滬科版16.3科學(xué)探究：電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)學(xué)案

第三節(jié)科學(xué)探究：電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一、溫故知新1．(2022·甘肅)如下圖所示實(shí)驗(yàn)示圖，分別做甲和乙說(shuō)明_______________________；分別做甲和丙所示實(shí)驗(yàn)說(shuō)明__________________________________．【答案】通電導(dǎo)體周圍有磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與導(dǎo)體中電流方向有關(guān)2．(2022·長(zhǎng)沙)由圖中通電螺線管右端小磁針靜止時(shí)的指向可知，螺線管A端接電源的_______極．【答案】正3．(2022·玉林課改區(qū))下列方法中，能改變通電螺線管極性的是()A．增加通電螺線管的線圈匝數(shù)B．在通電螺線管內(nèi)插入鐵芯C．減小通電螺線管的電流D．改變通電螺線管的電流方向【答案】D二、名師解讀點(diǎn)撥知識(shí)點(diǎn)1：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體的作用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到____的作用，該力的方向跟導(dǎo)體中的__________和__________有關(guān)（答案：力電流方向磁場(chǎng)方向）【易錯(cuò)點(diǎn)】若導(dǎo)體中電流的方向或磁場(chǎng)的方向有一個(gè)改變，則導(dǎo)體的受力方向也隨之改變；若上述兩個(gè)方向同時(shí)改變，則導(dǎo)體的受力方向不變?！就卣埂浚?）磁場(chǎng)不是對(duì)任意放置的通電直導(dǎo)線都有力的作用，當(dāng)直導(dǎo)線與磁感線平行放置時(shí)，受到的力為零；（2）當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁感線方向垂直時(shí)，受到的力最大。例如，如下圖所示，ABCD四幅圖，導(dǎo)體中的電流相同，且分別放入同一磁場(chǎng)中，可導(dǎo)體的受力情況卻不同。其中A和D中的導(dǎo)體中電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，因此受到磁場(chǎng)的力最大；而C圖中，導(dǎo)體中電流方向與磁場(chǎng)方向有一個(gè)夾角（該夾角為銳角），因此受到磁場(chǎng)的力小一些；B圖中，導(dǎo)體中電流方向與磁場(chǎng)方向平行，因此受到磁場(chǎng)的力為零。如下圖所示，通電線圈在磁場(chǎng)中受到力的作用可以______________。（答案：發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)）【易淆點(diǎn)】“力”和“運(yùn)動(dòng)”磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體的作用是“力”而不是“運(yùn)動(dòng)”，也就是說(shuō)，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到磁力的作用，但不一定運(yùn)動(dòng)。如圖乙所示，此時(shí)線圈的ab邊和cd邊受力的方向不但相反，而且力的作用線也在一條直線上，線圈受到平衡力，線圈會(huì)停在這個(gè)位置（即線圈平面與磁感線垂直的位置被稱為平衡位置）而不運(yùn)動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)2：電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造構(gòu)造及原理如圖所示，為某直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中A、B、E、F的名稱分別是什么？（答案：A為線圈，B為電刷，E為磁極，F(xiàn)為換向器）電動(dòng)機(jī)的工作原理______________________________________________（答案：利用通電線圈在磁場(chǎng)里受力而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的原理工作的）換向器的作用_________________________________________________（答案：當(dāng)線圈剛轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置，能及時(shí)改變線圈中電流方向）電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，能量轉(zhuǎn)換情況為_(kāi)___________________（答案：電能→機(jī)械能）三、拓展整合創(chuàng)新類型之一：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用【例1】(2022·昆明市)在探究通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與什么有關(guān)系時(shí)，一位同學(xué)做了如圖16—56(a)、(b)、(c)三個(gè)實(shí)驗(yàn)．圖中AB表示閉合電路的一部分導(dǎo)線，導(dǎo)線上的箭頭表示電流方向，F(xiàn)表示導(dǎo)線受力的方向，S、N表示蹄形磁鐵的南北極．(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)(a)和(b)說(shuō)明，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與__________的方向有關(guān)．(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)(a)和(c)說(shuō)明，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與_______的方向有關(guān)．【答案】（1）電流（2）磁場(chǎng)類型之二：電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造及原理【例2】（05年徐州（課改實(shí)驗(yàn)區(qū)））電動(dòng)機(jī)是利用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的原理制成的。王鵬同學(xué)按照物理教材的要求安裝了一臺(tái)如圖所示的直流電動(dòng)機(jī)模型，圖中A處的兩個(gè)半圓銅環(huán)稱為_(kāi)_______；若要這臺(tái)電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，則可采用的一種方法是________________?！窘馕觥侩妱?dòng)機(jī)是根據(jù)通電線圈在磁場(chǎng)中受力發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的原理工作的。而通電導(dǎo)體的受力方向與磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體中電流的方向有關(guān)，因此可以通過(guò)改變磁場(chǎng)方向或電流方向，來(lái)改變線圈在磁場(chǎng)中的受力方向，也就改變了線圈的運(yùn)動(dòng)方向?！敬鸢浮繐Q向器改變磁場(chǎng)方向或者改變電流方向【變式題】為了改善室內(nèi)的通風(fēng)情況，實(shí)驗(yàn)室要安裝一個(gè)能正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的電風(fēng)扇，現(xiàn)有一個(gè)直流電源，一個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇和電線若干，試設(shè)計(jì)一個(gè)電路圖?！窘馕觥扛鶕?jù)上題的思路，可以改變線圈中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。【答案】如圖所示【拓展遷移】(05年臺(tái)州自然科學(xué))下列措施不能使電動(dòng)玩具車速度加快的是（A）A．對(duì)調(diào)電池的正負(fù)極B．換用轉(zhuǎn)速較快的電機(jī)C．在轉(zhuǎn)軸處添加潤(rùn)滑油D．換用新電池提高電壓【解析】通常情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢與電動(dòng)機(jī)線圈的匝數(shù)、線圈中電流的大小和磁場(chǎng)的強(qiáng)弱有關(guān)。對(duì)于選項(xiàng)A來(lái)說(shuō)，只能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。換用轉(zhuǎn)速較快的電機(jī)，可以提高轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)軸處添加潤(rùn)滑油，可以減小轉(zhuǎn)軸處的摩擦，也可以提高轉(zhuǎn)速。提高電壓，實(shí)際是增大了線圈中的電流，可以提高轉(zhuǎn)速?！敬鸢浮緼【例3】（05年湖北宜昌（課改實(shí)驗(yàn)區(qū)））如圖所示是小華同學(xué)探究“讓線圈轉(zhuǎn)起來(lái)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。線圈能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的原因是_________________________，在實(shí)驗(yàn)中為了使線圈能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，采取的辦法是_________________________________________________；要想使線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與原來(lái)的相反，采用_____________或者_(dá)___________的方法?！窘馕觥勘绢}中的電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向器，卻能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，原理是：通電線圈在磁場(chǎng)中受力發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)（即線圈平面處于水平），由于線圈的一根引線（如圖中的a處）只刮掉了半周的絕緣層，阻礙電流通過(guò)線圈，使線圈中失去電流，線圈所受磁力消失，但在慣性和重力的作用下，線圈又接著旋轉(zhuǎn)半周，周而復(fù)始，從而可以持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)了?！敬鸢浮客妼?dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的作用將線圈引線一端接觸支架的絕緣層全部刮掉，另一端刮掉半周改變電流的方向改變磁場(chǎng)的方向類型之三：綜合應(yīng)用創(chuàng)新【例4】(2022·南京)一電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為1歐姆，線圈兩端所加電壓為2V時(shí)，電流為0．8A，電動(dòng)正常工作．(1)在求電動(dòng)機(jī)正常工作1rain所消耗的電能時(shí)，有以下兩種不同的解法：你認(rèn)為哪位同學(xué)做得對(duì)．請(qǐng)作出判斷并說(shuō)明理由．(2)求電動(dòng)機(jī)正常工作1min所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能是多少?【答案】(1)小明對(duì)．因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)工作時(shí)電能沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，大部分電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電功大于電熱(或電動(dòng)機(jī)的電流與電壓、電阻之間的關(guān)系不滿足歐姆定律)．(2)1min內(nèi)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能W＝W—Q＝96J一38．4J＝57．6J四、當(dāng)堂檢測(cè)反饋1.通電導(dǎo)線放置在磁場(chǎng)中，如圖16—50所示，受到磁場(chǎng)力作用的是()【答案】ACD2．為了使直線電動(dòng)機(jī)的線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)什么位置時(shí)，換向器改變其中的電流方向()A．線圈平面與磁感線方向平行時(shí)B．線圈平面與磁感線方向垂直時(shí)C．線圈平面與磁感線方向成任意角度時(shí)D．以上都不對(duì)【答案】B3．如圖所示，線圈轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)，如果不改變電流方向，則線圈（D）A.按原方向一直轉(zhuǎn)下去B.立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)C.立即反轉(zhuǎn)D.轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度后再反轉(zhuǎn)，回到平衡位置【答案】D4．如圖所示是_______基本原理結(jié)構(gòu)圖，指出下列各部件的名稱：A是_______，B是______，E是_______，F(xiàn)是_______．【答案】直流電動(dòng)機(jī)線圈電刷磁極換向器5．通電導(dǎo)體和通電線圈在磁場(chǎng)里受到力的作用而發(fā)生_______時(shí)．消耗了_______能，得到了_______能，在這種現(xiàn)象里，_______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)______能．【答案】運(yùn)動(dòng)電機(jī)械電機(jī)械五、課后延伸閱讀新型電磁能武器——電磁炮根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流產(chǎn)生力的原理，人們研制出了一種新型的電磁能武器——電磁炮.它的基本原理如圖所示，把待發(fā)射的炮彈放置在處于強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩條平行導(dǎo)軌上，使炮彈通過(guò)強(qiáng)脈沖電流，該電流在磁場(chǎng)中受到強(qiáng)大的推力，這個(gè)推動(dòng)力使炮