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第三节科学探究:电动机为什么会转动【新课导思【新课导思】 同学们都玩过电动玩具汽车同学们都玩过电动玩具汽车, ,你知道电动玩具汽车通电你知道电动玩具汽车通电后为什么能转动吗后为什么能转动吗? ?【目标导学【目标导学】1.1.知道磁场对通电导体有力的作用及力的方向跟哪些知道磁场对通电导体有力的作用及力的方向跟哪些因素有关。因素有关。2.2.认识电动机的构造和转动原理。认识电动机的构造和转动原理。3.3.会制作简单的电动机。会制作简单的电动机。【自主预习【自主预习】1.1.探究电动机的转动原理探究电动机的转动原理: :(1)(1)探究通电导体受力方向与电流方向的关系。探究通电导体受力方向与电流方向的关系。思路思路: :需控制需控制_不变不变, ,改变改变_。(2)(2)探究通电导体受力方向与磁场方向的关系。探究通电导体受力方向与磁场方向的关系。思路思路: :需控制需控制_不变不变, ,改变改变_。磁体的磁场方向磁体的磁场方向电路中的电电路中的电流方向流方向电流方向电流方向磁体的磁场方向磁体的磁场方向2.2.电动机电动机: :(1)(1)原理原理: :磁场对通电线圈有磁场对通电线圈有_的作用。的作用。(2)(2)能量转化能量转化:_:_能转化为能转化为_能。能。(3)(3)换向器。换向器。构造构造: :两个两个_的半环。的半环。作用作用: :当线圈转过当线圈转过_位置时位置时, ,自动改变线圈中的自动改变线圈中的_方向方向, ,使线圈在磁场中能够持续转动。使线圈在磁场中能够持续转动。力力电电机械机械彼此绝缘彼此绝缘平衡平衡电流电流知识点一知识点一 电动机转动的原理电动机转动的原理1.1.认识电动机结构认识电动机结构: :主要由主要由_和和_组成。组成。参考答案参考答案: :能转动的线圈不能转动的磁体能转动的线圈不能转动的磁体2.2.实验方法实验方法: :(1)(1)磁力是看不到、摸不着的磁力是看不到、摸不着的, ,所以在实验中利用所以在实验中利用_法法, ,根据根据_判断导体的受力情况。判断导体的受力情况。(2)(2)通电导体的受力方向可能与多个因素有关通电导体的受力方向可能与多个因素有关, ,在探究在探究时时, ,需利用需利用_法。法。参考答案参考答案: :(1)(1)转换导体是否运动转换导体是否运动(2)(2)控制变量控制变量3.3.实验设计实验设计: :如图所示如图所示(1)(1)接通电源接通电源, ,观察金属杆是否运动。观察金属杆是否运动。(2)(2)保持磁场方向不变保持磁场方向不变, ,对调电源正、负极对调电源正、负极, ,观察金属杆观察金属杆的运动情况。的运动情况。(3)(3)保持电流方向不变保持电流方向不变, ,对调磁体对调磁体N N、S S极极, ,观察金属杆的观察金属杆的运动情况。运动情况。4.4.实验记录及分析实验记录及分析: :序号序号磁体的磁场方向磁体的磁场方向电流方向电流方向通电导体通电导体受力方向受力方向1 1上端上端N N极极, ,下端下端S S极极从从b b到到a a向右向右2 2上端上端N N极极, ,下端下端S S极极从从a a到到b b向左向左3 3上端上端S S极极, ,下端下端N N极极从从b b到到a a向左向左分析实验数据分析实验数据, ,你可得出的实验结论你可得出的实验结论: :(1)(1)通电后通电后, ,金属杆运动金属杆运动, ,说明了说明了_。(2)(2)与电流方向的关系与电流方向的关系:_:_。(3)(3)与磁场方向的关系与磁场方向的关系:_:_。提示提示: :(1)(1)通电后通电后, ,有电流通过有电流通过, ,金属杆运动金属杆运动, ,说明金属杆说明金属杆受到力的作用。受到力的作用。(2)(2)分析分析1 1、2 2两次实验数据可知两次实验数据可知, ,磁体磁体磁场方向不变磁场方向不变, ,改变电流方向改变电流方向, ,通电导体的运动方向改通电导体的运动方向改变变, ,故可得出通电导体的受力方向与电流方向有关。故可得出通电导体的受力方向与电流方向有关。(3)(3)分析分析1 1、3 3两次实验数据可知两次实验数据可知, ,通电导体中的电流方通电导体中的电流方向不变向不变, ,改变磁体的磁场方向改变磁体的磁场方向, ,通电导体的运动方向也通电导体的运动方向也改变改变, ,故可得出通电导体的受力方向与磁体的磁场方向故可得出通电导体的受力方向与磁体的磁场方向有关。有关。参考答案参考答案: :(1)(1)磁场对通电导体具有力的作用磁场对通电导体具有力的作用(2)(2)磁场方向一定时磁场方向一定时, ,电流方向相反电流方向相反, ,导体受力方向相反导体受力方向相反(3)(3)电流方向不变时电流方向不变时, ,磁场方向相反磁场方向相反, ,导体受力方向相反导体受力方向相反5.5.交流与讨论交流与讨论: :(1)(1)为什么金属杆要放到光滑的金属导轨上为什么金属杆要放到光滑的金属导轨上? ?(2)(2)怎样改变通电导体在磁场中受到的力的大小怎样改变通电导体在磁场中受到的力的大小? ?提示提示: :(1)(1)金属杆和金属导轨都是导体金属杆和金属导轨都是导体, ,只要金属杆与金只要金属杆与金属导轨接触就会有电流通过属导轨接触就会有电流通过, ,且金属导轨越光滑且金属导轨越光滑, ,金属金属杆运动时受到的阻力就越小。杆运动时受到的阻力就越小。(2)(2)通电导体的受力大小与电流的大小和磁场强弱有关。通电导体的受力大小与电流的大小和磁场强弱有关。参考答案参考答案: :(1)(1)使金属杆中有电流通过使金属杆中有电流通过; ;减少金属杆运动减少金属杆运动时受到的阻力。时受到的阻力。(2)(2)利用滑动变阻器改变电路中电流的大小或改用磁场利用滑动变阻器改变电路中电流的大小或改用磁场强弱不同的磁体强弱不同的磁体, ,都可以改变通电导体在磁场中受到的都可以改变通电导体在磁场中受到的力。力。【示范题【示范题1 1】(2016(2016河池中考河池中考) )如图所示是探究如图所示是探究“磁场磁场对通电导线的作用对通电导线的作用”的实验装置的实验装置, ,当闭合开关当闭合开关S S时时, ,导线导线abab中电流的方向是从中电流的方向是从_(_(选填选填“a a到到b b”或或“b b到到a),a),导线导线abab受到磁场力的作用而向左运动受到磁场力的作用而向左运动, ,如果只改变如果只改变电流方向电流方向, ,那么导线那么导线abab将向将向_运动。科学家在该运动。科学家在该实验基础上发明了电动机实验基础上发明了电动机, ,实现了把实现了把_能转化为能转化为机械能。机械能。【精讲精析【精讲精析】据电源的正负极可知据电源的正负极可知, ,导线导线abab中电流方向中电流方向是从是从a a到到b;b;通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向、通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向、电流方向有关。导线电流方向有关。导线abab受到磁场力的作用而向左运动受到磁场力的作用而向左运动, ,如果只将电流的方向改变如果只将电流的方向改变, ,那么导线那么导线abab将向右运动将向右运动; ;电电动机消耗电能动机消耗电能, ,产生机械能产生机械能, ,故是将电能转化为机械能故是将电能转化为机械能的过程。的过程。答案答案: :a a到到b b右电右电【微点拨【微点拨】通电导体在磁场中受力的方向及大小通电导体在磁场中受力的方向及大小(1)(1)通电导体在磁场中受到力的作用且受力方向取决于通电导体在磁场中受到力的作用且受力方向取决于电流方向和磁场方向。电流方向和磁场方向。当电流方向或磁场方向与原来相反时当电流方向或磁场方向与原来相反时, ,受力方向也与受力方向也与原来相反。原来相反。当电流方向和磁场方向同时改变时当电流方向和磁场方向同时改变时, ,受力方向不变。受力方向不变。(2)(2)通电导体在磁场中受力的大小与电流大小和磁场强通电导体在磁场中受力的大小与电流大小和磁场强弱有关。电流越大弱有关。电流越大, ,磁场越强磁场越强, ,受到的力越大。受到的力越大。知识点二知识点二 电动机怎样转动电动机怎样转动结合图结合图, ,思考下列问题思考下列问题: :1.1.在图在图(a)(a)中中,AB,AB边和边和CDCD边为什么受力方向相反边为什么受力方向相反? ?线圈顺线圈顺时针转动时针转动, ,还是逆时针转动还是逆时针转动? ?参考答案参考答案: :CDCD边的电流与边的电流与ABAB边的电流方向相反边的电流方向相反, ,磁场方磁场方向相同向相同, ,故故ABAB边和边和CDCD边受力方向相反边受力方向相反, ,线圈顺时针转动。线圈顺时针转动。2.2.当线圈转至图当线圈转至图(b)(b)位置时位置时, ,线圈两边受力大小线圈两边受力大小_、方向、方向_,_,该位置叫该位置叫_,_,到到此位置时线圈能继续转动吗此位置时线圈能继续转动吗? ?为什么为什么? ?提示提示: :当线圈转至图当线圈转至图(b)(b)位置时位置时, ,线圈两边受力大小相等、线圈两边受力大小相等、方向相反方向相反, ,此时线圈受力平衡此时线圈受力平衡, ,故该位置叫线圈的平衡故该位置叫线圈的平衡位置。由于到该位置时线圈转动速度不为零位置。由于到该位置时线圈转动速度不为零, ,所以由于所以由于惯性惯性, ,线圈会继续转动。线圈会继续转动。参考答案参考答案: :相等相反平衡位置能转动相等相反平衡位置能转动, ,由于惯性由于惯性线圈会继续转动。线圈会继续转动。3.3.对比图对比图(c)(c)和图和图(a),(a),线圈中电流的方向发生了怎样的线圈中电流的方向发生了怎样的变化变化? ?线圈的受力方向及其转动方向又如何呢线圈的受力方向及其转动方向又如何呢?(d)?(d)图又图又重新回到了平衡状态重新回到了平衡状态, ,综合分析线圈转动一周过程中综合分析线圈转动一周过程中, ,线圈中电流方向改变了几次实现了线圈继续重复转动线圈中电流方向改变了几次实现了线圈继续重复转动? ?提示提示: :在图在图(b)(b)中中, ,线圈由于惯性冲过平衡位置后线圈由于惯性冲过平衡位置后, ,图图(c)(c)中半环中半环1 1和电刷和电刷4 4接触接触, ,半环半环2 2和电刷和电刷3 3接触接触, ,线圈中电流线圈中电流方向由半环方向由半环1 1流向半环流向半环2,2,于是线圈就继续沿顺时针方向于是线圈就继续沿顺时针方向转动。图转动。图(d)(d)线圈中电流消失线圈中电流消失, ,处于平衡状态处于平衡状态, ,由于惯性由于惯性, ,会冲过平衡位置会冲过平衡位置, ,继而回到图继而回到图(a)(a)状态状态, ,重复旋转。在整重复旋转。在整个转动过程中个转动过程中, ,依靠两个半环与电刷配合依靠两个半环与电刷配合, ,每转动半周每转动半周, ,线圈中电流方向就改变一次线圈中电流方向就改变一次, ,实现了线圈连续转动实现了线圈连续转动; ;线线圈中的电流方向是发生变化的圈中的电流方向是发生变化的, ,变得与原来相反变得与原来相反, ,转动转动半圈电流方向就改变一次半圈电流方向就改变一次, ,使线圈受力方向变得相反。使线圈受力方向变得相反。参考答案参考答案: :半环半环1 1和电刷和电刷4 4接触接触, ,半环半环2 2和电刷和电刷3 3接触接触, ,电流电流方向变为由半环方向变为由半环1 1流向半环流向半环2 2ABAB边受向下的力边受向下的力,CD,CD边受边受的力变为向上的力变为向上, ,继续顺时针转动两次继续顺时针转动两次4.4.交流与讨论交流与讨论: :(1)(1)在电动机中在电动机中, ,两个铜制半环的作用是两个铜制半环的作用是_,_,该装该装置叫置叫_。提示提示: :在线圈转动过程中在线圈转动过程中, ,依靠两个铜制半环与电刷配依靠两个铜制半环与电刷配合合, ,每当线圈刚转过平衡位置时每当线圈刚转过平衡位置时, ,就改变线圈中电流的就改变线圈中电流的方向方向, ,使线圈受力方向相反使线圈受力方向相反, ,能持续转动下去能持续转动下去, ,这一装置这一装置叫换向器。叫换向器。参考答案参考答案: :当线圈刚转过平衡位置时当线圈刚转过平衡位置时, ,就立即改变线圈就立即改变线圈中电流的方向中电流的方向, ,使线圈能持续转动下去换向器使线圈能持续转动下去换向器(2)(2)电动机工作时电动机工作时, ,能量是能量是_能转化为能转化为_能。能。参考答案参考答案: :电机械电机械(3)(3)在实验中在实验中, ,如果电动机不转动如果电动机不转动, ,原因可能是什么原因可能是什么? ?参考答案参考答案: :接线柱接触不良接线柱接触不良; ;磁铁的磁性不够强磁铁的磁性不够强; ;线圈匝数太少线圈匝数太少; ;电池电压太低。电池电压太低。【示范题【示范题2 2】(2016(2016盐城中考盐城中考) )如图所示如图所示, ,小明用漆包小明用漆包线绕成线圈线绕成线圈ABCD,ABCD,将线圈一端的漆全部刮去将线圈一端的漆全部刮去, ,另一端刮另一端刮去一半去一半, ,放入磁场放入磁场, ,做成电动机模型。连接干电池后做成电动机模型。连接干电池后 ( () )A.A.线圈持续来回摆动线圈持续来回摆动B.B.线圈沿固定方向持续转动线圈沿固定方向持续转动C.ABC.AB边中的电流方向交替变化边中的电流方向交替变化D.CDD.CD边始终受到磁场力作用边始终受到磁场力作用, ,且是动力且是动力【精讲精析【精讲精析】该线圈之所以能转动该线圈之所以能转动, ,是根据通电导线在是根据通电导线在磁场中受力的作用的原理来工作的磁场中受力的作用的原理来工作的, ,但是该线圈在转过但是该线圈在转过平衡位置时平衡位置时, ,若不改变电流的方向若不改变电流的方向, ,此时所受到的磁场此时所受到的磁场力会阻碍线圈的转动力会阻碍线圈的转动, ,故为了使线圈持续转动故为了使线圈持续转动, ,将线圈将线圈两端引线的漆一端全部刮掉两端引线的漆一端全部刮掉, ,另一端只刮半周另一端只刮半周, ,这样在这样在一个半周内受到磁场的力的作用一个半周内受到磁场的力的作用, ,另一个半周利用惯性另一个半周利用惯性转动转动; ;而真正的直流电动机工作时而真正的直流电动机工作时, ,为了让线圈持续的为了让线圈持续的转动下去转动下去, ,是通过换向器在平衡位置及时的改变线圈中是通过换向器在平衡位置及时的改变线圈中的电流的方向的电流的方向, ,即改变线圈所受力的方向即改变线圈所受力的方向, ,使线圈持续使线圈持续的转动下去。连接干电池后的转动下去。连接干电池后, ,线圈沿固定方向持续转动线圈沿固定方向持续转动, ,故故A A错误错误,B,B正确正确; ;根据前面的分析可知根据前面的分析可知,AB,AB边中电流方向边中电流方向是不变的是不变的, ,故故C C错误错误;CD;CD边只有半圈受到磁场力作用边只有半圈受到磁场力作用, ,故故D D错误。故选错误。故选B B。答案答案: :B B【微点拨【微点拨】(1)(1)电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动( (通电通电线圈在磁场中受力转动线圈在磁场中受力转动) )。(2)(2)电动机的转动方向与线圈中电流的方向和磁场的方电动机的转动方向与线圈中电流的方向和磁场的方向有关。向有关。(3)(3)电动机的转速与电流的大小和磁场的强弱有关。电动机的转速与电流的大小和磁场的强弱有关。
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