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1、九年级物理第十二章 电和磁三人教四年制版【同步教育信息】一. 本周教学内容：第十二章 电和磁三二. 重难点：1. 理解磁场对电流的作用，掌握左手定那么的判定方法。2. 了解直流电动机的结构和工作原理。理解换向器的作用。三. 知识点分析：电流通过电动机，电动机的轴就转动起来。电动机的原理是什么？原来通电导线在磁场中要受到力的作用，电动机就是利用这种现象制成的。实验1：图1通电直导线在磁场中受到力如图1所示，把一根直导线AB放在蹄形磁体的磁场里，接通电源，让电流通过原来静止的导体AB。观察发生的现象。实验说明：电流通过在磁场中的导体AB时，导体AB就运动起来，这说明通电导体在磁场里受到力的作用，在
2、上述实验中，这个力的方向既跟电流的方向垂直，又跟磁感线的方向垂直。实验2：在上述实验中，使电流的方向相反，或者使磁感线的方向相反，观察导体AB的运动情况。实验说明：使电流的方向相反，或者使磁感线的方向相反，导体AB的运动方向也相反。这说明通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向有关。把一个通电线圈放在磁场里，你推测会发生什么现象？你是怎样进行推测的？实验3： 甲 乙图2通电线圈在磁场里转动如图2甲所示，把一个线圈放在磁场里，接通电源，让电流通过线圈，观察发生的现象。我们看到，接通电源的线圈在磁场里发生转动，但转动不能持续下去，摆几下便停在在图2乙所示的位置上。怎样解释这个现象呢？原来
3、通电线圈的边和边在磁场里受到力的作用，而边和边中的电流方向相反，所以受到的力的方向相反且不在同一直线上见图甲，在这两个力的作用下线圈就转动起来。当转到图乙所示的位置时，这两个力恰好在同一直线上，而且大小相等，方向相反，相互平衡，所以线圈在这个位置上可以保持平衡。通电导体和通电线圈在磁场里受到力的作用而发生运动时，消耗了电能，得到了机械能，在这种现象里，电能转化为机械能。在上一节所示的现象里，我们看到电能可以转化成机械能。怎样才能实际利用上述现象呢？从发现磁场对电流的作用，到创造电动机，还有一段路要走，实际的电动机要能够持续地转动，而图2中的通电线圈却不能持续转动，怎么办？ 甲：未改变电流方向乙
4、：改变了电流方向图3通电线圈刚转过平衡位置时的受力情况图3表示图2中的通电线圈刚转到平衡位置时的受力情况，比照图3的甲和乙可以知道：如果在线圈刚转到平衡位置时，立即改变线圈中的电流方向，那么，由于受力方向改变，线圈就可以按原来的方向继续转动。这样，每当线圈刚转到平衡位置，就改变一次电流方向，线圈就可以不停地转动下去。怎样具体实现电流方向的改变呢？换向器图4是直流电动机的原理图。这种电动机用直流电源供电，所以叫直流电动机。线圈的两端各连一个铜制半环E和F，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动。A和B是电刷，它们跟半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。两个半环E和F叫做换向器。每当线圈刚转过平衡位置，换向
5、器就能自动改变线圈中电流的方向。仔细研究图4，就会了解这一点。甲：电流方向和力的方向如下图，线圈顺时针转动。乙：线圈转到平衡位置时，两电刷恰好接触两半环间的绝缘局部：线圈由于惯性继续转动，转过平衡位置后，电流即改变方向。丙：和中的电流方向与图甲相反，受力方向也相反，线圈仍顺时针转动。丁：线圈又转到平衡位置，换向器又自动改变电流方向。图4直流电动机的原理【典型例题】例1 通电导体在磁场中受力的方向跟什么有关系？有什么关系？怎样来判定？解题思路：通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向和磁场方向有关系，这三者关系是彼此互相垂直，可以用左手定那么来判定。借题发挥：左手定那么：伸开左手，让四指和大拇指都和
6、手掌在一个平面内，且大拇指和四指互相垂直，将左手放入磁场中，让磁感垂直穿过掌心，让四指所指的方向与电流方向相同，那么大拇指所指的方向就是导体受力的方向。例2 如图1所示，线圈为什么在甲图可旋转，而转到乙图时就不能继续旋转？图1解题思路：通电线圈的边和边在磁场里受到力的作用，而边和边中的电流方向相反，所以受力方向也相反，边向上受力，边向下受力，且两力不在同一条直线上，如图甲。在两个力的作用下线圈就转动起来。当转到乙图的位置时，这两个力恰好方向相反，作用在同一条直线上，而且大小相等，方向相反且互相平衡，所以线圈在这个位置上可以保持平衡，就不再转动。借题发挥：通电线圈在磁场中转动消耗了电能，得到了机
7、械能，这是电能转化机械能的过程。例3 如图2所示，有两闭合铝环，挂在一根水平光滑的绝缘杆上，当条形磁铁N极向左插向圆环时，两个铝环 A. 有感应电流但无相互作用B. 有感应电流且有相互作用C. 无感应电流和相互作用D. 无感应电流有相互作用图2解题思路：当条形磁铁的N极插向圆形铝环时，那么闭合的铝环局部在做切割磁感线运动的铝环中会有感应电流产生，当铝环中有电流通过时，此时它们又都在磁场中。通电导体在磁场中会受力的作用，根据左手定那么它们之间相互作用，所以答案为B。借题发挥：根据电磁感应可知有感应电流产生，这一点容易理解，可它们之间是否有相互作用很多同学不理解。可进一步思考通电导体在磁场中会受到
8、力的作用，所以它们之间有相互作用。例4 一台电直流电动机接在6V电源上，线圈卡住不转时电流为5A，排除故障后电动机正常转动时，线圈中的电流为1A，求： 1电动机总功率是多少？2电动机有用功率是多少？3这台电动机的机械效率是多少？解题思路：图3是电路图。图31电动机的总功率就是电动机正常运转时电压与电流的乘积。2电动机在运转过程，因为电动机的线圈内有电阻，通电时电阻因发热而消耗电能，所以有用功率应该等于总功率减去发热功率。而发热功率就是正常运转时线圈内阻R与电流平方的乘积，而线圈内阻要利用线圈通电不转的电压与电流的比值。 3电动机的机械效率就是有用功与总功之比，而有用功和总功可以用公式：表示，其
9、中时间是相同的，所以答：电动机总功率为6W，有用功率为，它的机械效率为80%。借题发挥：此题可能会出现以下几种错误的解法：一是二是，这也是错误的，三是电动机的电阻：，这时电动机正在运转，只有局部电能转为热能，而大局部电能转化为机械能。只适用局部电路，另外有的同学容易将电功率和机械效率混为一谈。例5 用电池组向一台电动起重机模型通电，使它匀速吊起一个砝码。1用哪些仪器，什么方法可以测电动机输入功率。2用哪些仪器和什么方法，可测出起重机的输出功率。3写出起重机工作效率的表达式。解题思路：1用电压表测出输入到电动机的电压U，用电流表测出输入到电动机中的电流，即可求出输入功率，。2用米尺测出砝码上升的
10、高度，用天平测出砝码的质量，用秒表测出砝码上升的时间，即可求出输出功率。3机械效率：借题发挥：某同学用小电动机做竖直提升钩码的实验：1加在电动机两端的电压为，通过的电流强度是，这台电动机消耗的功率是多少W？2这台电动机把质量为200g的钩码提升1m用了4s，电动机对钩码做功的功率是多少W？3这台电动机的机械效率是多少？解：123答：1这台电动机的消耗功率为1W。2电动机对钩码做功功率为。3这台电动机的机械效率为50%。【模拟试题】一. 填空题：1. 磁场对通电导体有 作用。2. 通电导体在磁场中受力的方向与 方向和 方向有关，三者关系用 来判定。3. 通电导体在磁场中受到力的作用而发生运动的时
11、候，消耗了 能，得到 能。4. 图1是直流电动机的示意图，分别表示电动机的某一局部： 。图15. 电动机是把 能转化为 能的机器。6. 用 电源供电的电动机叫直流电动机，直流电动机是利用 原理制成的。二. 选择题：1. 直流电动机中的换向器的作用是 A. 改变磁场的N极和S极B. 改变线圈中的电流方向和磁场的N极，S极C. 改变线圈中的电流方向D. 改变线圈中电流的大小三. 简答题：1. 说明图2中各通电导体的受力方向。图2 甲向 ；乙向 ；丙向 ；丁向 。2. 如图3所示，通电导线在磁场中受到力的作用，试根据磁场的受力方向，判断导体中的通电方向。图3四. 计算题：1. 一台电动机上标有“220V 2.5A，正常工作时线圈的内阻为，求这台电动机的额定功率和机械效率。2. 利用电动机抽水时加在电动机上的电压是380V，通过电动机的电流是10A，求：1电动机工作1h电流做功多少？2如果它抽水的效率为80%，那么它1h把大约多少立方米的水抽到5m高的地方？【试题答案】一. 填空题：1. 力 2. 电流；磁场；左手定那么 3. 电；机械 4. 线圈；磁铁；换向器；电刷5. 电；机械 6. 直流；通电导线在磁场中受力二. 选择题：1. C三. 简答题：1. 上；左；左；上2. 四. 计算题：1. 550W；88.6%2.113680000J 2218.9m3