資源簡介

1.4電動機
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1．知道通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用
2．知道影響通電導(dǎo)體在磁場中受力方向的因素
3．知道通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動情況
4．了解直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理，知道換向器的作用
【學(xué)習(xí)重難點】
直流電動機的工作原理
【學(xué)習(xí)要點】
1．直流電動機的原理
工作原理都是建立在電磁感應(yīng)和電磁力這個基礎(chǔ)上．
直流電動機工作原理：導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定．這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動．如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來．
簡單的說，電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生洛倫磁力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫磁力方向不變，所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動．
2．直流電動機的構(gòu)造和工作過程
由直流電動機工作原理示意圖可以看到，直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子、轉(zhuǎn)子和換向器組成．直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成．運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成．
　
定子（即主磁極）被固定在風(fēng)扇支架上，是電機的非旋轉(zhuǎn)部分．
　
轉(zhuǎn)子中有兩組以上的線圈，由漆包線繞制而成，稱之為繞組．當(dāng)繞組中有電流通過時產(chǎn)生磁場，該磁場與定子的磁場產(chǎn)生力的作用．由于定子是固定不動的，因此轉(zhuǎn)子在力的作用下轉(zhuǎn)動．
　
換向器是直流電動機的一種特殊裝置，由許多換向片組成，每兩個相鄰的換向片中間是絕緣片．在換向器的表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉(zhuǎn)動的電樞繞組得以同外電路連接．當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度后，換向器將供電電壓接入另一對繞組，并在該繞組中繼續(xù)產(chǎn)生磁場．可見，由于換向器的存在，使電樞線圈中受到的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，在這個電磁轉(zhuǎn)矩作用下使電樞得以旋轉(zhuǎn)，
【達標(biāo)檢測】
一．直流電動機的原理（共5小題）
1．如圖所示為直流電動機的工作原理，以下相關(guān)的分析中正確的是（　　）
A．電動機工作過程中，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為機械能
B．直流電動機中的換向器是由彼此絕緣的兩個金屬半環(huán)制成的，其作用是使線圈轉(zhuǎn)過如圖位置時，自動改變線圈中的電流方向
C．直流電動機通直流電，線圈中是交流電；交流電動機通交流電，線圈中是直流電。
D．若將外部線圈的電源換成電流計，則該裝置可作為直流發(fā)電機
2．如圖所示是直流電動機的模式圖，直流電動機是根據(jù)　
　的原理制成的，它利用　
　與電刷的接觸方式，解決了線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動和導(dǎo)線纏繞問題。
3．如圖所示為小金同學(xué)制作的簡易直流電動機模型。他用金屬絲做成兩個支架，分別與電池的兩極相連。用漆包線繞一個矩形線圈，以線圈引線為軸，并用小刀刮去軸的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮。將線圈放在支架上，磁體放在線圈下。接通電源后且用手輕推一下線圈，線圈就會不停地轉(zhuǎn)動起來。
（1）直流電動機的工作原理是　
　。
（2）將線圈一端的漆全部刮去，另一端刮去一半。這樣做的目的是讓線圈能　
　。
（3）如果電池、開關(guān)、導(dǎo)線的連接和性能良好，閉合開關(guān)后線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動，請你分析可能的原因是　
　。（寫出一點即可）
4．如圖是小明自制的簡易電動機，干電池底部吸有可導(dǎo)電的強磁鐵，在干電池的正極D上支有一“門”字形導(dǎo)線框，導(dǎo)線框B側(cè)和套在強磁鐵上導(dǎo)電圓環(huán)C連接，導(dǎo)線框和圓環(huán)C能一起繞干電池持續(xù)轉(zhuǎn)動。
（1）要使線圈能轉(zhuǎn)動起來，除導(dǎo)線框與正極D接觸良好外，還必須保證圓環(huán)C在轉(zhuǎn)動過程中與強磁鐵接觸良好。這樣做的目的是　
　。
（2）該簡易電動機正常轉(zhuǎn)動過程中，主要將電能轉(zhuǎn)化為　
　能。
5．如圖是直流電動機的工作原理圖，部件“AB”是　
　，其作用是當(dāng)線圈因慣性轉(zhuǎn)過　
　時，立即改變電流方向，從而改變線圈的受力方向，使線圈在磁場中連續(xù)轉(zhuǎn)動。電動機工作時，能把電能轉(zhuǎn)化為　
　。
二．直流電動機的構(gòu)造和工作過程（共5小題）
6．如圖為直流電動機的基本構(gòu)造示意圖，閉合開關(guān)線圈沿順時針轉(zhuǎn)動，現(xiàn)要線圈沿逆時針轉(zhuǎn)動，下列方法中可行的是（　　）
A．將電源正負極對調(diào)下
B．增加電源電壓
C．換用磁性更強的磁鐵
D．對換磁極同時改變電流方向
7．在裝配直流電動機模型時，通電后直流電動機模型不轉(zhuǎn)，故障分析錯誤的是（　　）
A．軸與軸之間的摩擦太大
B．電刷和換向器的接觸不良
C．磁體的南北極位置放反了
D．線圈方向與磁場方向垂直
8．在安裝直流電動機模型的實驗中，接好電路，合上開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電動機不轉(zhuǎn)，若輕推一下線圈，電動機馬上就轉(zhuǎn)起來，剛開始時不轉(zhuǎn)的原因可能是（　　）
A．磁鐵的磁性不強
B．通過線圈的電流太小了
C．電動機線圈平面恰好處在平衡位置
D．電刷與換向器之間的摩擦太大了
9．如圖為某同學(xué)制作的一種直流電動機模型，他用漆包線繞成一個矩形線圈，將線圈兩端的導(dǎo)線拉直作為轉(zhuǎn)動軸，用小刀將一端全部漆皮刮去，另一端只去上半周漆皮將線圈放在支架上，永磁體放在線圈正下方。
（1）如此刮漆，可以使線圈在剛轉(zhuǎn)過平衡位置時　
　（選填“自動改變線圈中的電流方向”或“切斷線圈中的電流”）。從而使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動；
（2）若要改變電動機的轉(zhuǎn)向，可采取的措施是　
　（填一種方法）；
（3）如果電池、開關(guān)、導(dǎo)線的連接和性能良好，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)線圈只瓢動了一下，并不轉(zhuǎn)動多次撥動線圈位置，現(xiàn)象都一樣，你認為可能的原因是　
　。
10．如圖所示的線圈abcd能繞軸轉(zhuǎn)動的原理是　
　，若需持續(xù)轉(zhuǎn)動，需給線圈安裝　
　。我們?nèi)绻麑⒕€圈看作一個單匝的通電螺線管，就可以將其等效為一個條形磁鐵，將其上方看成是N極，下方看成是S極，兩極均在磁場的作用下向異名磁極靠近，則　
　（A/B）是電源的正極。
1.4電動機
參考答案
一．直流電動機的原理（共5小題）
1．如圖所示為直流電動機的工作原理，以下相關(guān)的分析中正確的是（　　）
A．電動機工作過程中，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為機械能
B．直流電動機中的換向器是由彼此絕緣的兩個金屬半環(huán)制成的，其作用是使線圈轉(zhuǎn)過如圖位置時，自動改變線圈中的電流方向
C．直流電動機通直流電，線圈中是交流電；交流電動機通交流電，線圈中是直流電。
D．若將外部線圈的電源換成電流計，則該裝置可作為直流發(fā)電機
【解答】解：
A、電動機是利用通電導(dǎo)線在磁場中受力運動的原理工作的，工作過程中，消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機械能，有一部分電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，故A錯誤；
B、平衡位置是指線圈平面和磁感線垂直的平面，據(jù)電動機的構(gòu)造知，電動機的換向器是由兩個彼此絕緣的半圓金屬環(huán)制成的，為了使線圈持續(xù)的轉(zhuǎn)動下去，故當(dāng)直流電動機的線圈剛過平衡位置時換向器能立即改變線圈中的電流方向，從而實現(xiàn)上述目的電動機，故B錯誤；
C、直流電動機通直流電，線圈中是交流電；交流電動機通交流電，線圈中是交流電，故C錯誤；
D、把電池換成靈敏電流計，快速轉(zhuǎn)動線圈，則閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流計的指針會偏轉(zhuǎn)，這就是直流發(fā)電機，故D正確。
故選：D。
2．如圖所示是直流電動機的模式圖，直流電動機是根據(jù)　通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動　的原理制成的，它利用　換向器　與電刷的接觸方式，解決了線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動和導(dǎo)線纏繞問題。
【解答】解：直流電動機是根據(jù)通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動原理制成的，在輸入電流時采用換向器來改變線圈中的電流方向，從而使它能連續(xù)轉(zhuǎn)動。
故答案為：通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動；換向器。
3．如圖所示為小金同學(xué)制作的簡易直流電動機模型。他用金屬絲做成兩個支架，分別與電池的兩極相連。用漆包線繞一個矩形線圈，以線圈引線為軸，并用小刀刮去軸的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮。將線圈放在支架上，磁體放在線圈下。接通電源后且用手輕推一下線圈，線圈就會不停地轉(zhuǎn)動起來。
（1）直流電動機的工作原理是　通電線圈在磁場中受力而轉(zhuǎn)動　。
（2）將線圈一端的漆全部刮去，另一端刮去一半。這樣做的目的是讓線圈能　持續(xù)轉(zhuǎn)動　。
（3）如果電池、開關(guān)、導(dǎo)線的連接和性能良好，閉合開關(guān)后線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動，請你分析可能的原因是　磁場太弱　。（寫出一點即可）
【解答】解：（1）直流電動機的工作原理是：通電線圈在磁場中受力而轉(zhuǎn)動；
（2）在實驗中，用小刀刮去軸的一端全部漆皮，另一端刮去半周漆皮是為了使線圈的在一個半周內(nèi)受到磁場的力的作用，另一個半周利用慣性轉(zhuǎn)動，使線圈能持續(xù)轉(zhuǎn)動；
（3）如果電池、開關(guān)、導(dǎo)線的連接和性能良好，閉合開關(guān)后，線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動，可排除無電流的情況，可能是磁場太弱或開始線圈處在平衡位置。
故答案為：（1）通電線圈在磁場中受力而轉(zhuǎn)動；（2）持續(xù)轉(zhuǎn)動；（3）磁場太弱。
4．如圖是小明自制的簡易電動機，干電池底部吸有可導(dǎo)電的強磁鐵，在干電池的正極D上支有一“門”字形導(dǎo)線框，導(dǎo)線框B側(cè)和套在強磁鐵上導(dǎo)電圓環(huán)C連接，導(dǎo)線框和圓環(huán)C能一起繞干電池持續(xù)轉(zhuǎn)動。
（1）要使線圈能轉(zhuǎn)動起來，除導(dǎo)線框與正極D接觸良好外，還必須保證圓環(huán)C在轉(zhuǎn)動過程中與強磁鐵接觸良好。這樣做的目的是　使干電池的正極D、導(dǎo)線框B側(cè)以及套在強磁鐵上導(dǎo)電圓環(huán)C成為閉合電路　。
（2）該簡易電動機正常轉(zhuǎn)動過程中，主要將電能轉(zhuǎn)化為　機械　能。
【解答】解：（1）干電池底部吸有強磁鐵，周圍存在磁場，導(dǎo)線框B上端與正極D相連，下端與套在強磁鐵上導(dǎo)電圓環(huán)C連接，使得右端成為閉合電路，則線框B側(cè)有電流通過（即線框B側(cè)是通電導(dǎo)體），所以線框B側(cè)受到磁場對電流的作用力而運動；
（2）自制的簡易電動機是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受力而轉(zhuǎn)動的原理制成的，工作時將電能轉(zhuǎn)化為機械能。
故答案為：（1）使干電池的正極D、導(dǎo)線框B側(cè)以及套在強磁鐵上導(dǎo)電圓環(huán)C成為閉合電路；
（2）機械。
5．如圖是直流電動機的工作原理圖，部件“AB”是　換向器　，其作用是當(dāng)線圈因慣性轉(zhuǎn)過　平衡位置　時，立即改變電流方向，從而改變線圈的受力方向，使線圈在磁場中連續(xù)轉(zhuǎn)動。電動機工作時，能把電能轉(zhuǎn)化為　機械能　。
【解答】解：如圖所示：AB是換向器，它的作用是當(dāng)線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置時，改變電流的方向，從而改變線圈的受力方向，保證了線圈持續(xù)的轉(zhuǎn)動下去；
電動機在工作時就是把電能轉(zhuǎn)化為機械能。
故答案為：換向器；平衡位置；機械能。
二．直流電動機的構(gòu)造和工作過程（共5小題）
6．如圖為直流電動機的基本構(gòu)造示意圖，閉合開關(guān)線圈沿順時針轉(zhuǎn)動，現(xiàn)要線圈沿逆時針轉(zhuǎn)動，下列方法中可行的是（　　）
A．將電源正負極對調(diào)下
B．增加電源電壓
C．換用磁性更強的磁鐵
D．對換磁極同時改變電流方向
【解答】解：
A、閉合開關(guān)線圈沿順時針轉(zhuǎn)動，現(xiàn)要線圈沿逆時針轉(zhuǎn)動，就要改變線圈的受力方向，即改變電流方向或改變磁場方向。將電源正負極對調(diào)，就可以改變電流方向，故A符合題意；
B、增加電源電壓，只能增大電流改變線圈的轉(zhuǎn)速，而不能改變轉(zhuǎn)動方向，故B不合題意；
C、換用磁性更強的磁鐵，只能改變線圈的轉(zhuǎn)速，而不能改變線圈的轉(zhuǎn)動方向，故C不合題意；
D、對調(diào)磁極同時改變電流方向，那么線圈的受力方向與原來相同，故D不合題意。
故選：A。
7．在裝配直流電動機模型時，通電后直流電動機模型不轉(zhuǎn)，故障分析錯誤的是（　　）
A．軸與軸之間的摩擦太大
B．電刷和換向器的接觸不良
C．磁體的南北極位置放反了
D．線圈方向與磁場方向垂直
【解答】解：
ABC、軸與軸之間的摩擦太大、電刷和換向器的接觸不良都會導(dǎo)致電動機模型通電后不能轉(zhuǎn)動，但是磁體的南北極位置放反了，電動機仍然可以轉(zhuǎn)動，只不過轉(zhuǎn)動方向不同，故AB正確，C錯誤；
D、當(dāng)線圈方向與磁場方向垂直時，線圈正好處于平衡狀態(tài)，線圈兩端正好受力平衡，無法轉(zhuǎn)動，故D正確。
故選：C。
8．在安裝直流電動機模型的實驗中，接好電路，合上開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電動機不轉(zhuǎn)，若輕推一下線圈，電動機馬上就轉(zhuǎn)起來，剛開始時不轉(zhuǎn)的原因可能是（　　）
A．磁鐵的磁性不強
B．通過線圈的電流太小了
C．電動機線圈平面恰好處在平衡位置
D．電刷與換向器之間的摩擦太大了
【解答】解：A、若是磁鐵的磁性不強，即線圈所受的磁場力小于摩擦力，即使我們輕推一下，電動機也不會轉(zhuǎn)動，故該選項不符合題意；
B、若是線圈中的電流太小，同樣線圈所受的磁場力小于摩擦力時，即使我們輕推一下，電動機也不會轉(zhuǎn)動，故該選項也不符合題意；
C、平衡位置是電動機的轉(zhuǎn)子和定子形成了開路，導(dǎo)體中沒有電流通過，磁場對其沒有作用力，電動機不會轉(zhuǎn)動，故該選項正確；
D、若是電刷與換向器之間的摩擦太大，即磁場力不能克服摩擦力，即使我們輕推一下，電動機也不會轉(zhuǎn)動，故該選項也是錯誤的。
故選：C。
9．如圖為某同學(xué)制作的一種直流電動機模型，他用漆包線繞成一個矩形線圈，將線圈兩端的導(dǎo)線拉直作為轉(zhuǎn)動軸，用小刀將一端全部漆皮刮去，另一端只去上半周漆皮將線圈放在支架上，永磁體放在線圈正下方。
（1）如此刮漆，可以使線圈在剛轉(zhuǎn)過平衡位置時　切斷線圈中的電流　（選填“自動改變線圈中的電流方向”或“切斷線圈中的電流”）。從而使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動；
（2）若要改變電動機的轉(zhuǎn)向，可采取的措施是　改變電流方向（或改變磁場方向）　（填一種方法）；
（3）如果電池、開關(guān)、導(dǎo)線的連接和性能良好，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)線圈只瓢動了一下，并不轉(zhuǎn)動多次撥動線圈位置，現(xiàn)象都一樣，你認為可能的原因是　磁場太弱，這時可進行的有效嘗試是換用較強的磁場　。
【解答】解：（1）將線圈兩端的導(dǎo)線拉直作為轉(zhuǎn)動軸，用小刀將一端全部漆皮刮去，另一端只去上半周漆皮將線圈放在支架上，作用是當(dāng)線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置時，切斷線圈中的電流，線圈由于慣性轉(zhuǎn)過另半圈，保證了線圈持續(xù)的轉(zhuǎn)動下去；
（2）要改變電動機的轉(zhuǎn)動方向，就要改變線圈的受力方向，而線圈的受力方向由磁場方向和電流方向來決定，因此可改變磁場方向或電流方向來改變線圈的轉(zhuǎn)動方向；
（3）如果電池、開關(guān)、導(dǎo)線的連接和性能良好，閉合開關(guān)后，線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動，可排除無電流的情況，可能是電流太弱、磁場太弱或開始線圈處在平衡位置等，可進行有針對性的償試，包括換新電池使電流增大，換較強的磁場，用手推一下線圈使其轉(zhuǎn)過平衡位置等。
故答案為：（1）切斷線圈中的電流；（2）改變電流方向（或改變磁場方向）；（3）磁場太弱，這時可進行的有效嘗試是換用較強的磁場。
10．如圖所示的線圈abcd能繞軸轉(zhuǎn)動的原理是　磁場對通電導(dǎo)體有力的作用　，若需持續(xù)轉(zhuǎn)動，需給線圈安裝　換向器　。我們?nèi)绻麑⒕€圈看作一個單匝的通電螺線管，就可以將其等效為一個條形磁鐵，將其上方看成是N極，下方看成是S極，兩極均在磁場的作用下向異名磁極靠近，則　B　（A/B）是電源的正極。
【解答】解：（1）讀圖可知，給線圈abcd通電，能繞軸轉(zhuǎn)動，其原理是磁場對電流（通電導(dǎo)體）有力的作用。據(jù)此人們制成了電動機；
為使電動機的線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動，需安裝換向器，即當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置時，及時改變電流的方向，從而改變線圈兩側(cè)受力的方向；
（2）由安培定則可知，用右手握住螺線管，使大拇指指向上方的N極，而四指環(huán)繞的方向為電流的方向，即線圈中電流是逆時針的，則圖中的B端為電源的正極。
故答案為：磁場對通電導(dǎo)體有力的作用；
換向器；
B。
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