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12. 如图所示是研究电动机的工作过程.
(1)电动机的工作原理是磁场对
(2)图乙中的线圈所在的位置
(3)小明将丙图中直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，结果电动机却不能转动，他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动.模型刚开始不转的原因可能是
A. 直流电动机的铜半环与电刷接触不良
B. 电源电压太低
C. 线圈刚好处于平衡位置
D. 线圈中的电流太小
(1)电动机的工作原理是磁场对
通电线圈
有力的作用.图甲中，线圈左右两边框$ab$、$cd$的受力方向相反，其原因是电流方向不同
.(2)图乙中的线圈所在的位置
是
(选填“是”或“不是”)平衡位置，图中$C$、$D$组成的装置叫换向器
，它的作用是在线圈刚转过
(选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”)平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动.(3)小明将丙图中直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，结果电动机却不能转动，他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动.模型刚开始不转的原因可能是
C
(填字母).A. 直流电动机的铜半环与电刷接触不良
B. 电源电压太低
C. 线圈刚好处于平衡位置
D. 线圈中的电流太小
答案
通电线圈
电流方向不同
是
换向器
刚转过
C
电流方向不同
是
换向器
刚转过
C
解析
【分析】
我们可以分三个小问题逐步分析：
1. 对于第一问，首先回忆电动机的工作原理，电动机是依靠磁场对通电线圈的作用力工作的。观察图甲，线圈的ab和cd边处于同一磁场中，磁场方向相同，而两边的电流方向相反，根据受力方向与电流方向、磁场方向的关系，可知受力方向相反的原因是电流方向不同。
2. 第二问，平衡位置的定义是线圈平面与磁场方向垂直的位置，图乙中线圈的位置符合这个特征，所以是平衡位置。C、D组成的装置是换向器，它的作用是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而让线圈能持续转动下去。
3. 第三问，分析各选项：A选项铜半环与电刷接触不良，会导致电路不通，碰一下也无法正常转动；B选项电源电压太低、D选项线圈电流太小，会导致线圈受力过小，碰一下也不能正常转动；只有当线圈刚好处于平衡位置时，线圈受力平衡，没有转动的趋势，用手碰一下使线圈离开平衡位置，就能正常转动，所以选C。
【解析】
(1) 电动机的工作原理是磁场对通电线圈有力的作用。在图甲中，ab、cd边所处的磁场方向相同，但通过两边的电流方向不同，根据磁场对通电导体的受力规律，受力方向与电流方向和磁场方向有关，因此两边受力方向相反。
(2) 图乙中线圈平面与磁场方向垂直，符合平衡位置的定义，所以该位置是平衡位置。C、D组成的装置叫换向器，它的作用是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。
(3) 对各选项逐一分析：
A. 若铜半环与电刷接触不良，电路处于断路状态，即使碰一下线圈，电路仍不通，电动机无法转动，不符合题意；
B. 电源电压太低，线圈受力过小，碰一下线圈也无法获得足够动力正常转动，不符合题意；
C. 线圈刚好处于平衡位置时，线圈受力平衡，无转动趋势，用手碰一下使线圈离开平衡位置，电动机就能正常转动，符合题意；
D. 线圈中的电流太小，线圈受力不足，碰一下也无法正常转动，不符合题意。
因此选C。
【答案】
(1) 通电线圈；电流方向不同
(2) 是；换向器；刚转过
(3) C
【知识点】
电动机工作原理；平衡位置判断；换向器作用
【点评】
本题围绕电动机的工作过程，综合考查了电动机的工作原理、平衡位置的判断、换向器的作用以及电动机常见故障分析，需要对电动机的工作机制有清晰的理解，注重基础知识的综合应用。
【难度系数】
0.6
我们可以分三个小问题逐步分析：
1. 对于第一问，首先回忆电动机的工作原理，电动机是依靠磁场对通电线圈的作用力工作的。观察图甲，线圈的ab和cd边处于同一磁场中，磁场方向相同，而两边的电流方向相反，根据受力方向与电流方向、磁场方向的关系，可知受力方向相反的原因是电流方向不同。
2. 第二问，平衡位置的定义是线圈平面与磁场方向垂直的位置，图乙中线圈的位置符合这个特征，所以是平衡位置。C、D组成的装置是换向器，它的作用是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而让线圈能持续转动下去。
3. 第三问，分析各选项：A选项铜半环与电刷接触不良，会导致电路不通，碰一下也无法正常转动；B选项电源电压太低、D选项线圈电流太小，会导致线圈受力过小，碰一下也不能正常转动；只有当线圈刚好处于平衡位置时，线圈受力平衡，没有转动的趋势，用手碰一下使线圈离开平衡位置，就能正常转动，所以选C。
【解析】
(1) 电动机的工作原理是磁场对通电线圈有力的作用。在图甲中，ab、cd边所处的磁场方向相同，但通过两边的电流方向不同，根据磁场对通电导体的受力规律，受力方向与电流方向和磁场方向有关，因此两边受力方向相反。
(2) 图乙中线圈平面与磁场方向垂直，符合平衡位置的定义，所以该位置是平衡位置。C、D组成的装置叫换向器，它的作用是在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈持续转动。
(3) 对各选项逐一分析：
A. 若铜半环与电刷接触不良，电路处于断路状态，即使碰一下线圈，电路仍不通，电动机无法转动，不符合题意；
B. 电源电压太低，线圈受力过小，碰一下线圈也无法获得足够动力正常转动，不符合题意；
C. 线圈刚好处于平衡位置时，线圈受力平衡，无转动趋势，用手碰一下使线圈离开平衡位置，电动机就能正常转动，符合题意；
D. 线圈中的电流太小，线圈受力不足，碰一下也无法正常转动，不符合题意。
因此选C。
【答案】
(1) 通电线圈；电流方向不同
(2) 是；换向器；刚转过
(3) C
【知识点】
电动机工作原理；平衡位置判断；换向器作用
【点评】
本题围绕电动机的工作过程，综合考查了电动机的工作原理、平衡位置的判断、换向器的作用以及电动机常见故障分析，需要对电动机的工作机制有清晰的理解，注重基础知识的综合应用。
【难度系数】
0.6
13. 在安装直流电动机模型的实验中：
(1)小明将电动机、变阻器、电源、开关串联起来，闭合开关，发现线圈不转，他用手轻轻转了一下线圈，电动机模型开始正常转动.当小明调节滑片，使电路中电流增大，发现电动机的线圈转速
(2)为进一步研究直流电动机，他测得通过当电动机两端的电压为$5\ \mathrm{V}$时，通过电动机的电流为$0.5\ \mathrm{A}$，而当电动机两端的电压为$1\ \mathrm{V}$时，电动机线圈不转，电流表的示数仍为$0.5\ \mathrm{A}$，则该电动机线圈的电阻为
(3)当电动机两端的电压为$5\ \mathrm{V}$，电动机工作$1\ \mathrm{min}$所消耗的电能为
(1)小明将电动机、变阻器、电源、开关串联起来，闭合开关，发现线圈不转，他用手轻轻转了一下线圈，电动机模型开始正常转动.当小明调节滑片，使电路中电流增大，发现电动机的线圈转速
加快
(选填“加快”“不变”或“减慢”).(2)为进一步研究直流电动机，他测得通过当电动机两端的电压为$5\ \mathrm{V}$时，通过电动机的电流为$0.5\ \mathrm{A}$，而当电动机两端的电压为$1\ \mathrm{V}$时，电动机线圈不转，电流表的示数仍为$0.5\ \mathrm{A}$，则该电动机线圈的电阻为
2
$\Omega$.(3)当电动机两端的电压为$5\ \mathrm{V}$，电动机工作$1\ \mathrm{min}$所消耗的电能为
150
$\mathrm{J}$，其中转化为机械能的是120
$\mathrm{J}$.答案
加快
2
150
120
2
150
120
解析
【分析】
1. 第(1)问：直流电动机的转速与电流大小相关，在磁场强弱不变时，电路中电流越大，线圈受到的磁场作用力越大，转速就越快，因此电流增大时线圈转速会加快。
2. 第(2)问：当电动机线圈不转时，电动机相当于纯电阻用电器，电能全部转化为内能，此时欧姆定律适用，可通过公式$R=\frac{U}{I}$计算线圈电阻。
3. 第(3)问：消耗的电能可根据电功公式$W=UIt$计算；转化的机械能等于消耗的总电能减去线圈产生的内能，内能利用焦耳定律$Q=I^2Rt$计算，再用总电能减去内能得到机械能。
【解析】
(1) 直流电动机的转速与电流大小有关，在磁场强度不变的情况下，电流越大，线圈受到的磁场作用力越大，转速加快，故填“加快”。
(2) 当电动机线圈不转时，电动机为纯电阻电路，由欧姆定律可得线圈电阻：
$R=\frac{U}{I}=\frac{1\ \mathrm{V}}{0.5\ \mathrm{A}}=2\ \Omega$
(3) 电动机工作1min消耗的电能：
$W=UIt=5\ \mathrm{V} × 0.5\ \mathrm{A} × 60\ \mathrm{s}=150\ \mathrm{J}$
1min内线圈产生的内能：
$Q=I^2Rt=(0.5\ \mathrm{A})^2 × 2\ \Omega × 60\ \mathrm{s}=30\ \mathrm{J}$
转化为机械能的能量：
$W_{\mathrm{机械}}=W-Q=150\ \mathrm{J}-30\ \mathrm{J}=120\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) 加快；(2) $2$；(3) $150$；$120$
【知识点】
直流电动机工作特性；欧姆定律应用；电功与电热计算
【点评】
本题考查直流电动机的转速影响因素、纯电阻与非纯电阻电路的区分及电功、电热的计算。关键在于明确电动机转动时是非纯电阻电路，不转时是纯电阻电路，计算电阻需用不转时的电压和电流，机械能通过总电能减去内能得到。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：直流电动机的转速与电流大小相关，在磁场强弱不变时，电路中电流越大，线圈受到的磁场作用力越大，转速就越快，因此电流增大时线圈转速会加快。
2. 第(2)问：当电动机线圈不转时，电动机相当于纯电阻用电器，电能全部转化为内能，此时欧姆定律适用，可通过公式$R=\frac{U}{I}$计算线圈电阻。
3. 第(3)问：消耗的电能可根据电功公式$W=UIt$计算；转化的机械能等于消耗的总电能减去线圈产生的内能，内能利用焦耳定律$Q=I^2Rt$计算，再用总电能减去内能得到机械能。
【解析】
(1) 直流电动机的转速与电流大小有关，在磁场强度不变的情况下，电流越大，线圈受到的磁场作用力越大，转速加快，故填“加快”。
(2) 当电动机线圈不转时，电动机为纯电阻电路，由欧姆定律可得线圈电阻：
$R=\frac{U}{I}=\frac{1\ \mathrm{V}}{0.5\ \mathrm{A}}=2\ \Omega$
(3) 电动机工作1min消耗的电能：
$W=UIt=5\ \mathrm{V} × 0.5\ \mathrm{A} × 60\ \mathrm{s}=150\ \mathrm{J}$
1min内线圈产生的内能：
$Q=I^2Rt=(0.5\ \mathrm{A})^2 × 2\ \Omega × 60\ \mathrm{s}=30\ \mathrm{J}$
转化为机械能的能量：
$W_{\mathrm{机械}}=W-Q=150\ \mathrm{J}-30\ \mathrm{J}=120\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) 加快；(2) $2$；(3) $150$；$120$
【知识点】
直流电动机工作特性；欧姆定律应用；电功与电热计算
【点评】
本题考查直流电动机的转速影响因素、纯电阻与非纯电阻电路的区分及电功、电热的计算。关键在于明确电动机转动时是非纯电阻电路，不转时是纯电阻电路，计算电阻需用不转时的电压和电流，机械能通过总电能减去内能得到。
【难度系数】
0.6
