20.4 电动机（考点解读）（解析版）

204 电动机（考点解读）（解析版） 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 【答】D 【分析】（1）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生感 应电流，该现象就叫做电磁感应现象；发电机就是利用该原理制成的； （2）实验表明通电导线在磁场中受力的作用，电动机就是利用该原理制成的。 【解答】解：如图所示，就在磁铁中的线圈和B，用导线串联，当用力使线圈向右运动 时，即其恰好做切割磁感线运动，由于电路是闭合的，故此时电路中就会产生感应电流， 发电机就是利用该原理制成的；由于此时产生了感应电流，所以线圈B 中也有电流通过， 据通电导线在磁场中受力的作用的特点可知，线圈B 将会受到磁场力而运动，故电动机、 扬声器就是利用该原理制成的；电磁铁是利用电流的磁效应工作的。 故选：D。 【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 电动机 ；断开开关对调、S 磁极， 再次闭合开关，观察到金属杆向 右 运动。 【答】电动机；右。 【分析】通电导线在磁场中受到力的作用，电动机是利用通电导线在磁场中受力而工作； 电流方向不变，磁场方向改变，可以改变通电导体所受磁场力的方向。 【解答】解：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，电 动机就是利用这种现象制成的；断开开关，对调、S 磁极，再次闭合开关，导体运动方 向变的相反，金属杆向右运动起来。 故答为：电动机；右。 【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 【答】 【分析】若想让电磁秋千摆得更高些，需要增大磁场对电磁秋千摆的作用力，根据通电 导体在磁场中受力的大小与电流的大小、磁场的强弱有关进行分析。 【解答】解：若想让电磁秋千摆得更高些，应增大磁场对电磁秋千摆的作用力；因通电 导体在磁场中受力的大小与电流的大小、磁场的强弱有关，所以可采用增加电池节数的 方法来增大电流或换用磁性更强的磁铁，故BD 错误、正确。 故选：。 【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 通 电导体在磁场中受力的作用 。 【答】通电导体在磁场中受力的作用。 【分析】电动机的原理是通电导体在磁场中受力的作用。 【解答】解：由题意和图示可知，闭合开关，将甲中的导体b 水平向左移动，此时闭合 电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，故导体b 中会有感应电流产生，这是电 磁感应现象，电路中有了感应电流之后，感应电流经过导体d，此时乙中的d 相当于放 入磁场中的通电导体，通电导体在磁场中会受到力的作用，故发现导体棒d 也随之运动 起来，这是电动机的工作原理。 故答为：通电导体在磁场中受力的作用。 【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． 【答】D 【分析】扬声器是利用通电线圈在磁场中受到力的作用来工作的，结合选项以及相关电 磁学知识进行解答。 【解答】解：扬声器是利用通电线圈在磁场中受到力的作用来工作的； ．该图是奥斯特实验，说明通电导体周围存在磁场，故不符合题意； B．该图是探究电磁感应现象的实验，即闭合回路中的一部分导体做切割磁感线运动， 会产生感应电流的现象，故B 不符合题意； ．电磁铁是根据电流的磁效应工作的，不是扬声器的工作原理，故不符合题意； D．图中是通电导体在磁场中受力而运动，与扬声器的原理相同，故D 符合题意。 故选：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 排斥 的原理实现的。音箱内 的扬声器工作原理与 电动机 原理相同（填“电动机”或“发电机”）。 【答】排斥；电动机。 【分析】（1）同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 （2）扬声器是利用通电导体在磁场中受力的原理来工作的，将电信号转化为声信号。 和电动机的原理一样。 【解答】解：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排斥的原理实现的。音箱内的扬声器工作原理与电动机原 理相同。 故答为：排斥；电动机。 【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 【答】 【分析】（1）扬声器是把电信号转变为声信号的装置，是利用通电导体在磁场中受到 力的作用的原理来工作的，和电动机的原理相同。 （2）发电机是利用电磁感应现象来工作的。 （3）电磁铁和电磁继电器是利用电流的磁效应来工作的。 【解答】解：扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来工作的。 、电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来工作的，和扬声器的原理相同， 故符合题意； B、发电机是利用电磁感应现象来工作的。和扬声器的原理不同，故B 不符合题意； D、电磁铁和电磁继电器是利用电流的磁效应来工作的，和扬声器的原理不同，故D 不 符合题意。 故选：。 【变式2-2】（2022 春•日照期中）如图为扬声器的示意图，是把 电信号 转化为声音信 号的一种装置，与 电动机 原理相同。 【答】电信号；电动机。 【分析】（1）通电导体在磁场中要受到力的作用，扬声器和电动机就是利用该原理来 工作的。 （2）扬声器是把电信号转化为声音信号的一种装置。 【解答】解：如图为扬声器的示意图，是把电信号转化为声音信号的一种装置，与电动 机原理相同。 故答为：电信号；电动机。 【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 【答】B 【分析】（1）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电流。 电动机是利用通电导线在磁场中受力运动的原理工作的。 （2）对于螺线管，右手握螺线管，四指指电流方向，大姆指指的方向为极。 （3）电能表是测量电功的仪表。 （4）开关应该接在火线与用电器之间。 【解答】解：．图甲所示是电磁感应现象的装置，应用于发电机；电动机工作原理是磁 场对电流的作用，故错误； B．图乙根据安培定则，通电螺线管右端为极，故B 正确； ．图丙中电能表是测量电功的仪表，故错误； D．图丁中，为了安全，开关应该接在火线与用电器之间，故D 错误。 故选：B。 【典例3-2】（2023•任城区校级二模）电动机的工作原理是 通电导体在磁场中受力运动 。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 1 Ω，这个电动机正常运转的输出功率是 2016 。 电动机状态 U/V / 停止转动 4 4 正常转动 18 12 【答】通电导体在磁场中受力运动；1；2016。 【分析】（1）电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动； （2）电动机停止转动时，相当于纯电阻电路，根据 计算电动机内部线圈的电阻； （3）根据公式P＝U 求出电动机正常运转时消耗的电功率，根据公式P＝2R 求出电动机 线圈的发热功率，电动机的输出功率等于电功率与发热功率之差。 【解答】解：（1）电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动； （2）电动机停止转动时，相当于纯电阻电路，由 可得： 这个电动机内部线圈的电阻： ＝ ＝1Ω； （3）电动机正常运转时消耗的电功率： P 电＝U11＝18V×12＝216， 电动机线圈的发热功率： P 热＝ R＝（12）2×1Ω＝144； 则电动机正常运转时的输出功率： P 输出＝P 电﹣P 热＝216 144 ﹣ ＝2016。 故答为：通电导体在磁场中受力运动；1；2016。 【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． 【答】D 【分析】电动机的工作原理是：通电导体在磁场中受力运动。 【解答】解：．图中是奥斯特实验图，小磁针发生偏转说明通电导体周围有磁场，故不 符合题意； B．图中有电源，通电后有磁性，是电流的磁效应，故B 不符合题意； ．图是电磁感应的实验图，属于发电机的原理，故不符合题意； D．电路中有电源，通电导体受到磁场力的作用发生运动，是电动机的工作原理，故D 符合题意。 故选：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 通电导体在磁场中受力的作用 。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 滑动变阻器 ；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 绝缘体 （选填“半导体”、“导 体”或“绝缘体”）。 【答】通电导体在磁场中受力的作用；滑动变阻器；绝缘体。 【分析】电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用； 滑动变阻器是通过改变连接在电路中的电阻线的长度来改变电阻大小的，通过改变电阻 的大小来改变电路中电流的大小； 容易导电的是导体，不容易导电的是绝缘体。 【解答】解：电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用； 电动自行车上的“调速”把手相当于我们学过的滑动变阻器，它是通过改变电阻丝接入 电路的长度来改变电阻，从而达到改变电路中电流大小的目的； 上面会聚集大量的灰尘而接触不良，这说明灰尘属于绝缘体。 故答为：通电导体在磁场中受力的作用；滑动变阻器；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 【答】D 【分析】电动机是根据通电导体在磁场中受力的原理制成的，导体受力的方向与磁场的 方向和电流的方向有关，据此可结合图示做出判断。 【解答】解：导体受力的方向与磁场的方向和电流的方向有关，由图示可知，导线b 在 甲图中电流方向是由b 到的，受力方向是竖直向下的，在乙图中电流方向是由到b 的， 受力方向是竖直向上的；导线d 在甲图中电流方向是由d 到的，受力方向是竖直向上的， 在乙图中电流方向是由到d 的，受力方向是竖直向下的；故B 错误； 导线b、d 在这两个时刻的电流方向和受力方向都是不同的，故错误，D 正确； 故选：D。 【典例4-2】（2023•江阴市校级模拟）如图，图 乙 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 换向器 ，其作用是线圈刚过 平衡位置 位置时， 自动改变电流方向。 【答】乙；换向器；平衡位置 【分析】（1）电动机是利用通电导线在磁场中受力运动的原理工作的，线圈持续转动 的原因是换向器的作用。 （2）闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中会产生感应电流，这 就是电磁感应现象。 【解答】解：由图可知，甲图中无电源，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线 运动，导体中会产生感应电流，这就是电磁感应现象，是发电机的原理； 乙图中通电导体在磁场中受力运动，是电动机的工作原理； 图中的铜制半环E、F 和电刷、B 组成了换向器，其作用是线圈刚过平衡位置位置时， 自动改变电流方向，能使线圈持续转动。 故答为：乙；换向器；平衡位置。 【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 【答】D 【分析】要解答本题需掌握：直流电动机的转速和磁场的强弱以及电流的强弱有关。 【解答】解：、增大线圈中通过的电流后，线圈受力将增大，线圈转动的速度将变大， 故可行； B、增大电压后也可增大线圈中的电流，从而增大线圈受力，线圈转动的速度将变大， 故B 可行； 、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，使原磁性更强，可以 增大线圈受力，线圈转动的速度将变大，故可行； D、对调磁极只会将线圈受力反向，不会改变线圈受力的大小，线圈转动的速度将不变， 故D 不可行。 故选：D。 【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 会 （选填“会”或“不会”）持续转动，这就是 简易的 电动机 （选填“发电机”或“电动机”）。 【答】；会；电动机。 【分析】根据安培定则判定电磁铁的极性；通电导体在磁场中受到力的作用。 【解答】解：由图可知，电流是从电磁铁的上端流入，下端流出，根据安培定则可知， 电磁铁的上端是极； 闭合开关，用手轻推一下线圈，通电的线圈在磁场中由于受到磁力的作用会持续转动， 这就是简易的电动机。 故答为：；会；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 【答】 【分析】判断电路中是否有电流通过，通常的做法有：用电流表测电流或串联一个灯泡 观察亮度，由于不能断开导线，因此可用电流的磁效应及磁场对电流的作用来设计实验： 通电导体周围存在磁场，通电导体在磁场中受到力的作用，将导线放入磁场中，通过观 察导线是否运动来进行判断；将导线平行于小磁针的正上方，通过观察小磁针是否发生 偏转来进行判断。 【解答】解：甲图实验对应的结论是：通电导体在磁场中受到力的作用。据此结论将导 线放入磁场中，通过观察导线是否运动来进行判断导线中是否有电流；若导线在磁场中 运动说明导线中有电流，若在磁场中不动说明导线没有电流； 乙图实验对应的结论是：通电导体周围存在磁场。将导线平行于小磁针的正上方，通过 观察小磁针是否发生偏转来进行判断导线中有无电流，若小磁针会发生偏转，就能说明 导线中有电流，不偏转，说明导线中无电流； 故甲、乙都能完成。 故选：。 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． 【答】 【分析】无针注射器通电时，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，这与电动机的原理相同，工作时将电能转化为机械能。 【解答】解：根据题意可知，无针注射器是依靠磁场对通电线圈有力的作用，将药液快 速“注入”皮肤的，这与电动机的原理相同； 、题图是电动机的工作原理图，故符合题意； B、题图是发电机的工作原理图，故B 不符合题意； 、题图是电磁铁，其原理是电流的磁效应，故不符合题意； D、题图是奥斯特实验，说明电流的周围存在磁场，故D 不符合题意。 故选：。 3．（2023•双流区校级二模）如图银行智能机器