九年级物理下册- 安装直流电动机模型(考点解读)(解析版)

16.4安装直流电动机模型（考点解读）（解析版）
1、安装直流电动机模型知识点的认识：
（1）直流电机的结构应由定子、转子和换向器组成；
（2）直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成；定子（即主磁极）被固定在风扇支架上，是电机的非旋转部分；
（3）运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成；转子中有两组以上的线圈，由漆包线绕制而成，称之为绕组，当绕组中有电流通过时产生磁场，该磁场与定子的磁场产生力的作用，由于定子是固定不动的，因此转子在力的作用下转动。

（4）换向器是直流电动机的一种特殊装置，由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片，在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接；当转子转过一定角度后，换向器将供电电压接入另一对绕组，并在该绕组中继续产生磁场，可见，由于换向器的存在，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩作用下使电枢得以旋转。

2、解题方法点拨：
（1）电动机是我们生活中常见的一种电气化设备，电动机将电能转化为机械能，从而带动各种生产机械和生活用电器的运转，电动机的应用很广，种类也很多，但它们工作的原理都是一样的；
（2）电动机指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机，一些功率大点的家用电器一般都是交流电动机，如：电扇、洗衣机等；而一些功率小的电器一般使用直流电动机，如：电动玩具、录音机等，电动机的基本构造：转子和定子。

3、命题方向：
（1）电动机的作用：把电能转化为机械能；
（2）换向器的作用：改变线圈的电流方向，使线圈得以持续转动；
（3）通电导体所受力的方向跟电流方向、磁场方向有关。

【典例1-1】（2023春•思明区校级期中）如图所示，属于电动机的是（）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【分析】首先明确电动机的工作原理，然后根据四个选择找出符合要求的选项。

【解答】解：电动机是通电导体在磁场中会受力而运动的原理制成的；
A．图中是探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，电磁铁的工作原理是电流的磁效应，故A不符合题意；
B．图中装置，通电导体在磁场中会受力而运动，是电动机的原理，故B符合题意；CD．图中让闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线，观察电流表的指针是否偏转，是研究电磁感应现象，话筒的工作原理是电磁感应现象，故CD不符合题意。

故选：B。

【典例1-2】（2022春•赣州期中）如图是小聪利用E、F两个电动机模拟风力发电的装置，迅速转动E电动机上的风扇叶片时，将会看到F电动机上的风扇叶片也会随之转动起来，下列关于该现象的说法错误的是（）
A．E电动机在工作过程中，它相当于简单电路中的供电电源
B．F电动机是根据通电导体在磁场中受力转动的原理工作的
C．改变E电动机的转动方向，电动机F扇叶转动方向不改变
D．F电动机在工作时所涉及的能量转化是电能转化为机械能
【答案】C
【分析】（1）电动机的工作原理：通电导体在磁场中受力转动；能量转化是：电能转化为机械能；通电导体受力方向与电流方向、磁场方向有关；
（2）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生感应电流；感应电流的方向与导体切割磁感线的方向和磁场方向有关。

【解答】解：
A、E电动机在工作过程中，闭合电路的线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中就会产
生感应电流，能提供电能，它相当于简单电路中的供电电源，故A正确；
BD、E电动机提供电能，通过F电动机的线圈有电流，通电线圈在磁场中受力转动，F 电动机工作过程中，电能转化为机械能，故BD正确；
C、改变E电动机的转动方向，磁场方向不变，感应电流方向改变，通过F电动机的电
流方向发生变化，磁场方向不变，F电动机线圈受力方向改变，电动机扇叶转动方向不变，故C错误。

故选：C。

【典例1-3】（2021秋•宝塔区校级期末）如图为直流电动机的基本构造示意图。

以下相关分析中，正确的是（）
A．电动机工作过程中，线圈中的电流方向保持不变
B．电动机工作过程中，线圈中也产生感应电流
C．电动机通电后不转，一定是线圈刚好处在平衡位置
D．将电源和磁铁的两极同时对调，线圈将会反方向转动
【答案】B
【分析】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；通电线圈在磁场中受力转动，将电能转化为机械能。

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。

这就是电磁感应现象。

【解答】解：A．电动机工作过程中，线圈中的电流方向周期性变化，转一周电流方向改变2次，故A错误；
B．电动机工作过程中，线圈也在磁场中做切割磁感线运动，故线圈中也产生感应电流，故B正确；
C．通电后线圈不转原因可能是线圈处在平衡位置，也可能是电流太小，还可能是磁场太弱等，故C错误；
D．在直流电动机中，将电源的两极和磁铁的两极同时对调，则线圈转动的方向不变，故D错误。

故选：B。

【典例1-4】（2023•和平区校级开学）（多选）如图甲是直流电动机模型，图乙是小明制作的一台简易电动机（线圈左侧轴的漆皮被刮去一半，线圈右侧轴的漆皮被全部刮掉）。

下列说法中正确的是（）
A．将图乙中金属支架的高度降低，线圈的转速会加快
B．图乙中刮去一半漆皮的轴与图甲中换向器的作用相同，都是为了改变线圈中的电流方向
C．将图甲中电源的正负极对调，线圈的转动方向改变
D．电动机与动圈式话筒的工作原理相同
【答案】AC
【分析】（1）通电导线在磁场中受力的大小与电流的大以及磁场的强弱有关。

（2）图乙中的线圈之所以能转动，是根据通电导线在磁场中受力的作用的原理来工作的，受力的方向与电流的方向和磁感线的方向有关，但是该线圈在转过平衡位置时，若不改变电流的方向，此时所受到的磁场力会阻碍线圈的转动，故为了使线圈持续转动，将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样在一个半周内受到磁场的力的作用，另一个半周利用惯性转动；
（3）通电线圈在磁场中会发生转动，是电动机的原理；动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。

【解答】解：A、将图乙中金属支架的高度降低，磁性增强，线圈的转速会加快，故A 正确；
B、将图乙中线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，线圈在转动的过程
中，电流的方向不变，只有半周有电流，线圈由于具有惯性能持续的转动下去，与图甲的换向器的作用不同，故B错误；
C、将图甲中电源的正负极对调，线图中电流的方向改变，线圈的转动方向改变，故C
正确；
D、电线圈在磁场中会发生转动，是电动机的原理；动圈式话筒的工作原理是电磁感应现
象，故D错误。

故选：AC。

【典例1-5】（2023•长沙）如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
电能转化为机械能和内能。

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改变电流方向（写一条合理方法即可）。

【答案】机械；改变电流方向
【分析】直流电动机正常工作时，通电线圈在磁场中受力能够转动，是将电能转化为机械能；
电动机的转动方向跟磁场方向、电流方向有关，当改变其中的一个方向时，其转动的方向改变，当两个方向都改变时，转动方向不改变。

【解答】解：直流电动机正常工作时，消耗电能，得到机械能，是将电能主要转化为机械能；
电动机的转动方向跟磁场方向、电流方向有关，如果想改变该直流电动机的转动方向，可以改变电流的方向或改变磁场的方向。

故答案为：机械；改变电流方向。

【典例1-6】（2023•雁塔区校级模拟）请完成与下列实验有关的填空：
（1）将图甲1中的小卡片旋转一定角度，并保持两个拉力方向相反如图甲2所示，然后再松手，这样做是为了探究相互平衡的两个力是否作用在同一直线上。

（2）如图乙，用大小不同的力敲击音叉同一位置，观察到乒乓球被弹开的幅度不同，音叉发出声音的响度也不同，说明声音的响度与振幅有关。

（3）如图丙所示是最简单的直流电动机模型，其中绕制线圈的铜丝外表有漆皮，必须对线圈引出线的两端（搁置于铜质弯钩的部位）进行刮漆处理，一端全部刮掉，一端只刮掉半周。

按这种方法刮漆的目的是使线圈能够持续转动，因此这一部位就相当于电动机中的换向器（填某一部件的名称）。

【答案】（1）同一直线上；（2）振幅；（3）持续转动；换向器。

【分析】（1）作用在同一个物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且作用在同一直线上，这两个力就是彼此平衡的。

（2）声音的大小叫响度，响度与振幅和距离声源的远近有关。

（3）自制的电动机进行刮漆处理，一端全部刮掉，一端只刮掉半周，相当于实际电动机
中的换向器，可以让线圈持续转动下去。

【解答】解：（1）将图甲1中的小卡片旋转一定角度，并保持两个拉力方向相反如图甲2所示，然后再松手，这样做是为了探究相互平衡的两个力是否作用在同一直线上。

（2）如图乙，用大小不同的力敲击音叉同一位置，观察到乒乓球被弹开的幅度不同，音叉发出声音的响度也不同，说明声音的响度与振幅有关。

（3）如图丙所示是最简单的直流电动机模型，其中绕制线圈的铜丝外表有漆皮，必须对线圈引出线的两端（搁置于铜质弯钩的部位）进行刮漆处理，一端全部刮掉，一端只刮掉半周。

按这种方法刮漆的目的是使线圈能够持续转动，因此这一部位就相当于电动机中的换向器。

故答案为：（1）同一直线上；（2）振幅；（3）持续转动；换向器。

【变式1-1】（2021•松山区一模）下列有关电与磁的说法不正确的是（）
A．磁悬浮列车能够悬浮是利用磁极间的相互作用
B．磁场是由无数磁感线组成的
C．直流电动机是把电能转化为机械能的装置
D．小磁针的北极在某点所受磁场力方向跟该点磁场方向相同
【答案】B
【分析】（1）同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引；
（2）磁体周围存在磁场，为了描述磁场的分布引入假想的磁感线；
（3）电动机是把电能转化为机械能的装置；
（4）磁场方向的规定：磁场中某点，小磁针静止时北极所指的方向为该点的磁场方向。

【解答】解：
A．磁悬浮列车能够悬浮是利用了同名磁极相互排斥或者异名磁极相互吸引的特点，故A
正确；
B．磁场是磁体周围存在的一种特殊的物质，它是看不见的，但它是真实的客观存在，磁感线是为了形象直观地描述磁场而画出来的，它可以看得见，但不是真实的存在，故B 错误；
C．直流电动机属于用电器，是把电能转化为机械能的装置，故C正确；
D．根据磁场方向的规定可知，磁场中某点，小磁针静止时北极所指的方向为该点的磁场方向，故D正确。

故选：B。

【变式1-2】（2023•工业园区校级模拟）如图甲是直流电动机模型，图乙是小明制作的一台简易电动机（线圈左侧轴的漆皮被刮去一半，线圈右侧轴的漆皮被全部刮掉）。

下列说法中正确的是（）
A．电动机是利用电磁感应原理工作的装置
B．图乙中刮去一半漆皮的轴与图甲中换向器的作用相同，都是为了改变线圈中的电流方向
C．将图甲中电源的正负极对调，线圈的转动方向不变
D．将图乙中金属支架的高度降低，线圈的转速会加快
【答案】D
【分析】（1）直流电动机的工作原理是：通电线圈在磁场中受力转动；
（2）图乙中的线圈之所以能转动，是根据通电导线在磁场中受力的作用的原理来工作的，受力的方向与电流的方向和磁感线的方向有关，但是该线圈在转过平衡位置时，若不改变电流的方向，此时所受到的磁场力会阻碍线圈的转动，故为了使线圈持续转动，将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样在一个半周内受到磁场的力的作用，另一个半周利用惯性转动；
（3）通电导线在磁场中受力的大小与电流的大以及磁场的强弱有关。

【解答】解：
A、电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，故A错误；
B、将图乙中线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，线圈在转动的过程
中，电流的方向不变，只有半周有电流，线圈由于具有惯性能持续的转动下去，与图甲的换向器的作用不同，故B错误；
C、将图甲中电源的正负极对调，线图中电流的方向改变，线圈的转动方向改变，故C
错误；
D、将图乙中金属支架的高度降低，磁性增强，线圈的转速会加快，故D正确。

故选：D。

【变式1-3】（2021•东台市模拟）小明和小华分别用如图所示的装置研究简易电动机的工作情况，小明将线圈两端的漆全部刮掉，小华只将一端的漆全刮掉，另一端刮掉一半，闭合开关后（有电流通过灯丝，灯就发光），他们看到的现象分别是（）
A．小明看到线圈连续转动，灯时亮时灭
B．小华看到线圈连续转动，灯连续发光
C．小华看到线圈左右摆动，灯时亮时灭
D．小明看到线圈左右摆动，灯连续发光
【答案】D
【分析】该线圈之所以能转动，是据通电导线在磁场中受力的作用的原理来工作的，但是该线圈在转过平衡位置时，若不改变电流的方向，此时所受到的磁场力会阻碍线圈的转动，故为了使线圈持续转动，将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样在一个半周内受到磁场的力的作用，另一个半周利用惯性转动；而真正的直流电动机工作时，为了让线圈持续的转动下去，即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，即改变线圈所受力的方向，使线圈持续的转动下去。

【解答】解：
小华将线圈两端引线的漆皮一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样在一个半周内受到磁场的力的作用为转动，另一个半周没有电流通过，不受磁场力的作用，利用惯性转动，这样才能使线圈在磁场中持续转动下去，灯时亮时灭，故BC错误；
小明把两端的漆皮都刮掉，线圈每转过半圈，受力方向发生变化，会来回摆动，但电路中有持续的电流，灯泡会持续发光，故A错误，D正确。

故选：D。

【变式1-4】（2022•越秀区校级三模）（多选）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．在电动机工作的过程中，机械能转化为电能
B．在甲时刻，导线ab受到的力与cd导线受到的力方向相同
C．在乙时刻，导线ab受到的力与cd导线受到的力方向相同
D．在甲、乙两个时刻，导线ab中的电流方向不同，磁场方向相同，因此受到的磁场力方向不同
【答案】ABC
【分析】（1）电动机在工作过程中属于用电器；
（2）通电导体在磁场中受力方向与电流的方向、磁场的方向有关。

【解答】解：
A、在电动机工作的过程中，电能转化为机械能，故A错误；
B、在甲时刻，导线ab和cd的磁场方向相同，电流方向不同，受力方向不同，故B错误；
C、在乙时刻，导线ab和cd的磁场方向相同，电流方向不同，受力方向不同，故C错误；
D、在甲、乙两个时刻，导线ab中的电流方向不同，磁场方向相同，因此受到的磁场力
方向不同，故D正确。

故选：ABC。

【变式1-5】（2023•澄城县一模）如图是安装好的直流电动机模型接入电路的情况，电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动；闭合开关，假定电动机会按顺时针方向转动，若要使电动机逆时针转动，请写出一种方法对调电源的正负极或对调磁极。

【答案】（1）通电线圈在磁场中受力转动；（2）对调电源的正负极或对调磁极。

【分析】（1）电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动；
（2）通电线圈在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。

【解答】解：（1）电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动；
（2）线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关，假定电动机会按顺时针方向转动，若要使电动机逆时针转动可以改变电流的方向即对调电源的正负极或改变磁场方向，即对调磁极。

故答案为：（1）通电线圈在磁场中受力转动；（2）对调电源的正负极或对调磁极。

【变式1-6】（2023•西山区二模）如图所示，晓佳将一简易电动机接入电路中，闭合开关，小灯泡发光但电动机线圈不转动，通过检查，排除线圈被卡不转动的可能，于是晓佳判断可能是电动机线圈短路而不转动，晓佳的同学小华却认为：不一定是线圈短路才不转动，也可能是线圈所受磁场力太小。

为帮晓佳找出电动机不转动的原因，他们可利用如图所示的电路图和多节新电池、磁性强弱不同的多块磁铁进行实验。

他们进行的操作是将电源换为多个干电池串联、同时换用磁场更强的磁体，闭合开关观察线圈是否转动，若观察到线圈转动了，说明线圈不转动的原因是所受磁场力太小。

【答案】将电源换为多个干电池串联、同时换用磁场更强的磁体，闭合开关观察线圈是否转动；观察到线圈转动了。

【分析】通电线圈所受磁场力大小与磁场强弱和电流大小有关，根据多节新电池、磁性强弱不同的多块磁铁进行设计。

【解答】解：通电线圈所受磁场力大小与磁场强弱和电流大小有关，要说明线圈不转动的原因是所受磁场力太小，必须增大磁场力，即增大电流或增强磁场；
进行的操作是将电源换为多个干电池串联、同时换用磁场更强的磁体，闭合开关观察线圈是否转动；
若观察到线圈转动了，则说明线圈不转动的原因是所受磁场力太小。

故答案为：将电源换为多个干电池串联、同时换用磁场更强的磁体，闭合开关观察线圈是否转动；观察到线圈转动了。

【变式1-7】（2020•泰兴市模拟）如图甲是小名同学安装好的直流电动机模型：（1）请写出图中A部件的名称：换向器．
（2）在安装该模型时要按照由下而上，由内而外（“由外而内”或“由内而外”）的顺序安装．
（3）为了使组装的电动机模型能够正常运转，小名在安装时还应注意以下几点，其中错误的是D
A．要尽量减小轴与轴架之间的摩擦
B．电刷与换向器的接触松紧要适当
C．不要使各元件因安装不当而产生形变
D．每一只固定螺钉均不能拧紧
（4）小名把安装好的电动机、变阻器、电源和开关串联起来进行实验，如图所示
①请用笔画线代替导线完成图中实验器材的连接．（要求滑片向右移，电动机转速变慢）
②合上开关接通电路，观察线圈转动，把电源两极对调一下，观察到线圈转动方向改变了．
③若开关闭合，线圈不转，用手轻轻一拔，线圈就转动起来，则原来线圈不转的原因是线圈处在平衡位置．
（5）电动机在许多家用电器中应用十分广泛，请你举出一种装有电动机的家用电器的名称豆浆机．
【答案】见试题解答内容
【分析】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，它的转动方向与磁场方向和电流方向有关；它的转动速度与磁场的强弱和电流的大小有关；有时通电后电动机不转动，其原因主要有以下几个方面：电动机轴因为生锈而被卡住；线路接触不良，电路中无电流；电压电压过低，电路中电流太小；磁铁磁性太弱，磁场对通电线圈的力太小；线圈处于平衡位置，线圈中无电流，线圈不受力的作用．
【解答】解：（1）图中A部件是：换向器．
（2）在安装该模型时要按照由下而上，由内而外顺序安装．
（3）为了使组装的电动机模型能够正常运转，安装时要注意：①要尽量减小轴与轴架之间的摩擦；
②电刷与换向器的接触松紧要适当；
③不要使各元件因安装不当而产生形变；
④每一只固定螺钉均应拧紧；
故ABC正确，符合题意，D错误；
（4）①滑片向右移，电动机转速变慢，说明滑片向右移时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，
滑动变阻器用左半部分电阻丝，把电动机、滑动变阻器串联接入电路，电路图如图所示．②流过直流电动机的电流方向不同，电机的转动方向不同，合上开关接通电路，观察线圈转动，把电源两极对调一下，观察到线圈转动方向改变了．
③如果线圈位置与磁场平行，线圈处于平衡位置，闭合开关，线圈不受磁场力，线圈不动；
闭合开关，线圈不转，用手轻轻一拔，线圈转到非平衡位置，线圈就转动起来，则原来线圈不转的原因是线圈处于平衡位置．
（5）电动机在许多家用电器中应用十分广泛，如豆浆机、电风扇等．
故答案为：（1）换向器；（2）由内而外；（3）D；（4）①电路图如图所示；
②转动方向；③线圈处在平衡位置；（5）豆浆机．
1．（2022春•杭州期中）一台直流电动机模型通电后不转动，但用手轻轻拨动一下线圈就转动起来了，出现这种现象的原因可能是（）
A．换向器与电刷未接触
B．启动时线圈恰好在平衡位置
C．磁体的磁性不够强
D．电源正负极接反了
【答案】B
【分析】通电线圈在磁场中受力转动，转到平衡位置的时候，线圈两边的受力刚好是一对平衡力。

线圈就没有了继续转动的动力。

处于静止状态。

用手拨动线圈，使线圈偏离平衡位置，受力而转动。

【解答】解：A、若此时换向器没有和电刷接触好，即该电路是断路，电路中没有电流，即电动机不可能工作，故即使拨动线圈也不会转动，故A错误；
B、启动时，线圈刚好处于平衡位置，线圈中无电流，线圈不受力的作用，但只要轻轻拨
动一下，电路中就会有电流，即线圈就会转动，故B正确；
C、磁体的磁性不够强，产生的磁力较小，即使拨动线圈，线圈也不会转动，故C错误；
D、若电源正负极接反了，电动机会反转，故通电后不会不转动，故D错误。

故选：B。

2．（2023•安徽模拟）如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动，现要加快线圈顺时针转动的速度，下列方法中可行的是（）。