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任务二 让线圈在磁场中转起来
(一)通电导线在磁场中会受力运动,如图甲所示,将直导线折成线圈,两端支撑起来并接在电源两极上,闭合开关,线圈在磁场中会不会受力转动呢? 我们了解一下通电线圈在磁场中的转动情况,回答下列问题。
问题1:使线圈静止在图丙位置,闭合开关,发现线圈没有转动。这是因为线圈上下两个边受力大小
问题2:使线圈静止在图乙位置,闭合开关,线圈受力沿顺时针方向转动,能靠
问题3:使线圈静止在图丁位置,这是线圈冲过平衡位置之后所能达到的位置。闭合开关,线圈沿逆时针方向转动,说明线圈在这个位置所受的力
(二)我们发现,线圈不能连续转动,是因为线圈越过平衡位置后,受到的磁场对它的力阻碍了它的转动。如果在越过了平衡位置后立即改变电流方向,线圈不就能连续转动下去了吗? 那么,用什么方法改变电流方向呢? 直流电动机的换向器就能实现这项功能。
问题4:如图戊所示的换向器,两个铜半环E和F跟线圈两端相连,彼此绝缘,随线圈一起转动,电刷A和B跟半环接触,使电源和线圈组成闭合电路,无论线圈的哪个边,只要靠近磁体S极一侧,电流方向就会
知识归纳
1. 电动机原理:通电线圈在磁场中受力转动。
2. 能量转化:电能转化为机械能。
3. 换向器:线圈平面每转到平衡位置立即改变线圈中的电流方向。
应用迁移
(一)通电导线在磁场中会受力运动,如图甲所示,将直导线折成线圈,两端支撑起来并接在电源两极上,闭合开关,线圈在磁场中会不会受力转动呢? 我们了解一下通电线圈在磁场中的转动情况,回答下列问题。
问题1:使线圈静止在图丙位置,闭合开关,发现线圈没有转动。这是因为线圈上下两个边受力大小
相等
、方向相反
。这个位置是线圈的平衡位置。问题2:使线圈静止在图乙位置,闭合开关,线圈受力沿顺时针方向转动,能靠
惯性
越过平衡位置,但不能继续转下去,最后要返回平衡位置。问题3:使线圈静止在图丁位置,这是线圈冲过平衡位置之后所能达到的位置。闭合开关,线圈沿逆时针方向转动,说明线圈在这个位置所受的力
阻碍
它沿顺时针方向转动。(二)我们发现,线圈不能连续转动,是因为线圈越过平衡位置后,受到的磁场对它的力阻碍了它的转动。如果在越过了平衡位置后立即改变电流方向,线圈不就能连续转动下去了吗? 那么,用什么方法改变电流方向呢? 直流电动机的换向器就能实现这项功能。
问题4:如图戊所示的换向器,两个铜半环E和F跟线圈两端相连,彼此绝缘,随线圈一起转动,电刷A和B跟半环接触,使电源和线圈组成闭合电路,无论线圈的哪个边,只要靠近磁体S极一侧,电流方向就会
改变
,这时它的受力方向总相同
,线圈就可以不停地转动下去了。知识归纳
1. 电动机原理:通电线圈在磁场中受力转动。
2. 能量转化:电能转化为机械能。
3. 换向器:线圈平面每转到平衡位置立即改变线圈中的电流方向。
应用迁移
答案
1. 相等 相反
2. 惯性
3. 阻碍
4. 改变 相同
2. 惯性
3. 阻碍
4. 改变 相同
解析
【分析】
逐个问题梳理解题思路：
1. 平衡位置时，线圈上下边电流、磁场均相同，根据通电导体在磁场中受力规律，受力大小相等；因电流方向相反，受力方向相反，形成平衡力，线圈静止。
2. 线圈转动到平衡位置后，依靠自身惯性保持运动状态，从而越过平衡位置。
3. 线圈冲过平衡位置到丁位置时，受力方向与原转动方向（顺时针）相反，会阻碍线圈顺时针转动，表现为逆时针转动。
4. 换向器的作用是线圈转过平衡位置后改变电流方向，使靠近S极一侧的电流方向改变，受力方向保持相同，让线圈持续转动。
【解析】
问题1：通电线圈在平衡位置时，上下两个边的电流大小、磁场强度均相同，故受力大小相等；两个边电流方向相反，因此受力方向相反，是一对平衡力，线圈保持静止。
问题2：线圈转动到平衡位置后，由于具有惯性，会保持原来的运动状态，从而越过平衡位置。
问题3：线圈在丁位置时，所受的力方向与原转动方向（顺时针）相反，因此会阻碍线圈沿顺时针方向转动，表现为沿逆时针方向转动。
问题4：换向器的功能是当线圈转过平衡位置后改变线圈中的电流方向，使得靠近磁体S极一侧的电流方向改变，受力方向保持相同，线圈即可持续转动。
【答案】
1. 相等 相反
2. 惯性
3. 阻碍
4. 改变 相同
【知识点】
通电导体受力、电动机原理、换向器作用
【点评】
本题围绕直流电动机的基础工作原理展开，考查平衡位置、惯性、换向器作用等核心基础知识点，是电动机章节的典型基础题，需理解受力与转动的关联。
【难度系数】
0.5
逐个问题梳理解题思路：
1. 平衡位置时，线圈上下边电流、磁场均相同，根据通电导体在磁场中受力规律，受力大小相等；因电流方向相反，受力方向相反，形成平衡力，线圈静止。
2. 线圈转动到平衡位置后，依靠自身惯性保持运动状态，从而越过平衡位置。
3. 线圈冲过平衡位置到丁位置时，受力方向与原转动方向（顺时针）相反，会阻碍线圈顺时针转动，表现为逆时针转动。
4. 换向器的作用是线圈转过平衡位置后改变电流方向，使靠近S极一侧的电流方向改变，受力方向保持相同，让线圈持续转动。
【解析】
问题1：通电线圈在平衡位置时，上下两个边的电流大小、磁场强度均相同，故受力大小相等；两个边电流方向相反，因此受力方向相反，是一对平衡力，线圈保持静止。
问题2：线圈转动到平衡位置后，由于具有惯性，会保持原来的运动状态，从而越过平衡位置。
问题3：线圈在丁位置时，所受的力方向与原转动方向（顺时针）相反，因此会阻碍线圈沿顺时针方向转动，表现为沿逆时针方向转动。
问题4：换向器的功能是当线圈转过平衡位置后改变线圈中的电流方向，使得靠近磁体S极一侧的电流方向改变，受力方向保持相同，线圈即可持续转动。
【答案】
1. 相等 相反
2. 惯性
3. 阻碍
4. 改变 相同
【知识点】
通电导体受力、电动机原理、换向器作用
【点评】
本题围绕直流电动机的基础工作原理展开，考查平衡位置、惯性、换向器作用等核心基础知识点，是电动机章节的典型基础题，需理解受力与转动的关联。
【难度系数】
0.5
【应用2】(多选)如图,兴趣小组制作了一个电动机,给线圈通电,轻轻一推,线圈就会持续转动。下列关于电动机的说法正确的是 (
A.电动机主要由磁体和线圈组成
B.电动机主要把动能转化为电能
C.对调电源正、负极可以改变线圈的转动方向
D.电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻无关
特别提醒:(1)改变电流方向或磁场方向可以改变线圈的转动方向;(2)改变电流大小或磁场强弱,可以改变线圈的转速。
AC
)A.电动机主要由磁体和线圈组成
B.电动机主要把动能转化为电能
C.对调电源正、负极可以改变线圈的转动方向
D.电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻无关
特别提醒:(1)改变电流方向或磁场方向可以改变线圈的转动方向;(2)改变电流大小或磁场强弱,可以改变线圈的转速。
答案
AC 解析:电动机主要由磁体和线圈组成,故 A 正确;电动机主要把电能转化为动能,故B错误;对调电源正、负极,改变了电流方向,可以改变线圈的转动方向,故 C 正确;由 $Q=I^{2}Rt$ 可知,电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻有关,故 D 错误。
解析
【分析】要解决这道题，需逐一分析每个选项对应的电动机相关知识点：回忆电动机的基本组成、能量转化、转动方向的影响因素，以及焦耳定律的内容，再判断各选项的正误。
【解析】
1. 分析选项A：电动机的主要组成部分是提供磁场的磁体和受力转动的线圈，因此A正确。
2. 分析选项B：电动机工作时消耗电能，输出机械能（动能），能量转化是电能转化为机械能，“动能转化为电能”是发电机的能量转化，故B错误。
3. 分析选项C：电动机线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，对调电源正负极会改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的转动方向，故C正确。
4. 分析选项D：根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻、电流大小、通电时间都有关，因此热量与线圈电阻有关，故D错误。
综上，正确选项为AC。
【答案】AC
【知识点】电动机的构造、电动机的能量转化、焦耳定律
【点评】本题考查电动机的基础知识点，涵盖构造、能量转化、转动方向影响因素及焦耳定律的应用，属于对基础概念的考查，难度适中。
【难度系数】0.5
【解析】
1. 分析选项A：电动机的主要组成部分是提供磁场的磁体和受力转动的线圈，因此A正确。
2. 分析选项B：电动机工作时消耗电能，输出机械能（动能），能量转化是电能转化为机械能，“动能转化为电能”是发电机的能量转化，故B错误。
3. 分析选项C：电动机线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，对调电源正负极会改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的转动方向，故C正确。
4. 分析选项D：根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，电流通过线圈产生的热量与线圈的电阻、电流大小、通电时间都有关，因此热量与线圈电阻有关，故D错误。
综上，正确选项为AC。
【答案】AC
【知识点】电动机的构造、电动机的能量转化、焦耳定律
【点评】本题考查电动机的基础知识点，涵盖构造、能量转化、转动方向影响因素及焦耳定律的应用，属于对基础概念的考查，难度适中。
【难度系数】0.5
