16.4安装直流电动机模型

16.4安装直流电动机模型
1．研究电动机的工作过程。

（1）电动机的工作原理是磁场对有力的作用。

如图甲所示，线圈左右两边框ab和cd的受力方向相反，其原因是。

线圈从图示位置再转动度后将恰好到达平衡位置，并最终停在该位置。

（2）图乙中的线圈可以持续转动，是因为它加装了，该装置能在线圈（选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的方向，线圈平面转到平衡位置时，线圈中（有/无）电流。

【答案】（1）通电线圈电流方向不同90 （2）换向器刚转过电流无
【解析】（1）[1]电动机的工作原理是磁场对通电线圈有力的作用。

[2] 线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关，甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，是因
为两侧的电流方向不同。

[3]当线圈从图示位置再转动90度后，线圈将恰好达到平衡位置，此时受力平衡，最终会停在该位置。

（2）[4] [5] [6]乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。

[7] 换向器中间有缺口，线圈平面转到平衡位置时，电路是断路，线圈中无电流。

2．电动机在现代生产、生活中有广泛的应用。

（1）如图所示是电动机原理图，将通电线圈abcd置于中，线圈的ab、cd边受到磁力的作用，使线圈转动起来。

（2）某电动车是利用电动机来驱动车轮转动的，遇到障碍时，只要按下倒车开关就能改变线圈中来实现倒车。

【答案】（1）磁场（2）电流的方向
【解析】（1）[1]将通电线圈abcd置于磁场中，线圈的ab、cd在磁场中受到磁力的作用，ab、cd的受力方向相反，使得线圈转动起来。

（2）[2]某电动车是利用电动机来驱动车轮转动的，遇到障碍时，磁场的方向不变，只要按下倒车开关就能改变线圈中电流的方向，从而改变磁场力的方向，来实现倒车。

3．如图，使线圈位于两磁极间并接入电路中（方框A内元件没有画出），如果图甲是电动机模型，则方框A内应该接入的元件是（选填“电源”或“用电器”）。

接好元件后，如果图甲中ab段导线受磁场力的方向向上，请画出此时cd段导线所受磁场力的方向。

【答案】电源见解析图
【解析】[1]图甲中是电动机，电动机利用的是通电导线在磁场中受力运动的原理，即电路中需要电源，所以方框A内应该接入的元件是电源。

[2]图甲中ab的受力方向是向上的，由于磁场方向不变，cd中的电流的方向与ab中的电流的方向相反，
则受力的方向也相反，即是竖直向下的，如图所示：
4．如图所示为小华同学探究“让线圈转起来”的实验装置图，若将线圈两端的绝缘漆全部刮去，线圈始终都在做来回摆，其原因是。

小华正确处理后，线圈将能持续转动，其中半圈是由于而转动，另半圈是由于而转动。

若在电源和开关之间接一灯泡，则在线圈转动的过程中，灯泡最明
显的特征是。

【答案】电流方向不变受力惯性一亮一灭
【解析】[1]图中电源为直流电源，将线圈与电池接通后，线圈上下两段导体受力接近平衡，电流的方向不改变，导致线圈中电流方向不变，使线圈转过平衡位置后转动方向改变，受到的磁场力会阻碍线圈的转动，使线圈始终都在做来回摆。

[2] [3]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。

[4]若在电源和开关之间接一灯泡，在线圈转动的过程中，由于一半有电流，一半没有电流，所以灯泡会
一亮一灭。

5．某个LED灯发光的颜色与通过其电流方向的关系如图1。

该LED灯在两次实验中发光情况如图2所示，两次实验线圈均在转动。

线圈1顺时针转动，由此可知线圈2 （填“顺时针”或“逆时针”）转动。

【答案】顺时针
【解析】由图2可知，与线圈1串联的LED发红光，说明与B连接的接线柱是电源的正极；与线圈2串联的LED发黄光，说明与B连接的接线柱是电源的负极，但由于此时磁极也发生了变化，因此线圈2仍然顺时针转动。

6．如图为某同学制作的一种直流电动机模型，他用漆包线绕成一个矩形线圈，将线圈两端的导线拉直作为转动轴，用小刀将一端全部漆皮刮去，另一端只去上半周漆皮将线圈放在支架上，永磁体放在线圈正下方。

（1）如此刮漆，可以使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”）。

从而使线圈持续转动；
（2）若要改变电动机的转向，可采取的措施是（填一种方法）；
（3）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，多次拨动线圈位置，现象都一样，你认为可能的原因是。

【答案】（1）切断线圈中的电流（2）改变电流方向（或改变磁场方向）（3）磁场太弱，这时可进行的有效尝试是换用较强的磁场
【解析】（1）[1]将线圈两端的导线拉直作为转动轴，用小刀将一端全部漆皮刮去，另一端只去上半周漆皮将线圈放在支架上，作用是当线圈刚转过平衡位置时，切断线圈中的电流，线圈由于惯性转过另半圈，保证了线圈持续的转动下去。

（2）[2]要改变电动机的转动方向，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。

（3）[3]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，因此可以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。

7．电动机是利用（选填“电流的磁效应”或“磁场对电流的作用”）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。

[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。

8．如图，创新小组自制小小电动机：用硬金属丝制作两支架m、n，固定在木板上；把一段粗漆包线绕成矩形线圈abcd，漆包线的两端伸出作为引线，用小刀刮两端引线的漆皮，左端全部刮掉，右端只刮上半周或下半周，将引线放在支架上；用另一段漆包线绕在铁芯上制作电磁铁，置于线圈之下。

把线圈和电磁铁按图示接入电路，闭合开关，用手轻推一下，线圈就会不停地转下去。

（1）引线上的漆皮要刮掉，原因是漆皮属于。

（2）线圈abcd与电磁铁的连接方式是联；电磁铁外部的磁场与条形磁体的磁场相似，电磁铁上端的磁极是极。

（3）线圈转动一周时，只有半周获得了动力，要靠转过另半周。

（4）若把电池正负极对调，闭合开关，线圈的转动方向将（改变/不变）。

【答案】（1）绝缘体（2）并条形S （3）惯性（4）不变
【解析】（1）[1]漆皮不容易导电，属于绝缘体。

（2）[2]线圈abcd与电磁铁分别接在电源两极，有独立的电流路径，连接方式是并联。

[3]电磁铁外部的磁场与条形磁体的磁场相似。

[4]电流从电源正极流出经下后方流入电磁铁，由安培定则可知，下方为N极，则上端的磁极是S极。

（3）[5]线圈转动一周时，只有半周获得了动力，另一半依靠线圈的惯性继续转动。

（4）[6]电动机的转动方向与磁场方向和电流方向有关，若把电池正负极对调，闭合开关，线圈的电流方向改变，而磁场方向改变，转动方向将不变。

9．小明做“装配直流电动机模型”实验，并检验安装的电动机模型能否正常工作：
（1）在安装该模型时要按照的顺序安装。

（填“由外向内”或“由内向外”）
（2）为了使组装的电动机模型能够正常运转，在安装时还应注意以下几点，其中正确的是。

（填符号）
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
（3）小明把安装好的电动机、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若开关闭合，线圈不转，用手轻轻一拨，线圈就转动起来，则原来线圈不转的原因是。

【答案】（1）由内向外（2）ABC （3）①见解析图②线圈处于平衡位置
【解析】（1）[1]在安装该模型时要按照由内而外的顺序安装。

（2）[2]为了使组装的电动机模型能够正常运转，安装时要注意：要尽量减小轴与轴架之间的摩擦；电刷与换向器的接触松紧要适当；不要使各元件因安装不当而产生形变；每一只固定螺钉均应拧紧；故ABC 正确、D错误。

（3）①[3]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，则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，如图所示：
②[4]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。

10．你肯定见过，风扇通电后的转速是由慢逐渐变快的。

那么你猜在这个过程中，通过风扇内电动机的电流会不会变化呢？如果转动中的风扇因为受到阻碍而停止，通过风扇内电动机的电流又会如何变化？会带来什么后果呢？让我们做一个简单的实验吧。

如图，把一个玩具电动机。

一个小灯泡和电池串联起来。

接通电路后，电动机便开始由慢到快转动起来。

这时我们会发现，刚通电时，电动机转速还较慢，灯泡最亮。

而随着电动机转速变快，灯泡则逐渐变暗了。

并且当电动机转得最快时，灯泡也最暗。

怎么样，你一定觉得很新奇有趣吧？那么现在让我们一起来动动脑筋，请你根据上述现象分析回答下列问题：
（1）电动机工作时的能量转化是。

（2）在图示的电路中，如果用手指捏住玩具电动机的转轴使其转动变慢最后完全停下来，灯泡的亮度将，通过电动机的电流将。

（填“变大”、“变小”或“不变”）
（3）家用电风扇的主要部分就是电动机。

如果转动中的电风扇受到外物阻碍，（如有衣服被吸到扇页上）而无法转动，可能会导致火灾的发生。

请你简要分析其中的原因。

【答案】（1）机械能（2）变亮变大（3）风扇停转后，由于电动机线圈的电阻不变，但电流增大，根据焦耳定律可知，相同时间内产生的电热会大幅度增加，进而引发火灾
【解析】（1）[1]电风扇工作时，利用电流的磁效应，使风扇转动的，将电能转化成机械能。

（2）[2] [3]由刚通电时，电动机转速还较慢，灯泡最亮；电动机转速变快，灯泡则变暗可知，电动机转速变慢最后完全停下来，灯泡亮度会变亮，表明电路中的电流变大。

（3）[4]如果转动中的电风扇受到外物阻碍，而无法转动风扇，停转后，由于电动机接入电路的是线圈，线圈的电阻不变，所以电流会增大，根据焦耳定律可知，相同时间内产生的电热会大幅度增加，进而引发火灾。

11．小明把安装完成的直流电动机模型接入如图所示的电路中，闭合开关并调节滑动变阻器，电动机正常转动。

若要改变电动机转动方向，下列做法中无效的是（）
A．只对调电源的正、负极
B．只对调磁体的N、S极
C．同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极
D．只把导线①改接G、F点，导线②改接C、E点
【答案】C
【解析】A．只对调电源的正、负极，电流的方向发生了改变，受力运动方向改变，电动机转动方向改变，故A不符合题意；
B．将蹄形磁体的N、S极对调，磁场的方向发生了改变，受力运动方向改变，电动机转动方向改变，故B不符合题意；
C．同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极，电流方向改变，磁场方向改变，不会改变运动方向，电动机转动方向不变，故C符合题意；
D．导线①改接G、F点，导线②改接C、E点，线圈中的电流的方向发生了改变，受力运动方向改变，电动机转动方向改变，故D不符合题意。

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
【解析】AB．由图可知，电流从螺线管的左端流入、右端流出，由安培定则可知，通电螺线管EF 的E 端为N极、F端为S极，通电螺线管PQ的P端为N极、Q端为S极，故AB错误；
CD．若只将电源的正负极对调，则电流的方向发生改变，两个螺线管的磁极的方向也发生了改变，即线圈所处磁场方向改变，则受到的磁场力的方向不改变，线圈转动方向会与原来的转动方向相同，即顺时针转动，故C正确，D错误。

13．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．电动机是利用电流的磁效应工作的装置
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
【解析】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。

14．如图所示，小明同学在实验室装配电动机模型时，正确连接电路后闭合开关，发现电动机并没有如期转动起来，于是他做了以下调节：①向左移动滑动变阻器滑片；②调节线圈的初始位置；③更换电压更大的电源；④改变电源的正负极；⑤改变磁场方向。

你认为他可能使电动机转动起来的操作是（）
A．①②③B．①③④C．③④⑤D．①④⑤
【答案】A
【解析】①向左移动滑动变阻器滑片，滑动变阻器接入电路的电阻变小，总电阻变小，根据欧姆定律可知，通过电动机的电流增大，可以增大磁场力，可以到达目的；
②当线圈初始位置在平衡位置时，线圈不能转动，调节线圈的初始位置，可以到达目的；
③更换电压更大的电源，可以增大电路中的电流，增大磁场力，可以到达目的；
④改变电源的正负极，可以改变线圈转动的方向，无法改变磁场力的大小，不能到达到目的；
⑤改变磁场方向，可以改变线圈转动的方向，无法改变磁场力的大小，不能到达到目的。

综上所述：①②③符合题意，故A符合题意、BCD不符合题意。

15．电动机在生活中运用广泛，如图所示为电动机工作原理图，由图甲转到图乙位置，想要让线圈继续转动半圈，以下操作一定不可行的是（）
A．断开开关B．将磁极对调
C．将电源正负极对调D．增大电源电压
【答案】D
【解析】由图甲转到图乙位置，想要让线圈继续转动半圈，由于图中没有换向器，不能及时改变线圈中电流方向，要能继续转动，可以断开开关，利用线圈的惯性继续转动，也可以改变对调磁极或电源正负极，使得线圈的受力方向改变，继续转动，因而增大电源电压，电流增大，反向的作用力增大，不能继续转动，故D符合题意，ABC不符合题意。

16．若把直流电动机的换向器去掉，当线圈转过平衡位置时，则（）
A．线圈按原方向一直转下去
B．线圈立即反转
C．线圈立即停止转动
D．线圈来回摆动一段时间后停下
【答案】D
【解析】把直流电动机的换向器去掉，线圈转过平衡位置时，电动机的磁场方向保持不变，电流方向不变，线圈受力方向不变，线圈由于惯性转过平衡位置后，将会再反转，线圈将在平衡位置附近左右摆动，故ABC不符合题意、D符合题意。

17．在安装直流电动机模型时，闭合开关，发现电动机不转，若轻推一下线圈，电动机马上就开始正常转动，则一开始不转的原因可能是（）
A．磁体的磁性不强
B．电刷与换向器之间摩擦太大
C．电刷与换向器之间接触不良
D．线圈开始时恰好处于平衡位置
【答案】D
【解析】A．若是磁铁的磁性不强，即线圈所受的磁场力小于摩擦力，即使我们轻推一下，电动机也不会转动，故A不符合题意；
B．若是电刷与换向器之间的摩擦太大，即磁场力不能克服摩擦力，即使我们轻推一下，电动机也不会转动，故B不符合题意；
C．电刷与换向器之间接触不良，即使推一下，电路中无电流，线圈不会转动，故C不符合题意；
D．当线圈开始时恰好处于平衡位置，线圈中没有电流通过，磁场对其没有作用力，电动机不会转动，若
轻推一下线圈，线圈转到非平衡位置，线圈就转动起来，故D符合题意。

18．如图所示，将直流电动机模型、电源、滑动变阻器、开关串联起来，闭合开关后线圈顺时针转动。

现要使线圈以更快的速度逆时针转动，下列方法可行的是（）
A．同时对调磁极和电源正负极，并将滑动变阻器的滑片向左移动
B．只对调磁极或电源正负极，并将滑动变阻器的滑片向左移动
C．同时对调磁极和电源正负极，并将滑动变阻器的滑片向右移动
D．只对调磁极或电源正负极，并将滑动变阻器的滑片向右移动
【答案】B
【解析】AC．同时对调磁极和电源正负极，线圈的转动方向不变，故AC不符合题意；
BD．只对调磁极或电源正负极，线圈的转动方向改变，将滑动变阻器的滑片向左移动，滑动变阻器接入电路中的电阻变小，电路中电流变大，线圈转速加快，将滑动变阻器的滑片向右移动，滑动变阻器接入电路中的电阻变大，电路中电流变小，线圈转速变慢，故B符合题意、D不符合题意。

19．在物理实验课上，小明想观察直流电动机的工作情况，将其接入电路，各部分连接无误。

闭合开关后发现电动机却不工作，他用手推一下线圈后，直流电动机模型仍不能转动。

其原因不可能的是（）A．电源电压太低
B．磁铁磁性太弱
C．线圈刚好处于平衡位置
D．电刷与换向器之间摩擦力太大
【答案】C
【解析】A．电源电压太低，电路中电流太小，可能会造成线圈不转，故A不合题意；
B．磁铁磁性太弱，会造成线圈在磁场中受力过小，可能会造成线圈不转，故B不合题意；
C．线圈刚好处于平衡位置时，如果用手推一下线圈后，线圈受力不再平衡，它应该可以转动，但此题中线圈仍不能转动，说明这不是真正的原因，故C符合题意；
D．电刷与换向器之间摩擦力太大，造成线圈受到磁场的力无法驱动线圈，可能会造成线圈不转，故D不合题意。

20．图（a）是直流电动机模型（主要部件见文字说明），图（b）是自制简易电动机模型。

现在主要讨论图（b）简易电动机的制作与操作问题：
（1）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，刮漆方法见图（b）中的放大图。

按这种方法刮漆，目的是使线圈能够，因此，这一部位就相当于图（a）中的（填某一部件的名称）。

（2）若整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，则此时应做哪些尝试？（说出一点即可）。

（3）通电后线圈能转动，若要改变转动方向，可采取的做法是：①；②。

【答案】（1）连续转动换向器（2）推一下线圈（3）①改变电流方向②改变磁场方向
【解析】（1）[1]漆是绝缘体，刮去以后，线圈中就会有电流，只有当线圈中有电流时，线圈才会受力发生转动，所以刮漆的目的是使线圈能够导电。

[2]采用刮漆和使用换向器的目的是相同的，都是为了使线圈能够持续的转动下去，所以这一部位相当于
电动机中的换向器。

（2）[3]电动机不转动的原因可能是在通电前线圈刚好处于平衡位置，所以可以试着用手拨动一下线圈，看线圈能否转动起来；电动机不转动的原因还有可能是因为线圈受力太小，而造成线圈受力太小的原因可能是线圈中电流太小或磁体磁性较弱，所以应试着增大电源电压或换一块磁性更强的磁体。

（3）[4][5]通电线圈在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向都有关系，所以要想改变线圈的转动方向，可以采取只改变电流方向或只改变磁场方向。

21．按下表进行实验，将结论填入表中。

实验次数实验条件现象与结论
第一次磁体的磁极位置不变，对调电源两极改变电流方向，线圈转动方向改变
第二次电源两极不变，对调磁体的磁极改变磁感线方向，线圈转动方向改变
第三次移动滑动变阻器的滑片电阻增大电流减小，线圈转动变慢线圈中的电流由小变
大，线圈转速由慢变快
电阻减少电流增大，线圈转动变快
直流电动机线圈的转动方向与、有关。

直流电动机线圈的转动速度与、有关。

【答案】电流方向磁场方向电流大小磁场强弱
【解析】[1]根据第一次实验可知，磁体的磁极位置不变，对调电源两极，电流方向发生了变化，线圈转动方向发生了改变，这说明线圈的转动方向与电流方向有关。

[2]根据第二次实验可知，电源两极不变，对调磁体的磁极，磁场方向发生了变化，线圈转动方向发生了
改变，这说明线圈的转动方向与磁场方向有关。

[3]根据第三次实验可知，移动滑动变阻器的滑片，通过电动机的电流发生了变化，线圈转速发生了变化，
这说明电动机线圈的转动速度与电流大小有关。

[4]电动机线圈的转动速度还与磁场的强弱有关，在电流相同时，磁场越强，转速越快。

22．项目学习小组实验发现，装在筒内的电动机带动风叶转动时，电动机转动方向改变，气流方向也改变，如图甲所示。

于是想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”：既能收集书桌上的小纸屑，又能吹风纳凉。

他们制定的产品评价表如下。

评价指标评价等级
优秀合格待改进指标一能吸纸屑、吹风且风速可调能吸纸屑、吹风，风速不可调只能吸纸屑或只能吹风
指标二吸纸屑后，吹风时无纸屑吹出吸纸屑后，吹风时有部分纸屑
吹出吸纸屑后，吹风时全部纸屑吹
出
小组同学设计如图乙电路，利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型，其工作原理示意图如图丙。