人教版九年级物理 专题20.4 电动机 导学案 (解析版)

人教版九年级第二十章电与磁第4节《电生磁》导学案【学习目标】1．知道磁场对通电导体有力的作用，知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关；2．知道直流电动机的原理和主要构造；3．了解直流电动机的优点及其应用。

【学习重点】1．电动机的工作原理。

2．直流电动机的能量转化。

【学习难点】电动机能够持续转动的原因和换向器的作用。

【自主预习】1.磁场对通电导线的作用通电导体在磁场中受到力的作用，力的方向跟_磁场的方向和电流的方向有关。

如果这两者其中之一的方向改变，则力的方向改变；如果两者的方向同时改变，则力的方向不变。

2．电动机(1)电动机原理及构造：电动机是利用通电线圈在磁场中受力而转动的原理制成的。

电动机由两部分组成：能够转动的转子和固定不动的定子。

为了使电动机能持续转动，电动机上用到换向器,当线圈刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。

(2)电动机是把电能转化成机械能的机器。

【合作探究】探究一：磁场对通电导线的作用复习：磁体间通过磁场会发生力的作用，奥斯特实验中，电流的磁场会对小磁针发生力的作用，反过来，磁体的磁场会不会对通电导体产生力的作用？1.问题：磁场对通电导体是否有力的作用2.实验方法：(1)磁力是看不到、摸不着的,所以在实验中是利用转换法,根据导体是否运动判断导体的受力情况。

(2)通电导体的受力方向可能与多个因素有关,在探究时,需利用控制变量法。

3．实验设计：(1)探究通电导体受力方向与电流方向的关系：需控制磁体磁场方向不变,改变电路中的电流方向。

可以通过调换电源正负极改变电流方向。

(2)探究通电导体与磁场方向的关系：需控制电流方向不变,改变磁体的磁场方向。

可以通过对调N、S极,改变磁体的磁场方向。

4.实验步骤(1)如图甲所示，把导体ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察，它运动（选填“运动”或“不运动”“）结论：通电导体在磁场中受到力的作用。

甲乙丙(2)如图乙所示，把电源的正负极对调后接入电路，使通过导线ab的电流方向与原来相反，观察导线ab的运动方向改变(选填“改变”或“不改变”“）结论：磁场方向一定时,电流方向相反,导体受力方向相反；(3)如图丙所示，保持导线ab中原来电流的方向不变，但把蹄形磁体上下磁极调换一下，使磁场方向与原来相反，观察导线ab的运动方向改变(选填“改变”或“不改变”“）结论：电流方向一定时,磁场方向相反,导体受力方向相反。

(4)如果导线ab中电流的方向和磁感线的方向都相反，观察导线ab的运动方向与原来相同还是相反？相同结论：当通电导线中的电流方向和磁感线的方向都变得相反时，通电导线的受力方向不变。

总结：通电导线在磁场中要受力，受力的方向跟磁场的方向、电流的方向有关。

当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也相反。

该现象中把电能转化成了机械能。

(5)知识拓宽：并不是所有的通电直导线在磁场中都受到力的作用，当通电直导线与磁感线方向平行时，此时通电的直导线不受力的作用。

(6)如果把一个通电的线框放到磁场中，观察它会怎样运动呢？演示实验：把线圈放在磁场中，接通电源，观察它的运动情况。

①实验表明：通电线圈在磁场中受力转动。

利用这个原理我们制作出了电动机。

②线圈为什么不能持续转动？甲乙丙如图甲：闭合开关，同一个磁场中，由于线圈线框的ab边和cd边导线中的电流的方向是不一样的，所以它们受到方向相反的力，但不在一条直线上，所以会顺时针转动起来。

当线框转到如图乙的位置时，由于线圈ab边和cd边上下两个边受力大小相等，方向却相反，且在一条直线上，是平衡力，此时线圈受到的力不能使线圈继续转动，这个位置是线圈的_平衡位置，在该位置，线圈平面与磁感线方向是垂直的（选填“垂直、平行”）。

线圈到达平衡位置以后，不会马上停止，由于惯性会越过平衡位置。

转到如图丙：当线圈越过平衡位置以后，线圈受到的力使它逆时针转动。

受到的力要阻碍线圈的转动，所以线圈不能连续转动。

想想做做让线圈转起来把一段粗漆包线绕成3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出3cm。

然后，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。

用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。

两个支架分别与电池的两极相连。

(1)将漆包线一端的漆层全部刮掉,另一端的漆层只刮去半周,接通电路,观察线圈的转动情况。

线圈能(选填“能”或“不能”)持续转动。

(2)线圈能连续转动的原因：线圈的左端绝缘漆全刮掉，右端只刮掉绝缘漆的半周，利用惯性转过平衡位置后，在后半周，右端和没有刮掉绝缘漆的部分接触，电路中没电流，不受力的作用，一直再转到和原来位置一样，线圈沿着原来的方向转下去。

这就是一台小小的电动机。

(3)在“小小电动机”中我们只利用了一半的电力，也就是线圈每转一周，只有半周获得动力.如果设法改变后半周电流的方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力地转动下去.实际的直流电动机是通过换向器来实现这项功能.问题：要想让线圈在磁场中不断的转动下去，我们就要想办法在线圈刚刚转过平衡位置时，就改变线圈中两条边的受力方向。

怎么改变受力方向？解决方案：通电导线在磁场中受力方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关；当电流方向、或者磁感线方向发生改变时，通电导体受力方向也发生改变．而换向器的作用就是：每当线圈转过平衡位置时，自动改变通入线圈中的电流的方向，使线圈连续转动。

探究二：电动机的基本构造1.电动机的原理：利用通电线圈在磁场里受力而转动的原理制成；2. 直流电动机：利用直流电源供电的电动机叫做直流电动机；3. 基本构造：能够转动的线圈，叫做转子；固定不动的磁体，叫做定子；4.换向器：.实际的直流电动机是通过换向器来实现持续转动的；(1)换向器的构造:两个铜半环E和F跟线圈两端相连,它们彼此绝缘并随线圈一起转动.A和B是电刷,它们跟半环接触,使电源和线圈组成闭合电路(2)作用：每当线圈刚转过平衡位置时,换向器在电刷的配合下,能自动改变线圈中的电流方向,使线圈持续转动下去。

5.直流电动机的工作过程：电刷B和半环E接触，电刷A和半环F接触，此时线圈中电流方向是a→b→c→d，受力方向是ab边受力向上，cd边受力向下，线圈的转动方向是顺时针。

当线圈转到平衡位置时，此时电刷正好接触了两个金属半环中间的绝缘部分，所以线圈中没有电流流过，此时线圈在磁场中也不受力的作用。

当线圈由于惯性刚刚转过平衡位置时，电刷B和半环F接触，电刷A和半环E接触，此时线圈中电流方向是d→c→b→a，受力方向是ab边受力向下，cd边受力向上，转动方向是顺时针。

就又返回到了如图甲所示的情况了，这样这个直流电动机就能连续不断的转动下去了。

6．从能量的角度看，电动机通电时转子转动，电能转化为机械能；(1)优点：构造简单、控制方便、效率高、无污染等。

(2)应用：机床、电车、电力机车等科学世界扬声器是怎样发声的1.作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。

2.结构：线圈(电磁铁部分)、永久性磁体(原来的磁场)、锥形纸盆(振动从而产生声音)。

3.原理：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，它也会产生变化的磁场，使得它在一瞬间和下一瞬间受到不同的力，于是带动纸盆振动起来，发出了声音。

【精讲点拨】1.通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向有关。

（当电流方向或磁感线方向两者中的一个发生改变时，力的方向也随之改变；当电流方向和磁感线方向两者同时都发生改变时，力的方向不变。

）当通电导线与磁感线垂直时，磁场对通电导线的力最大；当通电导线与磁感线平行时，磁场对通电导线没有力的作用。

2．理解换向器的作用当线圈转到线圈平面与磁感线方向垂直时（这个位置是线圈的平衡位置），两个电刷刚好接触两半环间的绝缘部分，线圈由于惯性，还能稍微再转过一些。

而线圈稍微转过一定角度后，两半环接触的电刷就调换了，线圈中的电流方向也随之改变，从而保证了线圈能不停地转动下去。

3．电动机不转的原因分析电动机不能转动的原因很多，归纳起来主要有以下几种：轴与支架、换向器与电刷之间摩擦太大；线圈平面刚好处在平衡位置；磁铁磁性太弱；电路中电流过小；电刷与换向器之间接触不良等。

当通电导体中的电流方向与磁感线方向垂直时,受到磁场力的作用;当通电导体中的电流方向与磁场方向平行(即电流方向与磁场方向相同或相反)时,所受磁场力的大小为零,所以通电导体放入磁场中不一定都会受到力的作用。

【归纳整理】【当堂练习】1.（2019 连云港）如图所示，闭合开关，导体ab就会运动起来，下列说法正确的是（）A. 发电机是利用这一原理工作的B. 在此过程中，机械能转化为电能C. 此实验说明磁场对通电导体有力的作用D. 同时改变电流方向和磁场方向，可以改变导体ab的运动方向【答案】C【解析】A、如图，是通电导体在磁场上受力而运动，是电动机原理图，故A错误。

B、电动机工作时电能转化为机械能，故B错误。

C、通电导体在磁场上受力而运动。

故C正确。

D、通电导体在磁场中受力运动方向跟电流方向和磁场方向有关，同时改变两者导体运动方向不变。

故D 错误。

2．(2019 东营)如图所示，研究磁场对通电导线作用的实验装置，当闭合开关，电流由a 至b 通过导线ab时，导线ab向左运动，下列说法正确的是（）A．只改变电流方向时，导线ab向右运动，机械能转化为电能B．只改变磁场方向时，导线ab向左运动，电能转化为机械能C．电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab向左运动，电能转化为机械能D．电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab向右运动，机械能转化为电能【答案】C【解析】A、磁场方向不变，只改变电流方向时，导线ab的运动方向改变，则导线ab向左运动，电能转化为机械能，说法错误。

B、电流方向不变，只改变磁场方向时，导线ab的运动方向改变，则导线ab向右运动，电能转化为机械能，说法错误。

CD、电流方向和磁场方向同时改变时，导线ab的运动方向不变，即导线ab向左运动，电能转化为机械能，C项说法正确，D项错误。

3．(2019 嘉兴)小明在科学拓展课上制作了一个简易喇叭（原理如图）。

接通信号源后，电流的方向不断改变，导致线圈的磁极不断变化，通过吸引或排斥磁铁，带动纸盆振动。

为改变纸盆振动幅度以调节喇叭响的是（）度，下列方法不可行．．．A．改变磁铁的磁极B．改变电流的大小C．改变磁铁磁性强弱D．改变线圈的匝数【答案】A【解析】线圈和条形磁铁之间的磁力越大，纸盆的振动幅度越大，喇叭的响度越大。

既可以改变条形磁铁的磁场强度，也可以改变线圈的磁场强度，据此选择。

要改变喇叭的响度，就必须改变线圈的磁场强度或磁铁的磁场强度；因为电磁铁的磁性大小受到电流大小和线圈匝数的影响，因此B、C、D都不合题意；改变磁铁的磁极对磁场强度的大小没有影响，故A符合题意。