文档内容
20.4 电动机（导学案）
【学习目标】
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。
【学习重点】磁场对通电导线的作用。
【学习难点】直流电动机的构造和工作原理。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 磁场对通电导线的作用
通电导线在磁场中受到 的作用，力的方向跟 的方向和 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/不变）；如果两者的方向同时改变，则力的方向 （改
变/不变）。
2. 电动机
（1）电动机的原理及构造：电动机由能够转动的转子和固定不动的定子组成。电动机是利用通电
线圈在磁场中受 而转动的原理制成的。为了使电动机能持续转动，电动机上用到 ，当线
圈刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中 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 能转化成 能的机器。
【合作探究】
探究一、磁场对通电导线的作用
【想一想】我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用，磁体间通过磁场相互作用。通电导线周围
有磁场，那么通电导线是不是也会受到磁场的作用力呢？
1. 探究磁场对通电导线的作用
（1）提出问题：通电导线在磁场中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向与什么因素
有关？
（2）猜想与假设：通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向可能与磁场的方向、导体中电流的
方向有关。
（3）设计并进行实验
①如图所示，把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察记录现象。
②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察记录现象。③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方
向与原来相反，接通电源，观察记录现象。
④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方
向相反，接通电源，观察现象。
⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象。
【分析论证】
（1）分析实验①和②：在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。在实验②中，去掉蹄形磁体，
接通电源，直导线ab不运动。说明通电导体在 中才会受到力的作用。
（2）分析实验①和③：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说
明通电导体在磁场中受力的方向跟 的方向有关。
（3）分析实验①和④：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说明通电导
体在磁场中受力的方向跟 的方向有关。
（4）分析实验①和⑤：同时改变导线ab中的电流方向和磁感线方向，导线受力的方向 。
【实验结论】
通电导线在磁场中受到 的作用，力的方向跟 的方向、 的方向都有关系。
2. 探究磁场对通电线圈的作用
【想一想】实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。如果把一个通电线圈
放在磁场中，它又会怎样运动呢？
（1）设计并进行实验
【想一想】实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。如果把一个通电线圈
放在磁场中，它又会怎样运动呢？
（1）设计并进行实验
①如图甲所示，把一个可以绕中心轴转动的矩形线圈放入磁场中并通电，其电流方向为a→b → c
→ d，观察线圈的转动情况。
【现象】线圈沿顺时针方向转过一定角度，但不能持续转动。
②如图乙所示，改变电流方向，其电流方向为d→c → b → a，观察线圈的转动情况。【现象】线圈沿 时针方向转过一定角度，但不能持续转动。
③如图丙所示，保持电流方向不变a→b → c → d，对调磁极（改变磁感线的方向），观察线圈的
转动情况。
【现象】线圈沿 时针方向转过一定角度，但不能持续转动。
（2）分析论证
分析实验①与②现象，磁场的方向不变，当电流的方向发生改变时，线圈的转动方向发生改变，
但不能持续转动。
分析实验①与③现象，电流的方向不变，当改变磁场的方向时，线圈的转动方向发生改变，但不
能持续转动。
（3）实验结论
①通电线圈在磁场中的转动方向跟 的方向、 方向都有关系。
②通电线圈在磁场中会受力而转动，但 持续转动（选填“能”或“不能”）。
3. 探究通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因
（1）在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，cd边受
力方向竖直向下，方向相反，发生 转动（选填“顺时针”或“逆时针”）。
甲 乙
（2）当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。
这时由于 ，线圈还会继续转动。
（3）如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，磁场力作用的结果使线圈又 旋转（选填“顺时针”或“逆时针”）。
丙 丁
（4）通电线圈最后静止在 位置（图丁）。
4. 让线圈转起来——电动机模型
【想一想】通电线圈在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。如何使线圈持续地转动？
如果在线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，由于惯性，线圈继续转动。转动半周后再继续供电，
线圈不就可以持续转下去了吗？
【实验】制作电动机模型
（1）实验器材：漆包线、小刀、干电池、圆形强磁铁、羊眼钉、硬底板、木块、导线等。
（2）制作线圈：将粗漆包线制成一个线圈，把一端的绝缘漆全部刮掉，另一端只刮半周。
（3）组装器材：如图所示，将线圈的两端放在羊眼钉上，在线圈的下方置于圆形强磁铁，然后接
上电源，这样就制成了一个小小的电动机。通电后，看看线圈能否转动？
（4）小电动机的转动原理
实验中，将线圈一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮掉半周，线圈就能持续地转动起来。
【提问】把一端线圈的绝缘漆只刮掉半周的目的是什么？
【分析】将线圈一端的漆皮全部刮掉，另一端只刮掉半周，可以保证给线圈适时 电或 电。
这种设计，线圈每转一周，只有半周获得动力，在另半周线圈没有电流通过，线圈不受力，但由
于惯性继续转动，当转过这半周后，又回到原来的状态，线圈又受到向同方向转动的力，线圈就可以
持续转动下去。
【例题1】如图，闭合开关，铜棒向左运动，为使铜棒向右运动，下列操作不可行的是（ ）A．只对调电源的正、负极
B．只对调磁体的N、S极
C．导线①接A、C接线柱，导线②接B、D接线柱
D．同时对调电源正、负极和磁体N、S极
【例题2】小明为观察磁场对通电线圈的作用。如图所示，用漆包线做成线圈，线圈两端的漆全部
刮去，放在接有电源的金属支架上并放入磁体中。闭合开关后，看到线圈______（“持续转动”/“左
右摆动”/“静止不动”）。为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是下列哪两种______。
A．两侧全刮 B．一侧全刮，另一侧刮半周
C．两侧均刮上半周 D．一侧刮上半周，一侧刮下半周
探究二、电动机的基本构造
【想一想】前面的电动机模型中，能够持续转动，是因为在另半周线圈没有电流通过，线圈不受
力，靠惯性继续转动。如果在线圈转动的后半周，不是停止给线圈供电，而是设法改变后半周的电流
方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈不就能转得更平稳了吗？电动机就是根据这个原理工作的。
1. 电动机的组成
电动机由两部分组成：能够转动的线圈，也叫 ；固定不动的磁体，也叫 ；电动机工作
时，转子在定子中飞快地转动。
2. 换向器
（1）线圈不能连续转动的原因
如图所示，使线圈位于磁体两磁极间的磁场中并静止在图中所示位置上，闭合开关，发现线圈并
没有运动。这是由于线圈上下两个边受力大小一样、方向却相反。这个位置是线圈的 位置。线圈
不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力要阻碍它的转动。（2）使线圈能连续转动的方法
如果在越过了平衡位置后停止对线圈供电，由于惯性，线圈不是就能连续转下去了吗？
前面我们用刮去引线漆皮的办法来控制电路的通断，即一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮
上半周或下半周，从而保证给线圈适时供电或停电。这种设计，线圈每转一周，只有半周获得动力，
在另半周线圈将要受到阻碍它转动的力时没有电流通过，线圈不受力；当线圈靠惯性转过这半周后，
又回到原来的状态，线圈又受到向同方向转动的力，以保证线圈继续转动下去。
如果在线圈转动的后半周，不是停止给线圈供电，而是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。那么，如何使线圈在后半周也能获得向同方
向转动的力呢？
（3）换向器
实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。
①换向器的构造：两个 E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此
绝缘。A和B是 ，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。
②换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的 方向。
如图甲、乙所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的 都是从读者
这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是 的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
3. 直流电动机的工作原理
（1）如图甲所示，通电线圈在磁场中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反， 转动（选
填“顺时针”或“逆时针”）。甲 乙
（2）如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用 线圈
转过平衡位置。
（3）如图丙所示，线圈越过平衡位置后，利用 改变了电流方向，线圈受力方向改变，
仍然 转动（选填“顺时针”或“逆时针”）。
丙 丁
（4）如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了 的方向和受力方向，会继续转动。
4. 实际的电动机
（1）实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受
力的方向都能使它朝同一方向转动。
（2）电动机工作时，把 能转化为 能。
（3）家用电器用到的电动机。例如， 等都用到了电动机。
【例题3】如图的线圈abcd位于磁场中，ab和cd的受力方向______，（相同/不同）理由是：
________，此时线圈_____（在/不在）平衡位置。
【例题4】研究磁场对电流有力的作用。（1）利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在 “a”、“b”之间接入
________，根据该原理可制成________；
（2）若要继续研究导体受力的大小与电流大小的关系，可在上述电路中再串联一个___________，
改变电流大小后，根据____________可初步判断受力的大小是否发生改变；
（3）乙、丙两个图中，_______图的线圈恰好处于平衡位置；
探究三、扬声器是怎么发声的
【提问】学校的操场上挂着扬声器（喇叭），收音机、电视机、音响中都有扬声器，每天我们都
能听到扬声器发出的悠扬声音。扬声器是怎样发出声音的呢？
1. 作用：它是把 信号转变为 信号的装置。
2. 结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆。
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，由于线圈中的电流方向是不断的
变化，线圈就不断的来回 ，带动 也不断地来回振动，于是扬声器就发出了声音。
【例题5】如图所示是扬声器的结构图。当扬声器的线圈中通入因携带声音信息而时刻变化的电流
时，线圈会在永久磁体的作用下受到力的作用并带动纸盆振动发声。下列说法中错误的是（ ）
A．扬声器工作时是将电能转化为机械能
B．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动
C．扬声器中的永久磁体周围存在磁场
D．扬声器工作时线圈中的电流不变
【精讲点拨】
1. 通电导体在磁场中受力方向的变化情况可为以下三类：
（1）只有电流方向与原来相反，受力方向与原来相反；（2）只有磁场方向与原来相反，受力方向与原来相反；
（3）电流方向和磁场方向都与原来相反，则受力方向与原来相同。即“两反则不变”。
2. 区别“通电导体受磁场力的方向”、“通电导体受磁场力的大小” 的影响因素：
（1）磁场对通电导体力的方向取决于：磁场方向和电流的方向；
（2）磁场对通电导体力的大小取决于：磁场强弱和电流的大小。
3. 电动机中换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
【归纳整理】
第4节 电动机
【课堂练习】
1. 如图，闭合开关，铜棒向右运动，为使开关闭合后铜棒向左运动，下列操作可行的是（ ）
A．换用更细的铜棒 B．将磁体的N、S极对调
C．移动滑动变阻器的滑片 D．将电源正、负极和磁体N、S同时对调
2. 如图所示，两根绝缘细线悬挂着的导体，放在U形磁铁中央， 两端连接着导线。若要探究电
动机的工作原理，虚线方框中接入的实验器材是（ ）A．电源 B．电压表 C．灵敏电流计 D．滑动变阻器
3. 如图所示是扬声器（喇叭）的结构图。当扬声器的线圈中通入携带声音信息的时刻变化的电流
时，线圈会在永久磁体的作用下带动锥形纸盆振动发声。下列说法中正确的是（ ）
A．扬声器工作时是将机械能转化为电能
B．扬声器工作时线圈中不会有电流
C．扬声器中的永久磁体不会对线圈有作用力
D．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动
4. 如图所示，在“探究磁场对通电直导线的作用”实验中，小明把一根轻质的铝棒EF置于蹄形磁
体的磁场中。
（1）接通电源，通过观察___________来判断磁场对通电直导线有力的作用；
（2）若只将磁体的两极对调，接通电源，观察到铝棒EF会向相反方向运动，说明力的方向与
__________有关；
（3）小明想探究“通电直导线在磁场中受力大小是否与电流大小有关”，请你帮助他写出具体的
操作：___________；
5. 学习了电和磁的知识后，小明将强磁体靠近接在家庭电路中正在发光的白炽灯的灯丝，观察到
灯丝来回晃动，经过分析，他认为灯丝动起来的原因是_________；同时，由于通电灯丝的电流是交流
电，电流的_____周期性改变，最终使得灯丝来回晃动。6. 如图甲是叶子姐姐自制的小风扇，使用时发现小风扇转动，但风却向后吹。叶子姐姐设计了如
图乙所示的实验，探究其原因。
（1）闭合开关，给导体棒ab通电，发现导体棒ab向右运动，这表明导体棒ab在磁场中受到
_____ 的作用；
（2）保持磁场方向不变，将电源正、负极对调后接入电路，闭合开关，发现导体棒ab向左运动，
这表明_____________________；
（3）保持电流方向不变，将磁体的两极对调，闭合开关，发现导体棒ab向右运动，这表明
__________；
（4）上述实验的原理与_____装置的原理相同。
A．动圈式话筒 B．扬声器
7. 在研究“磁场对通电导体的作用”实验中：
（1）利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入_______（选填
“灵敏电流计”或“电源”）；
（2）在乙图中，通电后cd段导线受磁场力F 的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力F
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的方向是竖直向____（选填“上”或“下”）；
（3）要使图乙中的线圈持续转动，应在其外部加装换向器，自动改变线圈中的______方向。图乙中的设备将电能转化为_________。
8. 当开关闭合后，cd段所受到的磁场力的方向如图1所示。请画出图2和图3两种情况中ab段所
受到的磁场力的方向。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
