20.4 电动机（考点解读）（原卷版）

204 电动机（考点解读）（原卷版） 1、扬声器和耳机的构造和原理 （1）扬声器和耳机构造如图：永久磁体、线圈、锥形纸盆； （2）原理：通电导体在磁场中受力； （3）工作过程：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流，使得在一个瞬间 和下一个瞬间产生不同方向的磁场，线圈就不断地来回振动，纸盆也就振动起来，便发出 了声音； （4）话筒把声信号转化为电信号，扬声器把电信号转化为声信号；话筒中机械能转化为 电能，扬声器中电能转化为机械能； 2、直流电动机的原理：电动机是利用通电线圈在磁场中受力而转动的原理制成的； （1）导体受力的方向用左手定则确定； ※左手定则：左手平展，手心对准极，大拇指与并在一起的四指垂直 ，四指指向电流方向， 大拇指所指的方向为受力方向。 （2）电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力，当转子上的线 圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交 替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦磁力方向不变，所以电机能保持一个 方向转动。 3、直流电动机的构造和工作过程 （1）直流电机的结构应由定子、转子和换向器组成； （2）直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、 主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成； （3）运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电 机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和 风扇等组成； （4）转子中有两组以上的线圈，由漆包线绕制而成，称之为绕组．当绕组中有电流通过 时产生磁场，该磁场与定子的磁场产生力的作用．由于定子是固定不动的，因此转子在力 的作用下转动； （5）换向器是直流电动机的一种特殊装置，由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中 间是绝缘片；在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连 接；当转子转过一定角度后，换向器将供电电压接入另一对绕组，并在该绕组中继续产生 磁场。 4、磁场对通电导线的作用 （1）磁场对通电导线有力的作用； （2）其作用方向与电流的方向、磁场的方向有关。 【考点1 磁场对通电导线的作用】 【典例1-1】（2023•庐阳区校级三模）如图所示，放在磁铁中的线圈和B 用导线串联。当 用力使线圈向右运动时，发现悬挂着的线圈B 也随着摆动，则线圈与磁铁的组合与下面 哪种器件原理相似（ ） ．电磁铁 B．电动机 ．扬声器 D．发电机 【典例1-2】（2023•威远县校级二模）如图，闭合开关，观察到金属杆向左运动，说明磁 场对通电导体有力的作用，利用这种现象可以制成 ；断开开关对调、S 磁极， 再次闭合开关，观察到金属杆向 运动。 【变式1-1】（2023•鼓楼区校级一模）如图所示的电磁秋千的底部由线圈缠绕而成，线圈 的下方放置一块磁铁，给线圈通电后，线圈发生偏转，又由于重力和惯性，秋千来回摆 动，若想让电磁秋千摆得更高些，下列做法合理的是（ ） ．仅对调磁铁的磁极 B．仅减少线圈的匝数 ．仅增加电池的节数 D．仅改变电池的方向 【变式1-2】（2023•安徽模拟）如图所示的装置，闭合开关，用外力使导体棒b 水平向左 移动，发现导体棒d 也随之运动起来。此实验装置中的乙部分，应用的物理原理是 。 【考点2 扬声器和耳机的构造原理】 【典例2-1】（2023•清江浦区二模）扬声器工作时，变化的电流流过扬声器的线圈，线圈 就会在磁场中振动，如图能反映扬声器的工作原理的是（ ） ． B． ． D． 【典例2-2】（2023•广安区校级模拟）如图为悬浮式无线蓝牙音箱，该产品底座里有一个 电磁铁，可使箱体悬在空中，这是根据同名磁极相互 的原理实现的。音箱内的扬 声器工作原理与 原理相同（填“电动机”或“发电机”）。 【变式2-1】（2023•和平区三模）如图，扬声器线圈中，通入携带声音信息、时刻变化的 电流，使得它在一个瞬间和下一个瞬间受到不同的力，于是带动纸盆振动起来发出声音。 扬声器原理与下列哪个装置相同（ ） ．电动机 B．发电机 ．电磁铁 D．电磁继电器 【变式2-2】（2022 春•日照期中）如图为扬声器的示意图，是把 转化为声音信号的 一种装置，与 原理相同。 【考点3 直流电动机的原理】 【典例3-1】（2023•九龙坡区校级模拟）如图所示，有关于现象的说法正确的是（ ） ．图甲所示原理与电动机工作原理相同 B．图乙中通电螺线管右端为极 ．图丙中电能表可直接测量电功率大小 D．图丁中电路符合安全用电要求 【典例3-2】（2023•任城区校级二模）电动机的工作原理是 。在研究 一个微型电动机的性能时，应用了如图所示的试验电路。闭合开关，当调节滑动变阻器 R 时，电动机未转动。轻轻转一下电机的转轴，电动机转动起来。将这两个状态下电表 的测量数据记录在如表中。分析数据可知：这个电动机内部线圈的电阻是 Ω，这 个电动机正常运转的输出功率是 。 电动机状态 U/V / 停止转动 4 4 正常转动 18 12 【变式3-1】（2023•菏泽三模）如图，2023 年3 月20 日，全球首款双座水上电动飞机正式 交付使用，其核心装置是电动机。下列装置中与电动机原理相同的是（ ） ． B． ． D． 【变式3-2】（2023•汉阴县二模）中国的无人机技术发展迅速，水平居世界前沿。无人机 的旋翼由电动机驱动，电动机的工作原理是 。操纵无人机飞行控 制器右手的“调速”手柄（如图所示）。可改变飞行的速度，与这个“调速”手柄联动 的电路元件实质是一个 ；这个装置用的时间长了，上面会聚集大量的灰尘而接 触不良，这说明灰尘属于 （选填“半导体”、“导体”或“绝缘体”）。 【考点4 直流电动机的原理】 【典例4-1】（2023•电白区模拟）如图直流电动机（已安装换向器）的两个不同时刻的工 作原理图，下列分析正确的是（ ） ．甲图导线b 和乙图导线d 电流方向相反，受力方向相反 B．从上往下看，线圈中电流方向都是逆时针方向 ．导线d 在这两个时刻电流方向相同，转动方向相同 D．导线b 在这两个时刻电流流向不同，受力方向不同 【典例4-2】（2023•江阴市校级模拟）如图，图 是直流电动机的示意图；图中的铜制 半环E、F 和电刷、B 组成了 ，其作用是线圈刚过 位置时，自动改变电 流方向。 【变式4-1】（2022 秋•石家庄期末）要想使一台直流电动机的转速增大一些，下列方法中 不可能达到目的的是（ ） ．增大线圈中的电流 B．更换电源，用电压较高的直流电源 ．再增加一个磁体，使该磁体产生的磁场与原有的磁场方向一致 D．将磁体的磁极对调一下 【变式4-2】（2022 秋•连山区月考）如图所示，综合实践小组的同学用一段漆包线绕成线 圈bd，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半圈。将线圈bd 放在 用硬金属丝做成的支架m、上，并按图示连接电路，则电磁铁的上端是 极。闭合 开关，用手轻推一下线圈，线圈 （选填“会”或“不会”）持续转动，这就是简 易的 （选填“发电机”或“电动机”）。 一、选择题。 1．（2023•涟水县校级二模）一个不能打开的盒子外面露出一段细长的导线，用下列甲、 乙两个实验来判断导线中是否有电流（ ） ．只有甲实验能实现 B．只有乙实验能实现 ．甲、乙两实验都能实现 D．甲、乙两实验都不能实现 2．（2023•炎陵县模拟）我国可以生产一种无针注射器，该注射器通电时，通电线圈的磁 场与永久磁体的磁场相互作用产生强大的推力，使药液以高速注入皮肤，如图能反映其 工作原理的是（ ） ． B． ． D． 3．（2023•双流区校级二模）如图银行智能机器人。它可以和客户对话，协助办理业务。 不仅有趣，还提高了银行业务的办理效率。以下有关智能机器人的说法，不正确的是（ ） ．智能机器人可以检测人的体温，是通过紫外线进行监测的 B．智能机器人能发出声音，是将电信号转化为声信号 ．科学家设计智能机器人时，会尽量选择可循环利用的材料 D．智能机器人工作时会发热，未来有望通过超导技术改善 4．（2022 秋•太康县期末）将小电动机与小灯泡按如图所示的电路连接，在小电动机的转 轴上绕线，然后用力拉线，使小电动机转动，在小电动机转动的过程中，小灯泡发光关 于此现象，下列说法中正确的是（ ） ．该现象的原理是电流的磁效应 B．该现象的原理是磁场对电流的作用 ．该过程中，磁产生了电，使小灯泡发光 D．该过程中，电产生了磁，使电动机转动 5．（2021•越秀区一模）甲、乙两图中的矩形线圈摆放情况如图所示，甲图中线圈与磁场 平行，乙图中线圈与磁场垂直，现在给它们通以相同的电流，甲图中导线b 的受力情况 如图所示，则下列说法正确的是（ ） ．甲图中导线b 和d 受力方向相反，线圈能转动 B．乙图中导线b 和d 受力方向相反，线圈能转动 ．甲图中导线b 和d 受力方向相同，线圈能转动 D．甲乙图中导线b 受到的力的方向不同 6．（2022•铁西区校级模拟）随着社会各界对环保越来越重视，纯电动汽车逐渐受到人们 的青睐，如图所示为智慧灯杆给电动汽车充电的场景，下列说法正确的是（ ） ．汽车行驶时是靠发电机提供动力 B．高速行驶时汽车会受到升力作用 ．给汽车充电时，将电能转化为内能 D．给汽车充电时，智慧灯杆相当于用电器 7．（2022•乳山市模拟）如图所示，小明同学在实验室装配电动机模型时，正确连接电路 后闭合开关，发现电动机并没有如期转动起来，于是他做了以下调节： ①向左移动滑动变阻器滑片； ②调节线圈的初始位置； ③更换电压更大的电源； ④改变电源的正负极； ⑤改变磁场方向。 你认为他可能使电动机转动起来的操作是（ ） ．①②③ B．①③④ ．③④⑤ D．①④⑤ 8．（2023•文山市一模）（多选）利用如图所示的装置进行实验，对实验现象解释正确的 是（ ） ．甲图中用毛皮摩擦过的橡胶棒带了电，是因为在摩擦过程中电荷发生了转移 B．乙图中在磁体两端的铁屑较多，是因为磁体两端的磁性较强 ．丙图中接通电源后小磁针会发生偏转，是因为电流周围存在磁场 D．丁图中闭合开关后金属棒运动起来，是电磁感应现象 9．（2023•港南区三模）（多选）如图甲所示，小明家有一款磁悬浮音箱，音箱底部有一 块磁铁，圆柱状底座内部有电磁铁。他发现这个底座内电路与图乙所示电路原理相同。 闭合开关，音箱悬浮空中，下列判断正确的是（ ） ．底座通电后能产生磁场，端应该是极 B．底座通电后能产生磁场，与电动机的工作原理相同 ．将滑片P 向右滑至某处，音箱将再次悬浮，此时音箱受到磁力与调节P 之前大小相等 D．保持其它条件不变，减少线圈匝数，S 闭合时，音箱在底座上悬浮时的高度会变高 二、填空题。 10．（2023•确山县一模）福建舰是我国首次采用电磁弹射技术的航母，如图是其工作原理 简图。甲板下方的直线弹射电机在通有强大电流时受到强磁场的作用而迅速加速，将飞 机加速到能够起飞的速度，其中的物理原理是 ；电磁弹射的功 率约为100 兆瓦，弹射一架飞机的时间约为45s，则弹射一架飞机消耗的电能约为 k•，请你再举出与此原理相同的一种家用电器： 。 11．（2022•柘城县校级模拟）如图所示，电影《长津湖》中趴在雪地上的中国人民志愿军 岿然不动，从他们口中呼出的水蒸气在眉毛上结了一层厚厚的“霜”。“霜”的形成过 程需要 （选填“吸收”或“放出”）热量。战士们吃的熟土豆在﹣40℃的严寒 中变得像石头一样坚硬，必须用身体捂热变软之后才能吃。“焐热”是通过 （选 填“做功”或“热传递”）的方式改变土豆的内能。在电影院观影时声音通过扬声器传 遍放映厅的每个角落，扬声器的工作原理是 。 12．（2023•嘉祥县二模）北京冬奥会的高科技绿色环保场馆，场馆实现100%绿电，某小 型场馆的压缩机组的供电功率为190kV•，工作电压为380V，其工作的总电流为 ， 压缩机的核心部件——电动机，其工作原理是 。 13．（2022 春•嵊州市期中）如图是安装好的直流电动机模型接入电路的情况。 （1）如图，电动机的工作原理是 。 （2）合上开关，假定电动机会按顺时针方向转动，若要使电动机逆时针转动，请写出 一种方法 。 （3）合上开关，若将滑动变阻器的滑片P 向左移动，则电动机的转速将 （变小/ 变大/不变）。 三、实验探究题。 14．（2023•霍邱县一模）小华学习了电磁方面的知识后，做了以下几个实验。 （1）在图甲中，闭合开关后，将电源正负极对调，发现小磁针的偏转方向发生改变。 这样操作是为了探究通电螺线管外部磁场方向和 有关。 （2）根据 装置（选填“甲”、“乙”或“丙”）的原理，发明了动圈式扬声器。 15．（2023•即墨区一模）如图甲；把扬声器连接在干电池上，即使线圈中的电流足够大， 它也不持续发声，这是为何呢？为此，小宇组装了如图乙所示的装置进行探究。 （1）闭合开关，观察到铝棒b 向左运动，说明磁场对 导线有力的作用，利用此 原理可制成 机；断开开关，把电源正、负极对调后接入电路，闭合开关，观察到 b 向 运动。 （2）图甲中，线圈在磁场中受力方向 ，不能使纸盆来回 ，故不能持续发声。 16．（2023•姑苏区模拟）利用图甲所示的装置“观察磁场对通电直导线的作用”。 （1）应在从M、之间接入 （选填“小量程电流表”、“电源”或“灯泡”）， 装置中的导体棒应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）； （2）如图乙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体极水平指向S 极，且线圈所处的 空间磁场强弱是恒定不变的。通电后若d 段导线受磁场力的方向为竖直向下，则b 段导 线所受磁场力的方向是 ，这两个力 （选填“是”或“不是”）一对平衡 力，理由是 。 （3）小明自制了一个电动机，将线圈漆包线两端的漆全部刮去后，用导电支架托住， 放入磁场中（如图丙所示）。闭合开关，发现线圈不能持续转动，只能在平衡位置附近 摆动。线圈处于平衡位置时，线圈平面与磁感线 （选填“平行”或“垂直”）； 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 。 两侧全刮 B 一侧全刮，另一侧刮半周 两侧均刮上半周 D 一侧刮上半周，一侧刮下半周 四、解答题。 17．（2023•鲁山县一模）2022 年6 月17 日上午，中国完全自主设计建造的首艘弹射型航 空母舰福建舰下水命名仪式在江南造船厂举行。它采用平直通长飞行甲板，配置电磁弹 射和阻拦装置，满载排水量近8 万吨，满载吃水深度13m 左右。部分飞机存放于机库中， 起飞时，先由升降机将近47t 的战斗机运送到10m 高的甲板上，再由电磁弹射起飞。理 论上，电磁弹射可以让战斗机经过99m 长度历时3s 的加速后，以140 节（约72m/s）的 速度离开航母。（g＝10/kg，海水密度取为纯水密度） （1）电磁弹射器是将电能转化为 的装置，它与 （选填“发电机”或 “电动机”）原理相同。 （2）弹射起飞过程，战斗机的平均速度多大？ （3）福建舰满载时，受到的浮力大约多大？此时舰底部受到水的压强约多大？ （4）假如将47t 的战斗机送到甲板上的时间为10m，那么升降机的功率约多少千瓦？ 18．（2023•碑林区校级四模）图甲是某新型太阳能汽车，该汽车的动力完全由安装在车顶 的电池板收集的太阳能提供。汽车（包括司乘人员）的质量为12t，接收太阳能电池板 的面积为8m2，太阳光照射到地面单位面积上的辐射功率为1125/m2。该车在水平路面 上以恒定功率做直线运动的v t ﹣图象如图乙所示，在前10s 内通过的路程为120m。 （取g＝10/kg） （1）①在0～10s 汽车的平均速度是 ；②电动机的工作原理是 （填序号）。 电流的热效应 B 电流的磁效应 电磁感应 D 通电导体在磁场中受到力的作用 （2）如汽车匀速行驶过程中所受阻力大小为车重的002 倍，则汽车牵引力为多大？ （3）若汽车吸收的太阳能转化为机械能的效率为40%，则汽车在水平地面上做匀速直 线运动时的速度是多少？ （4）在0～10s 内，汽车做 （选填“加速”、“减速”或“匀速”）直线运动。 求出汽车在0～10s 内牵引力做的功。