螺线管左端的极性和小磁针N极的偏转方向______；

（2）闭合开关后导体棒将沿______（选填“水平”或“竖直”）方向运动。

知识点二、电动机的基本构造

1.电动机的基本构造

电动机由两部分组成，一是能转动的线圈，叫做转子；二是固定不动磁体，叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快的转动。

2.电动机的工作原理

根据通电线圈在磁场中受力的作用而发生转动的原理制成的。

3.实验探究-线圈在磁场中的转动

（1）实验过程分析

（2）如何使线圈连续转动

方法一：当线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，让线圈靠惯性转过后半周。但因为后半周线圈不受力的作用，故这种方法线圈的转动不稳定，动力弱。

方法二：在线圈转动的后半周，设法改变电流方向，使线圈在后半周也获得同转动方向相同的动力，这样线圈会平稳、有力地转动下去。实际的电动机就是采用该方法使线圈连续转动的，实现该目的的装置叫换向器。

（3）换向器的构造及作用

4.电动机中的能量转化

电动机在使用过程中，主要将电能转化为机械能对外做功，同时因为电流的热效应，电流流经线圈时也会将部分电能转化为内能，即产生电热，所以电动机在正常工作时会发热。只要通风良好，电热一般不会影响电动机的正常运转，但如果散热不及时就会导致温度过高而烧坏电动机，故在使用电动机时要注意散热。

5.电动机的优点

和热机相比，电动机结构简单、体积小、效率高、制造方便、污染较小，种类繁多，能满足各种不同的需求。

6.直流电动机的转向、转速的调节

影响电动机线圈转向的因素是电流方向和磁场方向，影响电动机线圈转速的因素是电流大小和磁场的强弱。所以，对直流电动机来说，改变转向只需改变电流方向或磁场方向；改变转速大小，只需改变电流大小和磁场强弱。

【典例2】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180o时，电流沿dcda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下；

D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向下

【方法帮】

题型一：探究磁场对通电导体的作用

（1）在该实验中，探究的是磁体对通电导体的力的作用，但并没有直接测量力，而是通过导体受力在导轨上运动来说明通电导体受到了力的作用，通过力的作用效果来显示力的存在。

（2）通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向两个因素有关，在探究时，要注意控制变量法的应用。

【典例1】在复习“电流的磁场”和“磁场对电流的作用”时，小刚想：“既然通电导体周围存在磁场，磁场又会对通电导体产生力的作用，那么相互靠近的两个通电导体间是否会产生力的作用呢？”

（1）于是，他和小强商议通过实验来研究这一问题。他们找到了两根柔软的导线，相距较近地并排固定在接线板上，实验电路如图甲所示．通过实验观察到的现象如图乙所示。该试验表明：两个通电导体之间______。

（2）小强认为，如果改变其中一个通电导体的电流方向，则它们之间作用力的方向也会发生改变。

小强这样想的理由是：电流产生的磁场方向是由______的方向决定的，当一个通电导体中电流的方向改变时，它产生的磁场方向也会发生改变；而磁场对通电导体的作用力的方向与______的方向和______的方向有关，另一个通电导体中电流的方向不变，但磁场的方向变化了，它受到的磁场力的方向就会改变。

（3）如果开始实验时，小刚和小强没有找到柔软的导线，而是用较硬的普通铝芯电线进行实验，你认为会出现怎样的情况？通过这个问题，你得到了怎样的启示？______。

题型二：直流电动机

【角度1】电动机工作原理

顾名思义就是通电后“能动”的设备，也是将电能转化为机械能的设备，如电流表、扬声器等，都是利用磁场对通电导体有力的作用这一原理来工作的。

【典例2】下列与电动机工作原理相同的是（　　）。

A． B． C．D．

【角度2】电动机的转向调节

★易错警示

若改变电动机（或线圈）的转向，只改变电动机（或线圈）中电流方向或磁场方向即可；若同时改变电流方向或磁场方向，则线圈受力方向不变，即电动机（或线圈）的转向不变。

【典例3】如图所示为直流电动机的工作原理图,下列分析正确的是(　　)。

A.改变磁场方向可以改变线圈转动的方向；

B.电动机通电后不转,一定是电路断路；

C.电动机工作过程中,消耗的电能全部转化为机械能；

D.线圈连续转动是靠电磁继电器来实现的

【角度3】电动机的转向器的作用

直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，为使线圈能够持续地转动下去，每当线圈刚转过平衡位置时，换向器就自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈两条边的受力方向，保证线圈能不停地转动下去。

【典例3】在直流电动机结构中,换向器的作用是(　　)。

A.改变磁感线的方向；

B.改变线圈的转动方向；

C.改变线圈中的电流方向；

D.使线圈中的电流方向和转动方向同时改变

【中考帮】

考点一：磁场对通电导线的作用

【典例】（2022·无锡） 如图所示的实验中，闭合开关，观察到铝棒向左运动，实验现象说明磁场对____________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____________运动。

该题要求同学们能灵活应用磁场对通电导线作用力的方向和磁场方向、电流方向的关系，进行分析和推理，获得正确结论。这是物理核心素养的科学思维的体现。

考点二：电动机工作原理

【典例】（2022·江西省）如图所示，是某同学在科技节上展示的作品结构图。该作品的工作原理是通电线圈在______中受力转动，它就是一个自制的______机模型图。

该题要求同学们能将知识和情景相关联，逐渐建立起物理的知识结构，进而提炼和升华，形成解决问题的物理视角。这是物理核心素养的物理观念的体现。

【作业帮】

一、基础练（知识巩固）

1.下列装置，主要部件不是电动机的是（  ）。

A．电饭锅 B．吸尘器

C．洗衣机 D．吸排油烟机

2.下列关于能量转化转移现象的说法中，正确的是（　　）。

A．内燃机的压缩冲程，是内能转化为机械能；

B．锅盖被白气顶开，是机械能转化为内能；

C．用退热贴给发烧的病人降温，让内能发生了转移；

D．电动机工作时，机械能转化为电能

3.借助如图所示的实验装置，小明探究“磁场对通电直导线的作用”。闭合开关S0，原本静止的轻质硬直导线AB水平向右运动。要使AB水平向左运动，下列措施中可行的是(   )。

A．将A、B两端对调；

B．将滑动变阻器的滑片P向右移动；

C．换用磁性更强的蹄形磁体；

D．将蹄形磁体的N、S极对调

4．图所示为一些与电和磁有关的事例，下列认识中正确的是（　　）。

A．图甲中，磁体能够吸引铜、铁、铝等所有金属；

B．图乙中，司南的长柄指南是地磁场的作用；

C．图丙中，闭合开关导体ab运动时，机械能转化为电能；

D．图丁中，电磁铁是利用电磁感应的原理制成的

5.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______。

6．图甲为一台简易电动机，它由一节电池，一块吸在电池下方的钕磁铁和铜导线绕成的线框组成；图乙是它的工作原理图。已知磁场对线框左边的作用力垂直纸面向里，则线框右边受到的磁场力垂直纸面______（选填向外或向里），线框在转动过程中，将______能转化为______能。

7．实验发现，两条平行放置的直导线，当通以相同方向的电流时，通电导线产生的磁场对导线具有向右的作用力；通电导线产生的磁场对导线具有向左的作用力，如图甲所示。如果改变导线中的电流方向， 如图乙所示。此时导线受到导线作用力的方向___________（选填“向左”或“向右”）。

二、综合练（能力提升）

8．关于电磁现象，下列说法错误的是（　　）。

A．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关；

B．可以用磁感线来描述磁体周围磁场的强弱和方向；

C．磁场对放入其中的小磁针一定有力的作用；

D．扬声器将电信号转化为声信号的过程中，将电能转化为机械能

9．如图所示，研究磁场对通电导线作用的实验装置，当闭合开关，电流由a至b通过导线ab时，导线ab向左运动，下列说法正确的是（　　）。

A．只改变电流方向时，导线ab向右运动，机械能转化为电能；

B．只改变磁场方向时，导线ab向左运动，电能转化为机械能；

C．电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab向左运动，电能转化为机械能；

D．电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab向右运动，机械能转化为电能

10.在验证磁场会给通电导线作用力的实验中，小东连接了如图所示的实验电路，闭合开关后，发现导体棒ab没有动．经检查，各元件完好，电路连接无故障。

（1）请你猜想导体棒不动的原因是__________________________，

（2）写出检验你的猜想是否正确的方法：______________________________________________．

三、培优练（挑战自我）

11．小馨同学要研究通电导体在磁场中受力(安培力)的问题：

(1)磁体周围存在磁场，磁场的强弱叫磁感应强度，用B来表示。通电导体在磁场中要受到力的作用，将一段长为L、通电电流为I的通电导线垂直放入磁感应强度为B的磁场中时，受力F=BIL。这说明导体中电流越______，导体在磁场中受力越大。

(2)有一段通电直导线，横截面积为S ，单位体积含有n个自由电荷，自由电荷定向移动的平均速度为V，则t时间内通过导体横截面积A的总电荷数N=nVtS，每个自由电荷的电量为q，则t时间内通过导体横截面积A的总电荷量Q=______；导体内电流的大小称为电流强度，是指单位时间内通过导体某一横截面积的电荷量，即I=，则通过上述导体的电流为I==______；若这段通电导线长为L，将其垂直放入磁感应强度为B的磁场中，受到的力F=______。

12．如图所示的消防无人机是由重庆某航空工业有限公司研发的。它一次能负载30公斤的重物，从基地升高并自主飞行到指定位置，并投下救火物资，帮助消防员救火。它有四个轴，每个轴上都有一个电机机和螺旋桨，使无人机能够稳定地悬停在空中进行作业。无人机靠锂电池维持飞行，充满一组锂电池可供飞机工作半小时左右，不过，它能不停地更换电池继续工作。请找出一个与以上情景有关的物理信息，并指出对应的物理知识，不得与示例重复。

示例：物理信息：无人机靠锂电池维持飞行。

物理知识：电能转化为机械能。

物理信息：_____。

物理知识：_____。