学习目标
1. 了解直流电动机的结构。
2. 知道直流电动机是利用通电导线在磁场中受力的原理来工作的。
3. 知道电动机是将电能转化为机械能的装置。
4. 经历研究电动机模型的工作过程，体会实际电动机的作用。

知识复习
1.通电导线在磁场中受到力的作用，受力的方向与电流的方向、磁感线的方向有关。
2.左手定則的内容:伸开左手，使大拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流方向。这时，拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受磁场力的方向。
3.平衡力:作用在同一物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，作用在同一直线上，則这两个力彼此平衡。
4.铜、石墨容易导电，是导体。

一 、通电线圈在磁场中受到力的作用
实验探究：通电线圈在磁场中受到力的作用
设计并进行实验：
如下图甲所示，将一个线圈放在磁场里，接通电源，让电流流过线圈，观察发生的现象



实验现象：接通电源后，线圈在磁场中发生转动，但只转了大约90°，便摆动几下停在如图乙所示的位置
实验现象分析：
（1）通电线圈的ab和cd两个边在磁场中受到力的作用，当所受力不在同一直线上时，线圈会发生转动；
（2）当两个力在同一条直线上时， 线圈受到的两个力是平衡力，此时线圈平面与磁感线垂直的位置叫平衡位置;
（3)线圈的惯性使它可以冲过平衡位置，由于线圈受力方向不变，所以它会反向转动，最终线圈会停在平衡位置
探究归纳：
通电线圈在磁场中受力而转动，转到平衡位置时，线圈由于惯性会冲过平衡位置，由于线圈受力方向不变，所以会左右摆动最终停止， 而不能持续转动。

例1 如下图所示是通电线圈在磁场中的甲、乙两个位置，下列关于线圈在这两个位置的说法中正确的是（ ）
A.通电线圈在甲位置会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力
B.通电线圈在乙位置会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力
C.通电线圈在甲位置会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力
D.通电线圈在乙位置会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力

二 、直流电动机
1. 定义:利用直流电源供电的电动机。
2. 原理:通电线圈在磁场中受到力的作用而转动。
3. 直流电动机的构造
直流电动机主要由定子(机壳和电磁铁)、转子(线圈)、换向器和电刷等构 成。其中换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环构成，如下图所示。
(1)换向器的作用：
每当线圈刚转过平衡位置时，就自动改变线圈中的电流方向，使线圈连续转动下去。 (2 )换向器作用的理解：
①线圈转至平衡位置时，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中无电流，此时线圈不受力的作用，但线圈由于惯性会冲过平衡位置;
②冲过平衡位置后，两电刷接触的半环就调换了，线圈中的电流方向也随之改变;圈的受力方向也跟着改变，从而使线圈能持续地转动下去。
4. 直流电动机的工作过程
甲图位置

1)线圈处于此位置时，半环F跟电刷A接触，半环E 跟电刷B接触，通电后线圈中电流方向为半环F→d→c→b→a→半环 E; (2)由左手定则可知：线圈的ab边受到一个向上的力， 下边受到一个向下的力，所以线圈沿顺时针方向转动。 乙图位置

线圈转至平衡位置时，两电刷跟两个半环间绝缘部分接触，线圈中无电流，线圈不受磁场力的作用，但线圈由于惯性会越过平衡位置，继续转动。 丙图位置

(1)线圈越过平 衡位置后，半环 E变为跟电刷A 接触，半环F变为跟电刷B接 触，线圈中电流 方向变为半环E→a→b→c→d半环F；(2)由 左手定则可知： ab边受到向下的力，cd边受到向上的力，线圈仍沿顺时针方向 转动 丁图位置

线圈又转至平衡位置时，其情况跟图乙所示相似。线圈由于惯性越过平衡位置后，线圈中的电流又从半环F通过线圈流向半环 E，其情况又和图甲所示相同，这样线圈就能不停地转动下去

例2 (2018 •江苏杨州中考）安装直流电动机模型时，要改变直流电动机的转动方向，可以（ ）
A.将磁体的N、s极对调
B.将电源的正、负极和磁体的N、S极同时对调
C.改变磁性强弱
D.改变磁性强弱和电流大小

例3 某物理兴趣小组的同学安装完直流电动机模型后，合上开关，发现电动机不转动，若轻推一下线圈，电动机马上就转动起来。刚刚开始时不转的原因可能是 （ ）
A.进铁的迸性不强
B.通线圈的电流太小了
C.电动机线圈平面恰好处于平衡位置
D.电刷与换向器之间的摩擦太大了

三 、实用的电动机
1. 电动机的组成
实际用的直流电动机由定子和转子两部分组成，如下图所示。


(1)转子的线圈有许多组，并且是嵌在圆柱形铁芯上的，换向器也是由许多 铜片组成的。
（2)定子由机壳和电磁铁(或永磁体)组成，转子安装在定子 里。两个电刷是由石墨与铜粉压制而成的。
2. 电动机的优点
构造简单、制造方便、体积小、效率髙，便于控制，而且种类繁多,能满 足不同的需要。
3. 电动机的分类及应用
电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。
(1) 直流电动机由直流电源供电。大型的直流电动机常用在电力机车、公交电车、货运电瓶车、轧钢机、起重机和刨床等方面。小型的直流电 动机常用在电动玩具、录音机、录像机、影碟机等方面。
(2) 电扇、洗衣机、电冰箱等电器中使用的是交流电动机(外部电源提 供的电流方向是变化的）。带动水泵和农产品加工机械的电动机也都是交 流电动机，交流电动机的应用更为广泛。
4. 使用时的能量转化
由劫机在使用时主要将电能转化为机械能，同时线圈通电时，由于电流热效应的存在，电流流经线圈时也会将少部分电能转化为内能。

例4 (多选)关于电动机，下列说法中正确的是（ ）
A.电动机在工作时电能只转化为机械能
R电动机与其他机械相比具有结构简单、体积小、效率高、便于控制等优点
C.家用洗衣机中使用的是交流电动机
D.电动机一般由转子和定子两部分组成

典型例题剖析
学科综合
综合一 线圈受力的综合分析。
例1 小明用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如下图所示。闭合开关S后，发现线圈只能偏转至水平位置，不 能持续转动。为使线圈持续转动，下列措施中可行的是（ ）

A.换用电压更大的电源
B.换用磁性更强的磁体
C.重新制作匝数更多的线圈，将线圈两端的漆全部刮去
D.在线圈的一端重抹油漆，干后在适当位置刮去半圈

综合二 简易电动机的综合考察
例2 用一个铁钉、一节电池、一根电线和一个纽扣强磁铁，可组装成一个演示用的简易电动机,组装过程如下图甲、乙、丙所示。

(1) 图乙中，把铁钉和磁铁连起来后就能竖直地吸在电池的正极上。 若磁铁的N极朝上,S极朝下，则磁化后铁钉的尖端为______（选填“N” 或“S”)极，磁铁与铁钉间的吸引力_____(选填“大于”或“小于”)磁铁的重力。
(2) 图丙中，用电线把电池的负极和磁铁连接起来，就有电流通过磁铁和铁钉。通过铁钉的电流方向是_____(选填“向上”或“向下”)的，磁铁上的电流由于受到_____的作用而带动铁钉开始旋转。
(3) 这个简易电动机工作时，将电能转化为____能。若它的输入功率为2. 0 W，效率为60%,则输出功率为_______W。
⑷演示时，若要改变铁钉的转动方向，可以改变______方向。电动机转动起来后，电线下端应间歌性地接触磁铁，这样做的好处是(写出一条即可) __________。(提示:干电池通过的电流不允许长时间超过0.6 A;磁铁磁性温度升高而减弱）

实践应用
例3 儿童玩具小汽车一般都是用一个直流电动机作动力的，这种直流电动机的磁场是由永磁体提供的，它的电源是几节干电池。有一种遥控小汽车可进可退，可快可慢，请你思考并选择：
(1) 从实际与方便出发，你认为它是通过什么来改变它的转动方向 的（）
A.一定是磁场方向
B. 一定是电流方向
C. 一定是同时改变电流方向与磁场方向
D.改变磁场方向或电流方向均可
(2)你认为小汽车速度的调整靠的是（ ）
A.人改变电动机线圈的匝数
B.改变磁场的强弱
C.改变电流的大小
D.改变电源电压

(2018 •湖南株洲中考• 2分）智轨列车整合了有轨电车和公共汽车的优势，零排放、无污染。智轨列车的动力系统在输出动力的过程中（ ）
A.电能转化为机械能
B.内能转化为机械能
C.机械能转化为电能
D.机械能转化为内能

重点内容总结
直流电动机
定义：利用直流电源供电的电动机
构造：主要由定子、转子、換向器和电刷等构成。
换向器：由两个铜半环构成，其作用是当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流的方向，使线圈持续转动下去
优点：构造简单、制造方便、体积小、效率高、便于控制且对环境污染小等
应用：电力机车、公交电车、货运电瓶车、轧 钢机、电动玩具、录音机、影碟机等
交流电动机
定义：利用交流电源供电的电动机
应用：家用的电扇、洗衣 应用八机、电冰箱等
电动机工作时的能量转化：电能主要转化为机械能

课后作业全解

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