《探究电动机转动原理》(分层练习)-2023-2024学年九年级下册物理同步精品课堂(沪粤版)解析版

17.2 探究电动机转动原理
一、选择题
1．如图直流电动机（已安装换向器）的两个不同时刻的工作原理图，下列分析正确的是（）
A．甲图导线ab和乙图导线cd电流方向相反，受力方向相反
B．从上往下看，线圈中电流方向都是逆时针方向
C．导线cd在这两个时刻电流方向相同，转动方向相同
D．导线ab在这两个时刻电流流向不同，受力方向不同
【答案】D
【解析】A．由图示可知，导线ab在甲图中电流方向是由b到a的，受力方向是竖直向下的，导线cd在乙图中电流方向是由c到d的，受力方向是竖直向下的，故A错误；
B．由图可知，从上往下看，线圈中电流方向都是顺时针方向，故B错误；
C．导线cd在甲图中电流方向是由d到c的，受力方向是竖直向上的，在乙图中电流方向是由c到d的，受力方向是竖直向下的，故C错误；
D．由图示可知，导线ab在甲图中电流方向是由b到a的，受力方向是竖直向下的，在乙图中电流方向是由a到b的，受力方向是竖直向上的，故D正确。

故选D。

2．如图所示，闭合开关，铜棒向右运动，为使开关闭合后铜棒向左运动，下列操作可行的是（）
A．换用更细的铜棒
B．将磁体的N、S极对调
C．向左移动滑动变阻器的滑片
D．将电源正、负极和磁体N、S同时对调
【答案】B
【解析】A．换用更细的铜棒，使电阻变大电流变小，但不能改变受力的方向，所以A错误，故A不符合题意；
B．将磁体的N、S极对调，磁场方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向左运动，所以B正确，故B符合题意；
C．向左移动滑动变阻器的滑片，只能改变电流的大小，不能改变电流的方向，所以C错误，故C不符合题意；
D．将电源正负极对调，同时将磁体磁极对调，影响磁场力方向的两个因素同时改变，则通电导体的受力方向不变，铜棒仍然向右运动，所以D错误，故D不符合题意。

故选D。

3．用如图的装置探究磁场对通电直导线的作用，给铝棒AB通电，观察到AB向右运动，要使AB通电后向左运动，下列做法中可行的是（）
A．仅换用磁性更强的磁体B．仅增加AB中的电流强度
C．仅将磁体的N、S极对调D．仅将铝棒AB换成铜棒
【答案】C
【解析】通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向有关；
A．换用磁性更强的磁体，不会改变运动方向，故A不符合题意；
B．增加AB中的电流强度，不会改变运动方向，故B不符合题意；
C．磁体的N、S极对调，只改变一个影响因素（磁场方向），受力运动方向改变，运动方向改变，故C符合题意；
D．将铝棒AB换成铜棒，不会改变运动方向，故D不符合题意。

故选C。

4．用如图所示的装置探究通电导线在磁场中的受力情况。

接通电源，发现导体ab向右运动；把电源正负极对调后接入电路，发现导体ab向左运动。

这个实验事实说明通电导线在磁场中受力（）
A．方向与电流方向有关B．方向与磁感线方向有关
C．大小与电流大小有关D．大小与磁场强弱有关
【答案】A
【解析】由题意可知：接通电源，发现导体ab向右运动，把电源正负极对调后接入电路，电流的方向改变了，发现导体ab向左运动。

说明通电导线在磁场中受力方向跟电流方向有关。

故A符合题意，BCD不符合题意。

故选A。

5．在直流电动机结构中，换向器的作用是（）
A．改变磁感线的方向
B．改变线圈的转动方向
C．改变线圈中的电流方向
D．使线圈中的电流方向和转动方向同时改变
【答案】C
【解析】根据物理常识可知，在直流电动机中，换向器的作用就是在线圈转动时，可以自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈能够持续转动，故ABD不符合题意，C符合题意。

故选C。

二、填空题
6．将两块磁铁分别吸在干电池的正负极上，使两个磁铁的N极都向外，构成了一个可以在平面上滚动的滚轮。

如图所示，将锡箔纸平铺在水平桌面上，再将滚轮轻轻放在锡箔纸上，由于锡箔纸具有性，滚轮立刻开始向前滚动。

滚轮能够滚动的原理是。

若让滚轮向相反的方向滚动，下列操作可行的是。

（可多选①仅将滚轮左右换个方向；②仅将电池正负极对调一下；③将两端磁铁的N、S极和电池的正负极均对调）
【答案】导电磁场对电流有力的作用①②
【解析】[1][2]将锡箔纸平铺在水平桌面上，再将滚轮轻轻放在锡箔纸上，由于锡箔纸是导体，容易导电，所以通过锡箔纸有电流，干电池在磁体的磁场中受力运动，所以滚轮立刻开始向前滚动。

[3]通电导体在磁场中的受力方向与电流的方向、磁场的方向有关，若让滚轮向相反的方向滚动，可以改变磁场的方向或电流的方向，即将滚轮左右换个方向或将电池正负极对调一下；若同时将两端磁铁的N、S极和电池的正负极均对调，则受力的方向不变，故可行的是①②。

7．下图装置是的工作模型，在工作过程中，起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过位置时，就自动改变线圈中的，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动，工作时它是把能转化为能。

【答案】电动机换向器平衡电流方向电机械
【解析】[1][2][3][4][5][6]根据图中可以知道通电线圈在磁场中受力转动，这是一个电动机的工作模型。

工作过程中，换向器起到关键作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，这样线圈受力就改变了，就可以连续转动。

工作时，电动机把电能转化为机械能。

8．指出下列常见器材的原理：
（1）电热器利用电流的原理：如电饭锅、电炒锅、电烙铁、电水壶、电暖气、电熨斗；
（2）电动机利用原理：如电风扇、排烟罩、洗衣机、剃须刀、动圈式扬声器；
（3）原理：发电机和动圈式话筒；
（4）原理：电铃、电磁起重机、电磁继电器、空气开关、电磁铁。

【答案】热效应通电导体在磁场中受力电磁感应现象电流的磁效应
【解析】(1)[1]电热器利用电流的热效应工作的。

(2)[2]电动机是利用通电导体在磁场中受力原理制造的，是电能转化为机械能。

(3)[3]电磁感应现象制成的发电机，是机械能转化为电能。

(4)[4]电流的磁效应制成的电铃用电器。

9．磁场方向不变，改变电流方向，受力方向；电流方向不变，改变磁场方向，受力方向；电流方向、磁场方向都改变，受力方向。

（均填“改变”或“不变”）
【答案】改变改变不变
【解析】[1][2][3]磁场方向和电流方向都对通电导线受力有影响，单纯改变任何一个，受力方向都改变即与原来受力方向相反，两个因素都改变，受力方向不变。

10．通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟的方向、的方向都有关，是根据这个原理制成的。

【答案】电流磁感线电动机
【解析】[1][2][3]通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向与磁场方向（也是磁感线方向）有关，与电流方向有关，根据这个原理制成了电动机。

三、实验题
11．如图所示进行“通电导线在磁场中受力运动”实验，回答下列问题：
（1）若想使ab的运动方向与原来方向相反，下列操作可行的是；
A．将导体棒ab对调
B．保持磁体不动，对调电源的正负极
C．电源的正负极和磁体的磁极同时对调
（2）通电导线在磁场中受力运动过程中的能量转化情况是；
（3）小明想要让导体棒ab运动的速度更快，以下实验改进方案可行的有。

A．换用更强磁性的磁体
B．换用更大电压的电源
C．换用更轻、导电性更好的导体棒
【答案】 B 电能转化为机械能ABC
【解析】（1）[1]A．将导体棒ab对调，通过导体的电流的方向不变、磁场方向不变，受力方向不变；故A 不符合题意；
B．保持磁体不动，对调电源的正负极，通过导体的电流的方向发生了改变，受力方向改变；故B符合题意；C．电源的正负极和磁体的磁极同时对调，电流方向、磁场方向同时发生了变化，受力方向不变；故C不符合题意。

故选B。

（2）[2]通电导线在磁场中受力运动过程中，消耗电能，将电能转化为机械能。

（3）[3]小明想要让导体棒ab运动的速度更快，可以增大电路中的电流（提高电源电压）、换用更强磁性的磁体、换用更轻、导电性更好的导体棒，故ABC正确。

故选ABC。

12．如图所示是研究电磁感应现象的实验装置，当移动导体棒ab左右运动时，能观察到电流计指针发生偏转．当导体棒ab在磁场中左右运动时，（选填“会”与“不会”），受到磁场对它的作用力．
【答案】会
【分析】据实验可知，通电导线在磁场中会受到力的作用；
【解析】在研究电磁感应现象的实验装置，当移动导体棒ab左右运动时，能观察到电流计指针发生偏转，即电路中就会产生电流，据通电导线在磁场中受力的作用可知，当导体棒ab在磁场中左右运动时，会受到磁场对它的作用力。

一、选择题
1．如图甲，磁场对导体的力F竖直向上，用F ab，F cd，F a'b'，F c′d′分别表示图乙丙中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a′b′、c′d′的力，则（）
A．F ab竖直向下，F cd竖直向下B．F ab竖直向上，F cd竖直向下
C．F a′b′竖直向上，F c′d′竖直向下D．F a′b′竖直向下，F c′d′竖直向上
【答案】D
【解析】AB．磁场力方向影响因素有：磁场方向和电流方向，已知甲图中磁场对导体的力F竖直向上，乙图中磁场方向与甲图一致，而导体ab电流方向与甲图相反，所以F ab方向竖直向下，导体cd电流方向与甲图一致，所以F cd方向竖直向上，故AB错误；
CD．磁场力方向影响因素有：磁场方向和电流方向，甲图中磁场对导体的力F竖直向上，图丙磁场方向与图甲相反，导体a′b′电流方向与图甲相同，所以F a′b′竖直向下，导体c′d′电流方向与图甲相反，所以F c′d′竖直向上，故C错误，D正确。

故选D。

2．图甲是USB迷你电风扇，下列装置中与它的核心部件（电动机）原理相同的是（）
A．司南B．电铃
C．麦克风D．扬声器
【答案】D
【解析】电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用而运动。

A．思南是利用地磁场指示南北方向的，故A不符合题意；
B．电铃通上电后，里面的电磁铁就具有磁性，是利用电流的磁性应工作的，故B不符合题意；
C．对着麦克风讲话，声波迫使里面的线圈振动，同时切割磁感线，产生感应电流，所以利用的是电磁感应原理，故C错误；
D．扬声器工作时，带有声音信息的电流通过磁场中的线圈时，线圈受到力的作用而运动，从而带动纸盒运动，利用的原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故D符合题意。

3．如图所示是某同学自制的玩具电动机，一块钕铁椭圆形磁铁吸在干电池底部，将一段裸露的铜线折成矩形线框，上边与电池正极接触，下边搭接在磁铁上，观察到线框顺时针转动，则（）
A．该过程中机械能转化为电能
B．线框左右两边所受磁场力方向相同
C．若仅调换电池两极，线框将逆时针转动
D．若仅调换磁铁两极，线框仍顺时针转动
【答案】C
【解析】A．该过程中电能转化为机械能，故A不符合题意；
B．左右两段导线周围的磁场方向不同，电流方向相同，所受磁场力方向不同，故B不符合题意；CD．若仅调换电池两极，电流方向改变，线框将逆时针转动，若仅调换磁铁两极，磁场方向改变，线框将逆时针转动，故C符合题意，D不符合题意。

故选C。

4．矩形铜线框在某磁场中的位置如图所示，ab、bc、ed和fe段都受到该磁场的作用力，下列哪两段受到该磁场的作用力方向相同（）
A．ab段与bc段B．ab段与ed段
C．ab段与fe段D．fe段与ed段
【解析】A．磁场的作用力方向与磁场方向和电流方向有关，由图可知磁场方向不变，由电路分析可知，ab 段与bc段的电流方向相反，所以ab段与bc段受到该磁场的作用力方向相反，故A不符合题意；
B．由电路分析可知，ab段与ed段的电流方向相同，所以ab段与ed段段受到该磁场的作用力方向相同，故B符合题意；
C．由电路分析可知，ab段与fe段的电流方向相反，所以ab段与fe段受到该磁场的作用力方向相反，故C 不符合题意；
D．由电路分析可知，fe段与ed段的电流方向相反，所以fe段与ed段段受到该磁场的作用力方向相反，故D不符合题意。

故选B。

5．如图所示是扬声器（喇叭）的结构图。

当扬声器的线圈中通入携带声音信息的时刻变化的电流时，线圈会在永久磁体的作用下带动锥形纸盆振动发声。

下列说法中正确的是（）
A．扬声器工作时是将机械能转化为电能B．扬声器工作时线圈中不会有电流
C．扬声器中的永久磁体不会对线圈有作用力D．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动
【答案】D
【解析】A．动圈式扬声器在工作过程中消耗了电能，把电能转化为机械能，故A错误；
B．动圈式扬声器工作时线圈会有地电流，故B错误；
C．当线圈中有电流通过时，扬声器中的永久磁体会对线圈有作用力，故C错误；
D．扬声器的工作原理是磁场对电流有力的作用，故D正确。

故选D。

二、填空题
6．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
【解析】[1]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。

[2]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。

7．如图所示是动圈式话筒（麦克风）和扬声器（喇叭）的构造示意图，当人对着话筒说话时，产生的声音使膜片及与之相连的线圈一起振动，线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音变化而变化的电流，变化的电流经放大器放大后通过扬声器的线圈，通电线圈就在磁场中来回振动，带动纸盆发出声音，扬声器就发出声音。

根据以上原理，请你思考并回答：
（1）图示装置的主要目的是为了改变声音的（选填“音调”、“响度”或“音色”）；
（2）话筒是一种把信号转化为信号的装置，它利用了原理；
（3）当扬声器中的线圈通过的电流方向如图所示时，线圈向左运动，那么当电流方向改变时，线圈将向运动，与扬声器原理相似的是（填“电动机”或“发电机”）。

【答案】响度声电电磁感应右电动机
【解析】（1）[1]动圈式话筒主要作用是扩大声音的振动幅度，扩大声音的响度。

（2）[2][3][4]当人对着话筒说话时，产生的声音使膜片及与之相连的线圈一起振动，线圈在磁场中的这种运动，能产生随着声音变化而变化的电流，将声信号转化成电信号。

其工作原理利用了电磁感应现象。

（3）[5][6]给动圈式话筒通电，线圈就会在磁场中受力的作用，其工作原理是通电导体在磁场中受力的作用，与电动机的工作原理相同。

线圈的运动方向与磁场方向和电流方向有关，磁场方向不变，电流方向改变时，线圈的运动方向改变，因此当扬声器中的线圈通过的电流方向如图所示时，线圈向左运动，那么当电流方
向改变时，受力方向改变，线圈将向右运动。

8．电动机是利用（选填“电流的磁效应”、“磁场对电流的作用”或“电磁感应现象”）工作的。

如图所示，如果要改变电动机的转动方向，可以通过改变线圈内电流的方向来实现，这个装置叫（填电动机的结构名称）。

图中的线圈所在的位置（选填“是”或“不是”）平衡位置，此时线圈由于
会继续转动，从而越过此位置。

【答案】磁场对电流的作用换向器是惯性
【解析】[1]电动机里是线圈，工作特点是当给电动机通电时，电动机就会转动，电动机是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理制成的，即电动机是利用磁场对电流的作用工作的。

[2]电动机的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，该装置能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。

[3][4]当线圈转至图中所示位置时，线圈上下两个边所受的两个力大小相等、方向相反、在同一直线上，所以这两个力属于平衡力，是平衡位置；线圈由于具有惯性，会继续运动，从而越过平衡位置。

9．当电流通过灯丝，白炽灯的灯丝就会发热发光。

小明向同学介绍自己观察白炽灯的新发现：将强磁体靠近通电白炽灯的灯丝，如图所示，可以观察到灯丝晃动。

你认为小明的发现是（填“真的”或“假的”），支持你观点的理由是：。

【答案】真的详见解析
【解析】[1][2]通电导体在磁场中受力运动，导体的受力方向与磁场方向和电流的方向都有关，所以将强磁体靠近通电白炽灯的灯丝，因灯泡中有电流通过，并且是交流电，所以灯丝会受到磁场力的作用，并且受力的方向在时刻改变，灯丝会抖动，故小明的发现是真的。

10．如图所示，某综合实践小组用一段漆包线绕成线圈abcd，用小刀刮去两端的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮去半周。

把线圈放在用硬金属丝做成的支架mn上，并按图示连接电路。

闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就开始转动。

若将电源的正负极对调，则线圈的转动方向与原来（选填“相同”或“相反”），原因是；若在开关和电源之间串联一个电阻，线圈的转速将（选填“变快”“不变”或“变慢”）。

【答案】相同线圈中的电流方向和磁场方向同时变为原来的反方向，受力方向不变变慢【解析】[1][2]由图可知，线圈可以转动，是因为通电线圈在磁场中受到力的作用，若将电源的正负极对调，线圈中的电流方向和电磁铁产生的磁场方向同时变为原来的反方向，线圈的受力方向不变，故线圈的转动方向与原来相同。

[3]若在开关和电源之间串联一个电阻，由欧姆定律可知，通过线圈的电流将变小，线圈受到的力变小，线圈的转速将变慢。

三、实验题
11．小郑使用电流表测量小灯泡的电流，连接的实验电路如图甲所示。

（1）如果不能估计电流大小，他应把导线a接到电流表标有（选填“-”、“0.6”或“3”）的接线柱上，通过开关来试触并观察；
（2）闭合开关后，他观察到小灯泡正常发光，而电流表指针偏转角度很小，对于该现象，下列分析合理的
是。

A．可能某处导线断了B．可能电流表烧坏
C．电流表的量程过大D．电源的电压过低
（3）某次测量中，小郑不小心将电流表的正、负接线柱接反了，造成表的指针反向偏转，为弄清原因，他查看了说明书，表头结构示意图如图乙，他作出如下分析：当反接时，电流方向改变，磁场对通电线圈的作用力方向改变，带动指针反偏，你认为小郑的上述分析（选填“有”或“没有”）道理。

【答案】 3 C 有
【解析】（1）[1]如果不能估计电流大小，为了不损坏电流表，应先选择电流表的大量程进行试触，即把导线a接到电流表标有3的接线柱上，通过开关来试触并观察。

（2）[2]闭合开关后，小灯泡正常发光，则说明电路处于通路状态，而电流表指针偏转角度很小，则原因可能是电流表的量程过大，故ABD不符合题意，C符合题意。

故选C。

（3）[3]通电导线在磁场中的受力方向与磁场和电流的方向均有关，当反接时，磁场的方向不变，而电流的方向相反，故此时通电线圈在磁场中的受力方向相反，带动指针反偏，故小郑的上述分析有道理。

12．小娟为了弄清电动机的工作原理，做了如下实验；
（1）她利用图所示装置探究磁场对通电导体的作用，为了使实验顺利进行，导体棒ab应选用（选填“铁棒”或“铜棒”）；
（2）闭合开关时，发现导体棒ab向右运动，若只对调磁体两极，再次闭合开关，观察到导体棒ab将向左运动，说明磁场对通电导体的作用力的方向与方向有关，这一过程中电能主要转化为能；（3）将导体棒换成线圈放入磁场中，如图甲所示，闭合开关，线圈中的电流方向是从a至b，此时a边受到磁场对它竖直向上的力，使线圈顺时针转动，当线圈转至如图乙所示的位置时，ab边中电流方向发生改变（选填“会”或“不会”），此时ab边所受磁场对它作用力的方向不变，力会阻碍线圈继续转动；
（4）为使电动机的线圈能持续转动，在如图甲所示结构的基础上加上两个半铜环，用电刷与铜环接触，如图丙所示。

当线圈转至图丙所示的位置时，电流方向从a至b，ab边所受磁场对它作用力方向竖直向上，线圈转至图丁所示的位置时，ab边中电流方向从，ab边所受磁场对它作用力的方向，从而使得线圈能够持续转动，所加的这个结构称为。

【答案】铜棒磁场机械不会从b到a竖直向下换向器
【解析】（1）[1]因为铜的导电性比铁好，所以探究磁场对通电导体的作用时，用铜棒的实验效果更明显，有助于实验探究。

（2）[2]实验中，只改变磁场方向，导体棒的运动方向反向，所以可以推出磁场对通电导体的作用力的方向与磁场方向有关。

[3]电流通过导体棒，导体棒在磁场力作用下发生运动，获得机械能，将大部分电能转化为机械能，还有部分电能转化为内能。

（3）[4]图甲和乙中，电源正极和线圈a点相连，电源负极和线圈d点相连，所以图甲和乙中，线圈中电流方向始终是从a至b至c至d。

（4）[5]图丁中，电源正极和线圈d点相连，电源负极和线圈a点相连，电路中电流方向是从d至c至b至a。

[6]整个过程中磁场方向没变，当电流从a至b，a边受到磁场对它竖直向上的力，则当电流从b至a，a边受到磁场对它竖直向下的力。

[7]要实现线圈持续向一个方向转动，所以线圈每转动90°就要改变线圈中电流方向，这就靠图丙和丁中的两个半铜环来实现，我们将这两个半铜环称之为换向器。

四、综合题
13．电动清扫车以其环保高效等优点，在创建卫生城市中大显身手。

图为一电动清扫车正在工作时的情景。

（1）电动清扫车的主要部件是电动机，其工作原理是；清扫过程中，驾驶员相对于清扫车是（选填“静止”或“运动”）的；
（2）清扫车停在水平路面上，总质量为800kg，清扫刷与路面不接触，轮胎与路面总接触面积为0.04m2，
车对路面的压强为多少？g 取10N/kg ；( )
（3）清扫车完成任务后，在平直道路上以5m/s 的速度匀速直线行驶，经10min 到达垃圾处理站，行驶过程中车所受阻力大小恒为400N ，则牵引力做的功为多少？( )
【答案】 通电导体在磁场中受到力的作用 静止 5210⨯ 61.210⨯
【解析】（1）[1][2] 电动清扫车的主要部件是电动机，是将电能转化为机械能，通电导体在磁场中受到力的作用；驾驶员与清洁车一起运动，故相对于清洁车，驾驶员的位置没有发生变化，故相对于清洁车是静止的。

（2）[3] 车对路面的压强为
52800kg 10N/kg ==210Pa 0.04m
F mg P S S ⨯==⨯ 则车对路面的压强为5210Pa ⨯。

（3）[4] 清扫车行驶的路程为
=5m/s 1060s=3000m s vt =⨯⨯
牵引力做的功为
6==400N 3000m=1.210J W Fs ⨯⨯
则牵引力做的功为61.210J ⨯。

14．新能源纯电动汽车因其环保、节能、高效等诸多优势，已逐渐成为人们重要的交通工具之一。

2021年
民族企业比亚迪，以584020辆的全年销量占领新能源厂商销量排行榜榜首，如图为比亚迪一款纯电动车。

（1）电动汽车在行驶时，主要将电能转化为 能；电动机的工作原理是： 。

（2）若电动汽车工作时电动机最大功率为160kW ，工作电压为320V ，求电动机工作时最大电流是多少？
( )当电动机以最大功率工作20min ，若电能转化为机械能的效率为90%，则转化为机械能多少J ？
( )
（3）若某燃油汽车输出相同的机械能，其能量转化率为30%，则需要消耗的汽油为多少kg ？（q 酒精＝。