20.4 电动机（解析版）.docx

更多资料添加微信号：DEM2008 淘宝搜索店铺：优尖升教育 网址： 第二十章 电与磁 20.4 电动机 一、学习目标 一、知识与技能 1.通过实验，了解通电导线在磁场中会受到力的作用,知道力的方向与电流方向和磁场方向有关。 2.了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。 二、过程与方法 通过实验探究过程,培养学生分析问题、解决问题的能力。 三、情感、态度与价值观 通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,激发学生思维,提升物理学习的兴趣,并使学生在此过程中体验获取知识、探究新事物的方法。 教学重点 磁场对通电导线的作用。 教学难点 直流电动机的构造和工作原理。 二、学习过程 一）、知识点梳理 知识要点一 磁场对通电导线的作用 1. 探究一——探究磁场对通电导线的作用。 设计目的： 探究磁场对通电导线的作用 探究装置： 探究方法：控制变量法 探究过程：（1）把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动； （2）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； （3）保持导线ab中的电流方向不变，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 探究结论：通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反 2. 探究二——探究磁场对通电线圈的作用。 设计目的：探究磁场对通电线圈的作用 演示：把线圈放在磁场里，接通电源，观察线圈的运动情况。 探究结论：通电线圈在磁场中受到力的作用时可以转动，但不能持续转动 知识要点 二 电动机的基本构造 工作原理：通电线圈在磁场中受力转动 能量转换：电能转化为机械能 线圈转动： 换向器作用：在线圈刚越过平衡位置时自动改变线圈中电流的方向，使线圈的受力方向总是相同的，线圈就可以持续运动下去了。 组成分类：主要由转子和定子组成交流电动机、直流电动机（直流电动机有换向器） 说明：在直流电动机中，当线圈位于平衡位置时，线圈内没有电流，线圈不受力的作用 二） 、例题 练习 例1．如图所示的实验装置，下列说法正确的是（　　） A．该装置能将机械能转化为电能 B．该装置可用来研究电流的磁效应 C．该装置可用来研究电磁感应现象 D．该装置研究的是电动机的工作原理 【答案】D 【解析】该装置中有电源提供电能，是研究通电导体在磁场中受力的装置，通过本装置可以研究磁场对通电导体的作用力方向与电流方向、磁场方向的关系，根据此原理可制成电动机，在实验过程中消耗的电能转化为机械能，故D正确，ABC错误。 故选D。 练1.1．我国无人机技术处于世界一流水平，在军用、民用方面都大放异彩。如图所示是我国自主研发的某款无人机，具有侦察、攻击等功能，关于无人机相关物理知识说法正确的是（　　） A．无人机上的摄像头成像特点：正立、缩小的实像 B．带动无人机旋翼转动的电动机工作原理是电磁感应现象 C．若以无人机为参照物，无人机快速飞行时，飞机上悬挂的导弹是运动的 D．无人机匀速竖直上升时，升力大小等于重力与空气阻力之和 【答案】D 【解析】A．无人机上的摄像头成倒立缩小的实像，故A错误； B．带动无人机旋翼转动的电动机工作原理是磁场对通电导体有力的作用，故B错误； C．若以无人机为参照物，无人机快速飞行时，飞机上悬挂的导弹相对于无人机的位置没有改变，是静止的，故C错误； D．无人机匀速竖直上升时，处于平衡状态，受到升力大小等于重力与空气阻力之和，故D正确。 故选D。 练1.2．如图甲，磁场对导体的力F竖直向上，用Fab，Fcd，Fa'b'，Fc′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．Fab竖直向下，Fcd竖直向下 B．Fab竖直向上，Fcd竖直向下 C．Fa′b′竖直向上，Fc′d′竖直向下 D．Fa′b′竖直向下，Fc′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Fab方向竖直向下，导体cd电流方向与甲图一致，所以Fcd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Fa′b′竖直向下，导体c′d′电流方向与图甲相反，所以Fc′d′竖直向上，故C错误，D正确。 故选D 练1.3．下列有关电与磁的说法正确的是（　　） A．磁感线是用来形象描述磁场的，是真实存在的 B．电流的周围存在着磁场 C．同种电荷一定相互排斥，同名磁极可以相互吸引 D．电风扇的工作原理是电磁感应 【答案】B 【解析】A．磁场是真实存在的，为了描述磁场人为引入了磁感线，磁感线是一种模型，实际并不存在，故A错误； B．奥斯特实验证明了通电导线周围存在磁场，故B正确； C．电荷间的作用规律是：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。磁极间的作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故C错误； D．电风扇使用的是电动机，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，故D错误。 故选B。 练1.4．一台电动机的额定电压为220V，正常工作时的电流为5A，线圈的电阻为4Ω。下列判断中正确的是（　　） A．电动机是利用电磁感应原理工作的 B．电动机工作时电能全部转化为机械能 C．这台电动机的额定功率是1.1kW D．这台电动机正常工作1min线圈产生的热量是100J 【答案】C 【解析】A．电动机是利用通电导体在磁场中受力的原理工作的，故A错误； B．电动机工作时主要将电能转化为机械能，还有一部分电能由于电流热效应转化为内能，故B错误； C．这台电动机的额定功率是 P=UI=220V×5A=1100W=1.1kW 故C正确； D．这台电动机正常工作1min线圈产生的热量是 Q=I2Rt=(5A)2×4Ω×60s=6000J 故D错误。 故选C。 练1.5．天气越来越炎热，妈妈给小伟买了一个手持式充电小风扇，下列与小风扇有关的说法中正确的是（　　） A．小风扇的工作原理是电磁感应 B．小风扇工作时，将机械能转化为电能 C．小风扇充电时，将化学能转化为电能 D．小风扇的效率不可能达到100% 【答案】D 【解析】A．小风扇的工作是电动机带动风扇转动，原理是通电导线在磁场中受力的作用，故A错误； B．小风扇工作时，消耗电能，将电能转化为机械能，故B错误； C．小风扇充电时，消耗电能，将电能转化为化学能，故C错误； D．任何机械的效率都不能达到100%，小风扇的效率也不可能达到100%，故D正确。 故选D。 练1.6．小丹同学在笔记本上记录了以下四条结论，其中错误的是（　　） A．煤油温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的 B．家用洗衣机是典型的热机 C．受到平衡力作用的物体一定保持静止状态或匀速直线运动状态 D．物体是由大量分子组成的 【答案】B 【解析】A．常用的液体温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制成的，所以，煤油温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的，故A正确，不符合题意； B．家用洗衣机是利用电动机工作的，热机会产生大量的废气，排放大量的热量，故B错误，符合题意； C．物体受平衡力的作用，可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，故C正确，不符合题意； D．由分子动理论知道，物质是由大量分子组成，组成物质的分子在永不停息地做无规则运动， 故D正确，不符合题意。 故选B。 练1.7．电风扇是我们生活中常见的电器，下列说法正确的是（　　） A．人们吹风扇时感觉到凉快，是因为电风扇工作降低了周围空气的温度 B．风扇底盘做得又大又重可以提高风扇的稳度，保证风扇不易倾倒 C．电风扇的工作原理是电磁感应现象 D．小明将一个纸条放在工作的风扇下方，发现纸条向上飘起，这是因为流体流速越快压强越大 【答案】B 【解析】A．吹风扇感觉凉快是吹风加快人体表面空气流速，让人体表面的水分蒸发加快，而蒸发过程吸热，所以感觉凉快，故A错误； B．风扇底盘做得又大又重，可以降低风扇的重心，提高稳度，让风扇不易倾倒。故B正确； C．电风扇是靠电动机工作带电扇叶转动的，而电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，而不是电磁感应现象，故C错误； D．将纸条放在工作的风扇的下方，纸条向上飘起，是因为纸条上方空气流速大，压强小，而下方空气流速小，压强大，于是产生一个向上的压力，将纸条托起，故D错误。 故选B。 练1.8．关于电动机的说法中不正确的是（　　） A．电动机是利用磁场对电流的作用的现象制成的 B．电动机工作时，电能转化为机械能 C．直流电动机的换向器的作用就是改变磁场方向 D．直流电动机用一段时间后会发热，说明电能也有一部分转化为内能 【答案】C 【解析】A．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用而转动，所以电动机是利用磁场对电流的作用的现象制成的，A正确，故A不符合题意； B．工作时需要消耗电能，将电能转化为机械能，B正确，故B不符合题意； C．换向器的作用是改变线圈中电流的方向，C不正确，故C符合题意； D．直流电动机主要是将电能转化为机械能，用一段时间后会发热，说明电能也有一部分转化为内能，D正确，故D不符合题意； 故选C。 练1.9．下列关于电磁现象的说法中，正确的是（　　） A．电荷移动过程中，周围一定存在磁场 B．磁场对放入其中的小磁针不一定有力的作用 C．磁体周围存在磁场，磁场是由磁感线组成的 D．如果通电线圈在磁场作用下转动，则线圈的机械能是由电能转化来的 【答案】D 【解析】A．电荷移动过程中，不一定形成电流，所以不一定有磁场，故A错误； B．磁场的基本性质是：对放入其中的磁体一定有力的作用，故B错误； C．磁感线是一种理想化的物理模型，实际上并不存在，磁场不是由磁感线组成的，故C错误； D．通电线圈在磁场中转动，消耗了电能，得到了机械能，因此线圈转动将电能转化为了机械能，故D正确。 故选D。 练1.10．物理改变世界，科技改变生活。如图所示为某一款扫地机器人，下列说法中正确的是（　　） A．扫地机器人使用的集成电路芯片使用了超导材料 B．扫地机器人在自主充电过程中，化学能转化为电能 C．扫地机器人在扫地过程中，其无刷电动机工作时将机械能转化为电能 D．扫地机器人的外壳由塑料制成，是一种能够不导电的绝缘材料 【答案】D 【解析】A．集成电路芯片主要使用半导体材料，故A错误； B．自主充电过程中，是将电能转化为电池的化学能，故B错误； C．扫地过程中，是将电能转化为机械能，故C错误； D．为了保护人体不触电，扫地机器人的外壳为绝缘材料，故D正确。 故选D。 练1.11．下列描述正确的是（　　） A．图甲：若电能表的转盘在30s内转了25转，则这段时间内用电器消耗的电能为1kW·h B．图乙：闭合开关，小磁针静止时N极指向左侧 C．图丙：软木塞飞出，管内水蒸气的内能减小，内能转化为机械能 D．图丁：通电线圈abcd在磁场中受力而转动，发电机是根据这一原理制成的 【答案】C 【解析】A．图甲：表示电路中每消耗的电能，电能表的转盘转3000转。转盘在30s内转了25转，在这段时间内用电器消耗的电能为 故A错误； B．图乙：开关闭合后，电流从螺线管的左侧流入，由安培定则可知，螺线管的右端为N极、左端为S极，根据磁极间的相互作用规律可知，小磁针静止时N极指向右侧，故B错误； C．图丙：软木塞飞出，管内的水蒸气膨胀对软木塞做功，水蒸气的内能减小，内能转化为机械能，故C正确； D．图丁：图中有电源，若闭合开关，通电线圈abcd在磁场中受力而转动，电动机是根据这一原理制成的，故D错误。 练1.12．放假了，小余和妈妈兴高采烈乘动车去山边的外婆家过年，当动车启动时，小余发现了动车的动力系统与普通汽车的不同，采用额定工作电压为 25kV 的电力驱动，如图，在动车前进的过程中，能量转化关系与下列哪种家用电器工作时相同（　　） A．电磁炉 B．电风扇 C．电烙铁 D．电热水器 【答案】B 【解析】 A．电磁炉是利用磁场感应涡流加热，故A不符合题意； B．电风扇是通电导线在磁场中受力的作用，电动机原理，故B符合题意； C．电烙铁是利用电流的热效应，故C不符合题意； D．电热水器是利用电流的热效应，故D不符合题意。 故选B。 例2．下列有关电与磁的说法，正确的是（　　） A．磁场是由无数条磁感线组成的 B．磁场对放入其中的物体有力的作用 C．直流电动机是把机械能转化为电能的装置 D．在磁场中小磁针静止时北极所指方向即为该点磁场的方向 【答案】D 【解析】A．磁场是磁体周围存在的一种特殊的物质，它是看不见的，但它是真实的客观存在，磁感线是为了形象直观地描述磁场而画出来的，它可以看得见，但不是真实的存在，故A错误； B．磁场对放入其中的磁体有磁力的作用，故B错误； C．直流电动机属于用电器，是把电能转化为机械能的装置，故C错误； D．根据磁场方向的规定可知，磁场中某点，小磁针静止时北极所指的方向为该点的磁场方向，故D正确。 故选D。 练2.1．有关如图所示模型的说法正确的是（　　） A．这是直流发电机模型 B．模型中线圈转动方向只跟线圈中电流方向有关 C．动圈式扬声器和此模型的工作原理相同 D．此模型的工作原理是通电导体周围存在磁场 【答案】C 【解析】A．如图，线圈通以直流电，在磁场中转动，所以这是直流电动机模型，故A错误； B．模型中线圈转动方向跟线圈中电流方向以及磁场方向有关，故B错误； C．动圈式扬声器的线圈中通以音频电流使线圈在磁场中振动，和此模型的工作原理相同，故C正确； D．此模型的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故D错误。 故选C。 练2.3．如图所示，这是一款迷你台灯扇，它既可以照明又可以吹风且互不影响。下列说法正确的是（　　） A．台灯扇的灯和电动机是串联的 B．电动机的工作原理是通电导体在磁场受到力的作用 C．台灯扇的塑料外壳在正常情况下属于导体 D．台灯扇中的发光二极管是由超导体材料制成的 【答案】B 【解析】A．台灯扇既可以照明又可以吹风且互不影响，这表明台灯扇的灯和电动机在电路中是并联的，故A错误； B．电动机的工作原理是通电导体在磁场受到力的作用，故B正确； C．塑料在正常情况下属于绝缘体，故C错误； D．台灯扇中的发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成，故D错误。 故选B。 练2.4．下列说法不正确的是（　　） A．蓄电池放电时，将化学能转化为电能，是电源 B．蓄电池充电时，将电能转化为化学能，相当于用电器 C．简单电路中电流方向是从电源的正极流向电源的负极 D．电动机是将电能主要转化为机械能的用电器 【答案】C 【解析】AB．蓄电池充电时，将电能转化为化学能，所以相当于用电器，蓄电池放电，将化学能转化为电能，所以相当于电源，故AB正确，不符合题意； C．在电源外部，电路中电流方向是从电源的正极流出，经过用电器流向电源的负极，在电源内部，电流方向是从电源的负极流向正极，故C错误，符合题意； D．电动机是用电器，工作时将电能主要转化为机械能，故D正确，不符合题意。 故选C。 练2.5．如图所示，闭合开关后，导体棒AB向右运动。根据该实验所揭示的原理，可制成（　　） A．指南针 B．电磁铁 C．电动机 D．发电机 【答案】C 【解析】如图所示，闭合开关后，导体棒AB向右运动，这一现象表明，通电导体在磁场中受到力的作用，利用这一原理可制成电动机，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 练2.6．下列家用电器中，主要利用“磁场对通电导体有力的作用”这一原理工作的是（　　） A．电风扇 B．电饭煲 C．微波炉 D．冰箱 【答案】A 【解析】A．电风扇利用了通电线圈在磁场中受力从而产生了运动，故A符合题意； B．电饭煲主要利用了电流的热效应发热，故B不符合题意； C．微波炉利用食物在微波场中吸收微波能量而使自身加热的烹饪器具，故C不符合题意； D．电冰箱用低沸点的制冷剂，汽化时吸收热量以达到制冷的目的制成的，故D不符合题意。 故选A。 练2.7．我国年仅24岁的优秀青年科学家曹原研究发现：当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，“魔角”石墨烯的电阻突然消失。如果把这一技术应用于生产，它不能用来制作的是（　　） A．电饭锅 B．电磁铁 C．电动机 D．输电导线 【答案】A 【解析】A．电饭锅利用电流的热效应工作，石墨烯的电阻突然消失后不会产生电热，故A符合题意； B．电磁铁利用电流的磁效应工作，石墨烯的电阻突然消失后，电路中功率损耗降低，不影响电磁铁的工作，故B不符合题意； C．电动机的工作原理是磁场对电流受力的作用，石墨烯的电阻突然消失后不影响，故C不符合题意； D．输电导线的功耗损耗是电流对导线电阻做功，电阻突然消失后不会有功率损耗，故D不符合题意。 故选A。 练2.8．下列有关电学知识最符合实际的是（　　） A．家庭电路中各用电器都是并联的 B．电风扇的工作原理是电磁感应现象 C．教室里一盏40W的日光灯电流约为320mA D．对人体的安全电压为36V 【答案】A 【解析】A．在家庭电路中各用电器都互不影响，能独立工作，它们是并联的，故A符合题意； B．电风扇使用的是电动机，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故B不符合题意； C．教室里一盏40W的日光灯电流约为 ≈0.18A=180mA 故C不符合题意； D．对人体的安全电压不超过36V，故D不符合题意。 故选A。 练2.9．下列说法正确的是（　　） A．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100% B．内能小的物体可以将热量传给内能大的物体 C．电动机工作时利用了电磁感应的原理 D．磁感线密集的地方磁场强，磁感线可以相交 【答案】B 【解析】A．无论用什么燃料，热机都不可能将燃料释放的热量全部转化为有用功，热机效率不可能达到100%，故A错误； B．热传递的方向是热量从温度高的物体向温度低的物体传递，如果内能小的物体温度高，则内能小的物体可以将热量传给内能大的物体，故B正确； C．电动机工作时利用了通电导体在磁场中受力的作用的原理，发电机工作时利用了电磁感应原理，故C错误； D．磁感线密集的地方磁场强，因为磁场中同一位置磁场方向是唯一的，故磁感线不可能相交，故D错误。 故选B。 例3．为了保护环境，国家鼓励发展新能源汽车，新能源汽车被越来越多的家庭所接受。新能源汽车核心部件是电动机。图中能说明电动机工作原理的是：（　　） A． B．C． D． 【答案】C 【解析】A．图中是奥斯特实验的装置图，说明了通电导体周围存在磁场，故A不符合题意； B．图为通电螺线管的原理图，是根据电流的磁效应制成的，故B不符合题意； C．当闭合开关后，通电导体在磁场中受力运动，是电动机的原理，故C符合题意； D．图中为异名磁极相互吸引，说明磁极间的相互作用。故D不符合题意。 故选C。 练3.1．如图所示，这是一款迷你台灯扇，它既可以照明又可以吹风且互不影响。下列说法正确的是（　　） A．台灯扇的灯和电动机是串联的 B．台灯扇中的发光二极管是由超导体材料制成的 C．长时间使用后扇叶会吸附很多灰尘是因为摩擦创造了电荷 D．电动机的工作原理是磁场对通电导体具有力的作用 【答案】D 【解析】A．依据题目，台灯扇既可以照明又可以吹风，且互不影响，说明台灯扇的灯和电动机是并联的。故A错误； B．发光二极管是由半导体材料制成的。故B错误； C．摩擦不会创造电荷，只能使电荷发生转移。故C错误； D．通电导体在磁场中会受到力的作用，依据这一原理制成了电动机。故D正确。 故选D。 练3.2．如图所示，这是生活中的一些工具或装置，对其在工作或使用过程中所涉及的物理知识表述正确的是（　　） A．图甲：体温计用水银做测温液体，主要是因为水银的比热容小 B．图乙：扬声器是利用电磁感应的原理工作的 C．图丙：钳子在使用时属于费力杠杆 D．图丁：使用测电笔时，手不能接触测电笔上的任何金属 【答案】A 【解析】A．体温计用水银做测温液体，主要是因为水银的比热容小，吸收相同热升温快，热胀冷缩的效果明显，故A正确； B．扬声器是将电信号转化成声信号，它是利用磁场对通电导体有力的作用原理工作的，故B错误； C．钳子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C错误； D．用测电笔辨别火线与零线时，手必须接触笔尾的金属体，故D错误。 故选A。 练3.3．如图所示，扬声器是把电信号转化为声信号的装置，工作时线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流。下列说法中错误的是（ ） A．扬声器工作过程利用的是电磁感应原理 B．锥形纸盆振动越快，产生的声音音调越高 C．锥形纸盆振幅越大，产生的声音响度越大 D．线圈中通入的是方向变化的电流，所以锥形纸盆来回振动，产生声音 【答案】A 【解析】A．扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用原理工作的；故A错误； B．音调是指声音的高低，它和物体振动频率有关。物体振动频率越快，音调越高；振动频率越慢，音调越低。故B正确； C．在物理学中，把声音的强弱叫做响度，把物体振动的幅度叫做振幅，物体的振幅越大产生声音的响度越大，故C正确； D．如图，扬声器中的线圈中通过变化电流时，线圈会受到永久磁铁的磁场力的作用，而带动与线圈相连的纸盆振动，发出声音，此过程中将电信号转化成声信号，故D正确。 故选A。 练3.4．小明在复习中阅读课本插图并回忆了相关知识，下列说法中不正确的是（　　　） A．二力平衡的条件是作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，在同一直线上 B．塑料绳端扎紧，用手从上向下捋几下，另一端细丝张开，说明分子间存在斥力 C．引出线的一端接在电池正极，另一端不断摩擦电池负极，能听到扬声器的纸筒振动发出的声音，纸筒振动是因为磁场对通电导体有力的作用 D．卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出原子核式结构模型 【答案】B 【解析】A．作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，这两个力就彼此平衡，故A正确，A不符合题意； B．塑料细丝与手摩擦，摩擦起电，手带了一种电荷，细丝带了另一种电荷；由于不同的塑料细丝带有同种电荷，同种电荷相互排斥而导致细丝蓬散开来，故B错误，B符合题意； C．把动圈式扬声器引出线的一端接在电池正极，另一端不断摩擦电池负极时，引起通过动圈式扬声器的线圈的电流跟着也发生变化，使线圈产生的磁场强度跟着也发生变化，又使线圈带动纸盘作相应的振动，在空气中形成声波，所以人会听到声音，纸筒振动是因为磁场对通电导体有力的作用，故C正确，C不符合题意； D．卢瑟福的实验提出了带核的原子结构模型：原子是由原子核和核外电子构成；原子核位于中心位置，核外电子绕核转动，与太阳系结构相似，称为核式结构，故D正确，D不符合题意。 故选B。 练3.5．下列关于扬声器的说法正确的是（　　） A．扬声器是把声信号转换成电信号的一种装置 B．通过扬声器线圈中的电流是交变电流 C．通过扬声器线圈中的电流方向是不改变的 D．以上说法都不正