摘要：电流通过电动机.电动机的轴就转动起来.电动机的原理是什么?原来通电导线在磁场中要受到力的作用.电动机就是利用这种现象制成的. 实验1: 图1通电直导线在磁场中受到力 如图1所示.把一根直导线AB放在蹄形磁体的磁场里.接通电源.让电流通过原来静止的导体AB.观察发生的现象. 实验表明:电流通过在磁场中的导体AB时.导体AB就运动起来.这说明通电导体在磁场里受到力的作用.在上述实验中.这个力的方向既跟电流的方向垂直.又跟磁感线的方向垂直. 实验2: 在上述实验中.使电流的方向相反.或者使磁感线的方向相反.观察导体AB的运动情况. 实验表明:使电流的方向相反.或者使磁感线的方向相反.导体AB的运动方向也相反.这说明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. 把一个通电线圈放在磁场里.你推测会发生什么现象?你是怎样进行推测的? 实验3: 甲 乙 图2通电线圈在磁场里转动 如图2甲所示.把一个线圈放在磁场里.接通电源.让电流通过线圈.观察发生的现象. 我们看到.接通电源的线圈在磁场里发生转动.但转动不能持续下去.摆几下便停在在图2乙所示的位置上. 怎样解释这个现象呢?原来通电线圈的边和边在磁场里受到力的作用.而边和边中的电流方向相反.所以受到的力的方向相反且不在同一直线上.在这两个力的作用下线圈就转动起来.当转到图乙所示的位置时.这两个力恰好在同一直线上.而且大小相等.方向相反.相互平衡.所以线圈在这个位置上可以保持平衡. 通电导体和通电线圈在磁场里受到力的作用而发生运动时.消耗了电能.得到了机械能.在这种现象里.电能转化为机械能. 在上一节所示的现象里.我们看到电能可以转化成机械能.怎样才能实际利用上述现象呢?从发现磁场对电流的作用.到发明电动机.还有一段路要走.实际的电动机要能够持续地转动.而图2中的通电线圈却不能持续转动.怎么办? 甲:未改变电流方向 乙:改变了电流方向 图3通电线圈刚转过平衡位置时的受力情况 图3表示图2中的通电线圈刚转到平衡位置时的受力情况.对比图3的甲和乙可以知道:如果在线圈刚转到平衡位置时.立即改变线圈中的电流方向.那么.由于受力方向改变.线圈就可以按原来的方向继续转动.这样.每当线圈刚转到平衡位置.就改变一次电流方向.线圈就可以不停地转动下去.怎样具体实现电流方向的改变呢? 换向器 图4是直流电动机的原理图.这种电动机用直流电源供电.所以叫直流电动机.线圈的两端各连一个铜制半环E和F.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.两个半环E和F叫做换向器.每当线圈刚转过平衡位置.换向器就能自动改变线圈中电流的方向.仔细研究图4.就会了解这一点. 甲:电流方向和力的方向如图所示.线圈顺时针转动. 乙:线圈转到平衡位置时.两电刷恰好接触两半环间的绝缘部分:线圈由于惯性继续转动.转过平衡位置后.电流即改变方向. 丙:和中的电流方向与图甲相反.受力方向也相反.线圈仍顺时针转动. 丁:线圈又转到平衡位置.换向器又自动改变电流方向. 图4直流电动机的原理 [典型例题] [例1] 通电导体在磁场中受力的方向跟什么有关系?有什么关系?怎样来判定? 解题思路: 通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向和磁场方向有关系.这三者关系是彼此互相垂直.可以用左手定则来判定. 借题发挥: 左手定则:伸开左手.让四指和大拇指都和手掌在一个平面内.且大拇指和四指互相垂直.将左手放入磁场中.让磁感垂直穿过掌心.让四指所指的方向与电流方向相同.则大拇指所指的方向就是导体受力的方向. [例2] 如图1所示.线圈为什么在甲图可旋转.而转到乙图时就不能继续旋转? 图1 解题思路: 通电线圈的边和边在磁场里受到力的作用.而边和边中的电流方向相反.所以受力方向也相反.边向上受力.边向下受力.且两力不在同一条直线上.如图甲.在两个力的作用下线圈就转动起来.当转到乙图的位置时.这两个力恰好方向相反.作用在同一条直线上.而且大小相等.方向相反且互相平衡.所以线圈在这个位置上可以保持平衡.就不再转动. 借题发挥: 通电线圈在磁场中转动消耗了电能.得到了机械能.这是电能转化机械能的过程. [例3] 如图2所示.有两闭合铝环.挂在一根水平光滑的绝缘杆上.当条形磁铁N极向左插向圆环时.两个铝环( ) A. 有感应电流但无相互作用 B. 有感应电流且有相互作用 C. 无感应电流和相互作用 D. 无感应电流有相互作用 图2 解题思路: 当条形磁铁的N极插向圆形铝环时.则闭合的铝环部分在做切割磁感线运动的铝环中会有感应电流产生.当铝环中有电流通过时.此时它们又都在磁场中.通电导体在磁场中会受力的作用.根据左手定则它们之间相互作用.所以答案为B. 借题发挥: 根据电磁感应可知有感应电流产生.这一点容易理解.可它们之间是否有相互作用很多同学不理解.可进一步思考通电导体在磁场中会受到力的作用.所以它们之间有相互作用. [例4] 一台电直流电动机接在6V电源上.线圈卡住不转时电流为5A.排除故障后电动机正常转动时.线圈中的电流为1A.求: (1)电动机总功率是多少? (2)电动机有用功率是多少? (3)这台电动机的机械效率是多少? 解题思路: 图3是电路图. 图3 (1)电动机的总功率就是电动机正常运转时电压与电流的乘积. (2)电动机在运转过程.因为电动机的线圈内有电阻.通电时电阻因发热而消耗电能.所以有用功率应该等于总功率减去发热功率.而发热功率就是正常运转时线圈内阻(R)与电流平方()的乘积.而线圈内阻要利用线圈通电不转的电压与电流的比值. ∴ (3)电动机的机械效率就是有用功与总功之比.而有用功和总功可以用公式: 表示. 其中时间是相同的.所以 答:电动机总功率为6W.有用功率为4.8W.它的机械效率为80%. 借题发挥: 本题可能会出现以下几种错误的解法:一是二是.这也是错误的.三是电动机的电阻: .这时电动机正在运转.只有部分电能转为热能.而大部分电能转化为机械能.只适用部分电路.另外有的同学容易将电功率和机械效率混为一谈. [例5] 用电池组向一台电动起重机模型通电.使它匀速吊起一个砝码.(1)用哪些仪器.什么方法可以测电动机输入功率.(2)用哪些仪器和什么方法.可测出起重机的输出功率.(3)写出起重机工作效率的表达式. 解题思路: (1)用电压表测出输入到电动机的电压U.用电流表测出输入到电动机中的电流.即可求出输入功率.. (2)用米尺测出砝码上升的高度.用天平测出砝码的质量.用秒表测出砝码上升的时间.即可求出输出功率. (3)机械效率: 借题发挥: 某同学用小电动机做竖直提升钩码的实验:(1)已知加在电动机两端的电压为2.5V.通过的电流强度是0.4A.这台电动机消耗的功率是多少W? (2)这台电动机把质量为200g的钩码提升1m用了4s.电动机对钩码做功的功率是多少W?() (3)这台电动机的机械效率是多少? 解: (1) (2) (3) 答: (1)这台电动机的消耗功率为1W. (2)电动机对钩码做功功率为0.5W. (3)这台电动机的机械效率为50%.

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