17.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理第十七章電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)逐點(diǎn)導(dǎo)講練課堂小結(jié)作業(yè)提升課時(shí)講解1課時(shí)流程2探究磁場(chǎng)中通電導(dǎo)體受到的作用力換向器的作用電動(dòng)機(jī)的工作原理知識(shí)點(diǎn)探究磁場(chǎng)中通電導(dǎo)體受到的作用力知1－講11.通過(guò)拆開(kāi)電動(dòng)機(jī)的活動(dòng)，猜想電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)可能與磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體受到作用力有關(guān)?，F(xiàn)在就來(lái)探究磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體是否受到力的作用。實(shí)驗(yàn)名稱：探究磁場(chǎng)中通電導(dǎo)體受到的作用力。實(shí)驗(yàn)器材：電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、金屬軌道、金屬棒、蹄形磁鐵、滑動(dòng)變阻器。知1－講實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)步驟(1)從圖1中選擇實(shí)驗(yàn)裝置，并組裝和連接實(shí)驗(yàn)裝置。知1－講深度思考請(qǐng)分析圖(a)和(b)實(shí)驗(yàn)裝置，說(shuō)說(shuō)選用哪一種裝置較好？請(qǐng)說(shuō)明選用圖(a)和圖(c)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意什么？答：選用圖(b)實(shí)驗(yàn)好。若選用圖(a)和圖(c)裝置，需要短暫閉合開(kāi)關(guān)，觀察現(xiàn)象，然后馬上斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，因?yàn)橥姾箅娐废喈?dāng)于短路。知1－講(2)閉合開(kāi)關(guān)，觀察金屬棒AB是否運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)方向。(3)移去蹄形磁鐵，閉合開(kāi)關(guān)，觀察金屬棒AB是否運(yùn)動(dòng)。(4)將蹄形磁鐵放回原處(保持蹄形磁鐵的N極和S極位置不變)，改變電流方向，觀察金屬棒AB是否運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)方向。(5)保持電流方向不變，改變磁場(chǎng)方向，觀察金屬棒AB的運(yùn)動(dòng)情況。(6)同時(shí)改變電流方向和磁場(chǎng)方向，觀察金屬棒AB的運(yùn)動(dòng)情況。知1－講實(shí)驗(yàn)記錄表電流無(wú)B→AB→AA→BB→AA→B磁場(chǎng)由下向上由下向上無(wú)由下向上由上向下由上向下金屬棒的運(yùn)動(dòng)情況不動(dòng)向左移動(dòng)不動(dòng)向右移動(dòng)向右移動(dòng)向左移動(dòng)知1－講實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力方向與電流方向和磁場(chǎng)方向有關(guān)。若只改變電流方向或磁場(chǎng)方向，通電導(dǎo)體受力方向改變；若電流方向和磁場(chǎng)方向同時(shí)改變，則通電導(dǎo)體受力方向不變。知1－講知識(shí)拓展左手定則判斷通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力方向的方法—左手定則：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從掌心插入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受磁場(chǎng)力的方向。知1－講2.通電線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)圖2(a)中接通電路后，白色的邊受到的力向上，黑色的邊受到的力向下，線圈在兩個(gè)力的作用下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。知1－講當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(b)位置時(shí)，黑色的邊和白色的邊受到的力恰好在一條直線上，且大小相等，方向相反，此時(shí)線圈受到的力為平衡力。但線圈由于慣性越過(guò)該位置繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)該位置后，黑色的邊仍然受力向下，白色的邊仍然受力向上，此時(shí)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)越來(lái)越慢，速度為零；接著會(huì)在磁場(chǎng)力作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)……線圈來(lái)回?cái)[動(dòng)幾次就停在該位置上了。知1－講3.平衡位置當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線方向垂直的位置時(shí)，線圈兩邊受到的力在同一直線上，且大小相等，方向相反，即線圈兩邊受到平衡力的作用而不能使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)位置叫做平衡位置。知1－練例1在探究通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與什么因素有關(guān)時(shí)，一名同學(xué)做了如圖4所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)。圖中AB表示閉合電路的一部分導(dǎo)線；導(dǎo)線上的箭頭表示電流的方向，F(xiàn)表示導(dǎo)線受力的方向。S、N表示蹄形磁體的南、北極。知1－練(1)實(shí)驗(yàn)a和b說(shuō)明，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與___________的方向有關(guān)。解析：a、b兩組實(shí)驗(yàn)中，磁場(chǎng)方向不變，導(dǎo)線中電流方向改變時(shí)，導(dǎo)線受力方向發(fā)生改變，這說(shuō)明通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與導(dǎo)線中的電流方向有關(guān)。導(dǎo)線中電流知1－練(2)實(shí)驗(yàn)a和c說(shuō)明，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與______的方向有關(guān)。解析：a、c兩組實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)線中電流方向不變，磁場(chǎng)方向改變時(shí)，導(dǎo)線受力方向發(fā)生改變，這說(shuō)明通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)。磁場(chǎng)知1－練1.如圖所示是探究通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力情況的裝置。閉合開(kāi)關(guān)，觀察到導(dǎo)體ab在導(dǎo)軌上向右運(yùn)動(dòng)。若只對(duì)調(diào)電源正負(fù)極接線，閉合開(kāi)關(guān)，導(dǎo)體ab會(huì)_________(填“靜止不動(dòng)”“向右運(yùn)動(dòng)”或“向左運(yùn)動(dòng)”)，說(shuō)明通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的方向與_________有關(guān)。向左運(yùn)動(dòng)電流方向知2－講知識(shí)點(diǎn)換向器的作用21.換向器的結(jié)構(gòu)換向器主要由電刷和彼此絕緣的金屬半圓環(huán)組成。換向器的兩個(gè)金屬半圓環(huán)分別跟線圈的兩端相連接，并通過(guò)電刷與電源兩極相連接。知2－講2.換向器的作用當(dāng)線圈剛越過(guò)平衡位置時(shí)，換向器就會(huì)改變線圈中電流的方向，從而改變線圈受力方向，使線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去。知2－講拓展一步實(shí)際的電動(dòng)機(jī)都有多個(gè)線圈，每個(gè)線圈都接在一對(duì)換向片上，以保證每個(gè)線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中受力的方向都能使它朝同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。知2－講直流電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子的線圈通過(guò)換向器、電刷和直流電源相連接，這里換向器與電刷的作用是()A．不斷改變電流的方向，使線圈能夠完成正、反轉(zhuǎn)動(dòng)B．適時(shí)地自動(dòng)改變電流的方向使線圈始終向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)C．不斷地改變磁場(chǎng)的方向以改變線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的方向D．不斷地改變磁場(chǎng)的方向，使線圈始終朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)例2知2－講解析：換向器與電刷的作用是適時(shí)地自動(dòng)改變電流的方向使線圈始終向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故選B。答案：B知2－講2.在直流電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)，換向器能自動(dòng)改變線圈中的電流方向()A．線圈轉(zhuǎn)到任意位置B．線圈平面與磁感線平行C．線圈剛越過(guò)平衡位置D．線圈平面與磁感線成45°角C知3－講知識(shí)點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的工作原理31.電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理制成的。用直流電源供電的電動(dòng)機(jī)叫做直流電動(dòng)機(jī)。也可以說(shuō)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體有力的作用。知3－講2.電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程知3－講知3－講知識(shí)拓展實(shí)際使用的直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，轉(zhuǎn)子的線圈有許多組，并且是嵌在圓柱形鐵芯上的，換向器也是由許多對(duì)銅片組成的，定子由機(jī)殼和電磁鐵或永磁體組成，轉(zhuǎn)子安裝在定子里，兩個(gè)電刷是用石墨與銅粉混合壓制而成的。知3－講3.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理通電線圈在磁場(chǎng)中受到力的作用使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)換向器及時(shí)改變線圈中的電流方向，以保持線圈的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。4.電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。知3－講5.電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，體積小，效率高，便于控制，對(duì)環(huán)境污染小，而且種類繁多，能滿足不同的需要。知識(shí)拓展電動(dòng)機(jī)的分類:電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。(1)直流電動(dòng)機(jī)由直流電源供電。大型的直流電動(dòng)機(jī)常用于電力機(jī)車、公交電車、貨運(yùn)電瓶車、軋鋼機(jī)、起重機(jī)等。小型的直流電動(dòng)機(jī)常用于電動(dòng)玩具、錄音機(jī)、錄像機(jī)等。(2)交流電動(dòng)機(jī)由交流電源供電。電扇、洗衣機(jī)、電冰箱等家用電器中的電動(dòng)機(jī)以及農(nóng)村中帶動(dòng)水泵和農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械的電動(dòng)機(jī)都是交流電動(dòng)機(jī)。知3－講知3－講6.磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體作用的其他應(yīng)用磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體作用的應(yīng)用十分廣泛，如磁電式電流儀表、動(dòng)圈式揚(yáng)聲器(喇叭)、電動(dòng)玩具和機(jī)器人等。知3－講(1)磁電式電流儀表：磁電式電流儀表(如圖7)是常用的測(cè)量閉合回路電流大小的儀器。當(dāng)線圈中通入很小的電流時(shí)，線圈會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力，從而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)；線圈偏轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋彈簧會(huì)施加一個(gè)反方向的作用力，最后會(huì)使線圈停在一個(gè)位置上。指針偏轉(zhuǎn)的方向和幅度隨電流的方向和大小的改變而改變。知3－講(2)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器：揚(yáng)聲器(如圖8)是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)的一種裝置，當(dāng)揚(yáng)聲器的線圈中通過(guò)變化的電流時(shí)，線圈受到磁場(chǎng)力的作用，從而帶動(dòng)與線圈相連的紙盆來(lái)回振動(dòng)，于是揚(yáng)聲器就發(fā)出了聲音。知3－練[多選]如圖9所示為直流電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造示意圖，例3知3－練以下相關(guān)的分析中正確的是()A.電動(dòng)機(jī)是利用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的原理工作的B.電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.使線圈連續(xù)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)下去是靠電磁繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的D.僅改變磁場(chǎng)的方向可以改變線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的方向知3－練解析：電動(dòng)機(jī)是利用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的作用的原理工作的，且所受力的方向與電流的方向和磁場(chǎng)的方向有關(guān)，故僅改變磁場(chǎng)的方向可以改變線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，故A、D正確；電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，有一部分電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，故B錯(cuò)誤；使線圈連續(xù)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)下去是靠換向器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故C錯(cuò)誤。故選A、D。答案：A、D知3－練3.如圖為直流電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造