20.4 电动机（分层作业）-九年级物理全一册同步备课系列（人教版）【解析版】

20.4电动机一、磁场对通电导线的作用1．在探究“磁场对通电导体的作用”的实验中，小明设计了如图所示的电路，导体棒ab用绝缘细线悬挂在蹄形磁铁的两极之间。（1）磁体周围和通电导线周围都存在一种特殊物质是_____（选填“磁场”或“磁感线”）；（2）闭合开关前，导体棒ab静止，闭合开关后，导体棒向右运动，说明磁场对____有力的作用；（3）断开开关，将图中磁铁的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体a、b的运动方向与对调前的运动方向_____，说明通电导体在磁场中的受力方向与_____有关；（4）断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体a、b的运动方向与对调前的运动方向_____，说明通电导体在磁场中的受力方向与_____有关；（5）如果同时改变磁场方向和电流方向，_____（填“能”或“不能”）确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。【答案】（1）磁场；（2）通电导体；（3）相反，磁场方向；（4）相反，电流方向；（5）不能.【解析】（1）磁体周围和通电导线周围都存在一种特殊物质是磁场，而磁感线是不存在的。（2）将一根导体ab置于蹄形磁铁的两极之间，未闭合开关前，电路中没有电流，导体静止不动，闭合开关后，电路中有电流，导体运动，说明磁场对通电导体有力的作用。（3）断开开关，将图中磁铁的N、S极对调，磁场方向改变，再闭合开关，电流方向不变，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，向左运动，这说明通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关。（4）断开开关，将图中电源的正、负极对调，电流的方向发生了变化，再闭合开关，会发现导体a、b的运动方向与对调前的运动方向相反，这说明通电导体在磁场中的受力方向与电流的方向有关。（5）同时改变磁场方向和电流方向，导体运动的方向不变，不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关。2．如图1所示，通电线圈在磁场中发生扭转，说明对通电导线有力的作用。利用这个原理可以制作（填“电动机”或“发电机”）。【答案】磁场，电动机。【详解】通电线圈中有电流，在磁场中发生扭转，表明导体在磁场中受到了力的作用；电动机的工作是通电导体在磁场中受到力的作用时会发生转动。图图1图23．在研究“磁场对通电导体的作用”实验中：（1）利用如图2甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入（选填“灵敏电流计”或“电源”）；（2）在乙图中，通电后cd段导线受磁场力F1的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力F2的方向是竖直向（选填“上”或“下”）；（3）要使图乙中的线圈持续转动，应在其外部加装换向器，自动改变线圈中的方向。图乙中的设备将电能转化为能。【答案】（1）电源；（2）上；（3）电流，机械。【详解】（1）研究“磁场对电流的作用”时，即必须有电源，使得导体中先有电流，所以在a、b间应接电源。（2）乙图中，ab段导线的电流方向与cd段导线的电流方向相反，所以ab段导线所受磁场力F2的方向与cd段导线受磁场力F1的方向相反，所以磁场力F2的方向是竖直向上的。（3）要使图乙中的线圈持续转动，在外部加装换向器，当通电线圈刚转过平衡位置时，它能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动，线圈转动的过程中，电能转化为机械能。4．如图是某小组自制的玩具电动机。关于电动机下列说法正确的是（）A．电动机工作时不会将电能转化为内能B．电动机工作时，将机械能转化为电能C．仅调换磁铁两极，线圈转动方向不会改变D．电动机工作原理是磁场对通电导体有力的作用【答案】D【详解】A．线圈有电阻，电流通过线圈会产生热量，所以电动机工作时有部分电能转化为内能，故A错误；B．电动机工作时，消耗电能，获得机械能，所以电动机工作时主要是将电能主要转化为机械能，故B错误；C．电动机的转动方向与磁极方向和电流方向有关，所以仅调换磁铁两极，线圈转动方向改变，故C错误；D．通电导体在磁场中会受到力的作用，电动机就是利用这一原理工作的，故D正确。故选D。5．如图所示为小玲和小辉同学制作的一种直流电动机模型，他们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，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮，将线圈放在支架上，蹄形磁体放在线圈周围。（1）直流电动机的工作原理是利用有力的作用；（2）按他们这种方法刮漆，线圈在刚转过平衡位置时（选填“自动改变线圈中的电流方向”或“切断线圈中的电流”），目的是使线圈能够持续转动；（3）可以通过改变方向，改变线圈的转动方向（填一种方法）；（4）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，发现线圈只抖动了一下，并不转动，原因可能是。【答案】（1）磁场对通电导体；（2）自动改变线圈中的电流方向；（3）电流/磁场；（4）磁场太弱，这时可进行的有效尝试是换用较强的磁场或开始线圈处在平衡位置等。【详解】（1）直流电动机的工作原理是：通电线圈在磁场中受力而转动。（2）将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周的作用是当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，线圈由于惯性转过另半圈，保证了线圈持续的转动下去。（3）要改变线圈的转动方向，就要改变线圈的受力方向，而线圈的受力方向由磁场方向和电流方向来决定，因此可改变磁场方向或电流方向来改变线圈的转动方向。（4）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，线圈不能连续转动，可排除无电流的情况，可能是电流太弱、磁场太弱或开始线圈处在平衡位置等，可进行有针对性的偿试，包括换新电池使电流增大，换较强的磁场，用手推一下线圈使其转过平衡位置等。二、电动机的基本构造6．电动机：（1）电动机是根据在磁场中因而发生转动的原理制成的，是将能转化为能的装置。（2）电动机是由和两部分组成的。（3）换向器的作用是每当线圈刚转过时，能自动改变线圈中的方向，使线圈连续转动。【答案】（1）通电线圈，受力，电能，机械能；（2）转子，定子；（3）平衡位置，电流。【详解】（1）实验表明：通电线圈在磁场中受力会发生转动，根据这一原理制成了电动机。电动机工组时，线圈通电转动，消耗电能，转化为机械能。（2）电动机是由线圈和磁体两部分组成的，磁体不动，叫定子，线圈在磁体中转动，叫转子。（3）为使通电线圈在磁体中连续转动，需要在线圈刚转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，从而改变其受力方向，这就是换向器的作用。7．如图是直流电动机的工作原理图，铜半环“AC、BD”叫做，其作用是当线圈因惯性转过平衡位置时，立即改变，从而改变线圈的受力方向，使线圈在磁场中连续转动。【答案】换向器，线圈中电流的方向。【详解】如图所示：AC、BD是换向器，它的作用是当线圈刚转过平衡位置时，立即改变线圈中电流的方向，从而改变线圈的受力方向，保证了线圈持续的转动下去。8．如图，使线圈位于两磁极间，通电后，图甲ab段导线受磁场力的方向向上，用箭头在图乙、丙中，标出ab段导线所受磁场力的方向。【答案】见下图。【详解】通电导线在磁场中受力的作用，其所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，即只要改变一个量，其所受力的方向就会改变一次，与甲图相比，乙图中电流的方向和磁场的方向均没有改变，所以ab段受到的力是向上的；与甲图相比，丙图中电流的方向改变了，磁场的方向没有改变，所以ab受力方向向下，如下图所示：9．如图所示为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析不正确的是（）

A．导线ab中的电流在这两个时刻方向不同B．导线ab在这两个时刻受到的磁力方向不同C．导线ab和cd在乙图位置受到的两个力相互平衡D．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向【答案】C【详解】AB．甲图中导线ab的电流方向是由b到a，乙图中导线ab的电流方向是由a到b，电流方向不同，受力方向也不同，故AB正确，不符合题意；C．导线ab和cd在乙图位置受到的两个力不在同一直线上，相互不平衡，故C错误，符合题意；故选C。三、扬声器是怎样发声的10．扬声器：（1）扬声器是将转化成的装置，它由固定的、和构成；（2）扬声器的工作原理：线圈通过如下图所示电流时，受到磁体吸引而向运动；当线圈通过方向相反的电流时，受到磁体排斥而向运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回，带动也来回振动，于是扬声器就发出了声音。【答案】（1）电信号，声信号，永久磁体，线圈，锥形；（2）左，右，振动，纸盆。【详解】（1）扬声器使用时消耗电能，是将电信号转化为声信号的装置。由图得，扬声器由永久磁体、线圈、锥形纸盆构成。（2）由图得，线圈受到磁体吸引时，受到的吸引力向左，因此线圈向左运动。当线圈通过方向相反的电流时，受到磁体排斥，受到的排斥力向右，线圈向右运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈受到的吸引力和排斥力不断交换，线圈就不断地来回运动，因此带动纸盆振动，扬声器就发出声音。11．小明同学用如图所示的装置研究通电线圈在磁场中将如何运动的实验，闭合开关，下列关于此实验说法正确的是（）A．根据此装置的原理制成了发电机B．当线圈由图示位置顺时针转动90°时，线圈受平衡力作用C．当线圈由图示位置顺时针转动90°时，线圈中无电流，ab边和cd边将不受力的作用D．当线圈由图示位置顺时针转动90°时，线圈由于惯性会越过平衡位置持续转动【答案】B【详解】A．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，根据此装置的原理制成了电动机，故A错误；B．当线圈由图示位置顺时针转动90°时，线圈受到大小相等、方向相反、作用在同一个线圈上，作用在同一条直线的两个平衡力，故B正确；C．当线圈由图示位置顺时针转动90°时，线圈中有电流，ab边受到力的方向向上，cd边受到力的方向向下，故C错误；D．当线圈由图示位置顺时针转动90°时，线圈由于惯性会越过平衡位置，此刻ab、cd段导线受到的磁场力使线圈反方向转动，回到平衡位置，故D错误。故选B。12．图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO＇为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则（）

A．螺线管F端为N极，P端为N极B．螺线管F端为S极、P端为S极C．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察、线圈仍顺时针转动D．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将逆时针转动【答案】C【详解】A．由图可知，电流从螺线管EF的左端流入，根据安培定则可知，E端为N极，F端为S极，故A不符合题意；B．由图可知，电流从螺线管PQ的左端流入，根据安培定则可知，Q端为S极，P端为N极，故B不符合题意；CD．由题意知，闭合开关，此时从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动；线圈受力转动的方向与磁场方向和电流方向有关，若将电源的正负极对调，则螺线管中电流方向与原来反向，根据安培定则可知，螺线管的磁极改变，且电动机线圈中的电流方向与原来相反向，则线圈受到磁场力的方向不会发生改变，即从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动，故C符合题意，D不符合题意。故选C。13．在研究“磁场对通电导体的作用”实验中：（1）利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入（选填“灵敏电流计”或“电源”）；（2）在乙图中，通电后cd段导线受磁场力F1的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力F2的方向是竖直向（选填“上”或“下”）；（3）要使图乙中的线圈持续转动，应在其外部加装换向器，自动改变线圈中的方向。图乙中的设备将电能转化为。【答案】（1）电源；（2）上；（3）电流，机械能。【详解】（1）研究“磁场对电流的作用"时，即必须有电源，使得导体中先有电流，所以在a、b间应接电源。（2）乙图中，ab段导线的电流方向与cd段导线的电流方向相反，所以ab段导线所受磁场力F2的方向与cd段导线受磁场力F1的方向相反，所以磁场力F2的方向是竖直向上的。（3）要使图乙中的线圈可以持续转动，是在外部加装换向器，当通电线圈刚转过平衡位置时，它能自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。线圈转动的过程中，电能转化为机械能。14．如图甲是探究“磁场对通电导线的作用”实验装置。（1）在实验时，是通过观察来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用；（2）移动滑动变阻器的滑片到适当位置，闭合开关，发现金属棒ab向右运动。保持磁场方向不变，只改变电路中的电流方向，闭合开关，发现金属棒ab向左运动；保持电流方向不变，只把磁铁的N、S极调换一下，发现金属棒ab向左运动；让磁场方向、电流方向同时改变，发现金属棒ab向右运动。根据观察到的实验现象，进行分析，可以得到的结论是：磁场对通电导线（选填“有”或“没有”）力的作用，且力的方向与和有关；（3）根据该实验原理，小明用一段漆包铜线绕成线圈，自制了一个如图乙所示的简易电动机：用小刀刮去两端的漆皮，另一端只刮去半周。按这种方法刮漆的目的有两个：一是使线圈能够，二是这一部位能起到（填某一部件的名称）的作用；（4）下列装置中用到该实验原理的是（填字母序号）。A．扬声器B．动圈式话筒C．发电机【答案】（1）金属棒的运动；（2）有，电流的方向，磁场的方向；（3）导电，换向器；（4）A.【详解】（1）由图可知，闭合开关，电路中有电流通过，导体棒ab受力在磁场中运动，奥义在实验时，是通过观察金属棒ab的运动来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用，判断受力的方向。（2）闭合开关，发现金属棒ab向右运动；保持磁场方向不变，只改变电路中的电流方向，发现金属棒ab向左运动；保持电流方向不变，只把磁铁的N，闭合开关，说明通电导体受力的方向与磁场的方向有关；让磁场方向、电流方向同时改变，发现金属棒ab向右运动，通电导体受力的方向不变；综上所述磁场对通电导线有力的作用，且力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。（3）将线圈两端引线的漆皮，金属具有导电性，一端全部刮掉，金属能够导电；二是另一端只刮去半周，当线圈刚转过平衡位置时，线圈由于惯性转过另半圈；它的作用就相当于电动机中的换向器。（4）A．扬声器的原理是电导体在磁场中受到磁场力的作用，故A符合题意；BC．动圈式话筒和发电机的原理是电磁感应，故BC不符合题意；故选A。15．利用图甲所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”。（1）应在从M、N之间接入（选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”），装置中的导体棒应选用轻质的（选填“铁棒”或“铝棒”）；（2）如图乙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的，通电后若cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，则ab段导线所受磁场力的方向是，这两个力（选填“是”或“不是”）一对平衡力，理由是；（3）小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆全部刮去后，用导电支架托住，放入磁场中（如图丙所示），闭合开关，发现线圈不能持续转动，只能在平衡位置附近摆动；线圈处于平衡位置时，线圈平面与磁感线（选填“平行”或“垂直”）；为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是下列哪两种。A．两侧全刮B．一侧全刮，另一侧刮半周C．两侧均刮上半周D．一侧刮上半周，一侧刮下半周【答案】（1）电源，铝棒；（2）竖直向上，不是，两个力不在同一直线上；（3）垂直，BC。【详解】（1）利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，即必须有电源，所以在M、N之间应接电源。探究磁场对电流的作用时，因为磁体能够吸引磁性材料，所以通电导体不能为磁性材料，则不能选择铁棒进行实验，而应选用轻质的铝棒。（2）在乙图中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，因ab段导线中电流方向与cd段导线中电流方向相反，因此ab段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这两个力不是一对平衡力，这是因为这两个力不作用在一条直线上。（3）当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈受到的两个力大小相等、方向相反，都作用在线圈上，所以两个力是一对平衡力，此时线圈处于平衡位置。为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是将线圈两端的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，或两侧均刮上半周；按这两种方法刮漆，线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，线圈由于惯性能够按原方向持续转动，故BC符合题意，AD不符合题意。故选BC。16．（2023·江苏宿迁·统考中考真题）图中是小明制作的简单电动机模型，其线圈由漆包线绕成，将线圈一端的漆全部刮掉，另一端只刮掉半周，在线圈的下面放置了一块磁体。将其接入电路中，闭合开关后，线圈转动起来了。关于此电动机模型下列说法正确的是（）

A．利用电磁感应原理工作B．线圈在转动时，始终受到磁场作用力C．将电能转化为机械能D．增大线圈中的电流可改变转动方向【答案】C【详解】A．此实验利用通电线圈在磁场中受到力的作用，故A错误；B．由于线圈中有一端的漆只刮掉半周，会出现电路中无电流状态，当线圈转到该位置处，由于线圈中无电流，所以不会受到磁场力的作用，故B错误；C．电动机消耗电能而转动起来，能量转化为电能转化为机械能，故C正确；D．增大线圈中的电流，会改变线圈受到磁场力的大小，而不会改变受力的方向，故D错误。故选C。17．（2022·江西·统考中考真题）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。【答案】磁场，电动。【详解】通电线圈中有电流通过，线圈在磁体的磁场周围，线圈能受力转动，说明磁场对电流有力的作用。该模型是先通电，然后线圈转动起来，将电能转化为机械能，是一个自制的电动机模型。18．（2023·湖南长沙·统考中考真题）下图为玩具小汽车内直流电动机的结构简图，该电动机工作时将电能转化为能和内能。如果想改变该直流电动机的转动方向，你可以采取的方法是（写一条合理方法即可）。

【答案】机械，改变电流方向。【详解】电动机工作时，需要消耗电能，同时电动机转动，可知将电能转化为机械能。改变电动机的转动方向的有两种方法：①可保持磁场方向不变，改变电流方向；②可保持电流方向不变，改变磁场的方向。19．（2022·黑龙江牡丹江·统考中考真题）【分析归纳，拓展提升】如图甲是小雪自制的小风扇，使用时发现小风扇转动，但风却向后吹。小雪设计了如图乙所示的实验，探究其原因。（1）闭合开关，给铜棒ab通电，发现铜棒ab向右运动，这表明铜棒ab在磁场中受到的作用；（2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，发现铜棒ab向左运动，这表明；（3）保持电流方向不变，将磁体的两极对调，闭合开关，发现铜棒ab向右运动，这表明；（4）根据实验，要改变小风扇转动方向，小雪应该；（5）请列举一个和小风扇工作原理相同的用电器。【答案】（1）磁力；（2）通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关；（3）通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向有关；（4）改变电流方向（或对调电源正负极或将小风扇拆开后将磁极对调）；（5）电吹风（或扬声器或洗衣机或电动车等）【详解】（1）铜棒ab静止，当通电后向右运动，运动状态发生了改变，说明此时受到了磁场力的作用。（2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，此时电流的方向发生了改变，发现铜棒ab由原来的向右运动变成向左运动，说明电流会影响通电导线在磁场中的受力方向。（3）保持电流方向不变，将磁体的两极对调，闭合开关，发现铜棒ab由原来的向左运动变成了向右运动，说明电流不变时，磁场的方向也会影响通电导线在磁场中的受力方向。（4）要改变风扇的方向可以通过改变电流方向来调节，具体的