一、直流電動機
電動機有________電動機和______電動機之分，直流電動機的優(yōu)點是通過改變________可調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速．
圖1
如圖1所示，單匝線圈abcd在勻強磁場(磁感應(yīng)強度為B)中通以電流I，當(dāng)線圈平面與磁場的夾角為α?xí)r，則此時安培力的力矩M＝Mab＋Mcd，即：M＝Fab?bc2?cos α＋Fcd?bc2?cos α，而Fab＝Fcd＝BI? ab，所以M＝BI Scos α.
若線圈是N匝線圈繞制而成，則M＝NBIScos α.線圈在磁場中受到安培力矩M＝NBIScos α作用而轉(zhuǎn)動起來，這就是電動機轉(zhuǎn)動的原理．
二、磁電式電表(如圖2所示)
圖2
1．構(gòu)造：(1)____________(2)____________(3)__________
2．磁場對電流的作用力跟電流成______比，因而線圈中的電流越大，______力產(chǎn)生的力矩越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也就越________．因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道___.
一、直流電動機
[問題情境]
電動機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的重要裝置，在日常生活中有廣泛的應(yīng)用，電動機有直流電動機和交流電動機之分，通 過課本“實驗與探究”的學(xué)習(xí)，回答以下問題
1．電動機是在什么力的驅(qū)使下而轉(zhuǎn)動的？
2．分析課本3－4－2四幅圖中線框的受力情況？
3．試從理論上分析如何通過調(diào)節(jié)電流來控制電動機的轉(zhuǎn)速．
4．直流電動機的優(yōu)點是什么？有哪些用途？
二、磁電式電表
[問題情境]
1.簡述磁電式電表的構(gòu)造？
2．簡述磁電式電表的工作原理？
例1 根據(jù)以上對磁電式電流表的學(xué)習(xí)，判斷以下說法錯誤的是( )
A．指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的
B．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大
C．在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是 勻強磁場
D．在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈所受安培力與電流有關(guān)，而與所處位置無關(guān)
聽課記錄：
變式訓(xùn)練1 在直流電動機模型中，下列說法正確的是( )
A．當(dāng)線圈平面靜止在與磁感線方向垂直的位置時，若通以直流電，線圈將轉(zhuǎn)動起來
B．隨著線圈的轉(zhuǎn)動，線圈上各邊所受的安培力大小都要發(fā)生變化[來源:高.考.資.源.網(wǎng)]
C．當(dāng)線圈平面與磁感線方向平行時，安培力的力矩最小
D．改變線圈中的輸入電壓，電動機的轉(zhuǎn)速也將發(fā)生變化
例2 如圖3所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈( )
圖3
A．向左運動
B．向右運動
C．靜止不動
D．無法確定
聽課記錄：
圖4
變式訓(xùn)練2 一條形磁鐵放在水平桌面上，在它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)體棒，圖4中只畫出此棒的橫截面圖，并標(biāo)出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是( )
A．磁鐵對桌面的壓力減小
B．磁鐵對桌面的壓力增大
C．磁鐵受到向右的摩擦力
D．磁鐵受到向左的摩擦力
圖5
例3 如圖5所示，一 金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直于紙面向里運動，可以( )
A．將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極
B．將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極
C．將a、d端 接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極
D．將a、c端接在交流電源的一端，b、d端接在交流電源的另一端
聽課記錄：
點評 安培定則、左手定則盡管都與電流、導(dǎo)線有關(guān)，而且往往同時應(yīng)用，但安培定則是用來判斷電流的磁場方向，又稱右手螺旋定則，用右手判斷；而左手定則是用左手判斷通電導(dǎo)線的受力情況的．
圖6
變式訓(xùn)練3 直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離，直導(dǎo)線固定，線圈可以自由運動．當(dāng)通過如圖6所示的電流時(同時通電)，從左向右看，線圈將( )
A．順時針轉(zhuǎn)動，同時靠近直導(dǎo)線AB
B．順時針轉(zhuǎn)動，同時離開直導(dǎo)線AB
C．逆時針轉(zhuǎn)動，同時靠近直導(dǎo)線AB
D．不動
圖7
例4 在傾角為α的光滑斜面上，放 置一通有電流為I，長為L，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒，如圖7所示，試問：
(1)欲使棒靜止在斜面上，外加勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的最小值和方向．
(2)欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力，外加勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小和方向．
圖8
變式訓(xùn)練4 如圖8所示，用兩根輕細(xì)懸線將質(zhì)量為m、長為L的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于豎直向上的勻強磁場內(nèi)．當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線偏離豎直方向θ角，棒處于平衡狀態(tài)．則磁感應(yīng)強度B為多少？為了使棒平衡在該位置上，所需磁場的最小磁感應(yīng)強度B為多少？方向如何？
【即學(xué)即練】
1．下列關(guān)于磁電式電流表的說法中，正確的是( )
A．電流表的工作原理是安培力對通電導(dǎo)線的加速作用
B．電流表的工作原理是安培力對通電線框的轉(zhuǎn)動作用
C．電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所通電流的大小成正比
D．電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所通電流的大小成反比
2．一根長為0.2 m、通有2 A電流的通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強度為0.5 T的勻強磁場中，則其受到的磁場力的大小不可能是( )
A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．0
圖9
3．一根有質(zhì)量的金屬棒MN兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸掛于a、b兩點，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強磁場中，棒中電流方向從M流向N，如圖9所示，此時棒受到導(dǎo)線對它的拉力作用．為使拉力等于零，可以( )
A．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強度 B．適當(dāng)增大電流
C．使磁場反向 D．使電流反向
圖10
4．質(zhì)量為m、長度為L的導(dǎo)體棒MN靜止在水平導(dǎo)軌上．通過MN的電流為I，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，與導(dǎo)軌平面成θ角斜向上，如圖10所示．求MN受到的支持力和摩擦力的大小．
參考答案
課前自主學(xué)習(xí)
一、直流 交流 輸入電壓
二、1.(1)軟鐵 (2)螺旋彈簧 (3)線圈 2．正 安培 大 被測電流的強弱
核心知識探究
一、
[問題情境]
1．電動機是在線圈所受安培力的作用下轉(zhuǎn)動的．
2．(a)圖中紅色邊受向上的安培力，藍(lán)色邊受力向下．此時力矩最大，轉(zhuǎn) 動效 果最明顯；(b)圖中線圈轉(zhuǎn)到豎直位置前，紅色邊受力向上，藍(lán)色邊受力向下；此時力矩為0，無轉(zhuǎn)動效果；(c)圖中紅色邊受力向下，藍(lán)色邊受力向上，此時力矩最大，轉(zhuǎn)動效果最明顯(與(a)圖同向)；(d)圖中線圈轉(zhuǎn)到豎直位置前，紅色邊受力向下，藍(lán)色邊受力向上，此時力矩為0，無轉(zhuǎn)動效果．
3．因使線圈轉(zhuǎn)動的力為安培力BIL，B、L均為固定值，所以通過調(diào)節(jié)I可改變力的大小，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速．
4．通過調(diào)節(jié)輸入電壓很容 易調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，用途為無軌電車、電氣機車等．
二、
[問題情境]
1．見課本
2．(1)蹄形 磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻射分布的，線圈在轉(zhuǎn)動過程中始終與磁感線平行．
(2)當(dāng)線圈通入電流后，線圈的兩條邊受到如圖所示的安培力，線圈轉(zhuǎn)動，連帶指針偏轉(zhuǎn)，同時螺旋彈簧給線圈施加阻力，最終指針停在某一角度．線圈通入的電流越大，指針偏轉(zhuǎn)的角度越大，因此指針偏轉(zhuǎn)角度的大小就可以表示線圈中通過電流的大小，通過刻度盤就可以直接讀出電流的數(shù)值．
解題方法探究
例1 C [當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動的螺旋彈簧的阻力力矩與安培力引起的動力力矩達(dá)到平衡時，線圈停止轉(zhuǎn)動，故從轉(zhuǎn)動角度來看二力方向相反，A正確；磁電式電流表的內(nèi)磁場是均勻輻射磁場，因此不是勻強磁場，C錯誤；但是不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線圈所在各處的磁場大小相等、方向不同，所以安培力與電流大小有關(guān)，而與所述位置無關(guān)，電流越大，安培力越大，指針轉(zhuǎn)過的角度越大．]
變式訓(xùn)練1 D
例2 A [方法一：等效法．把通電線圈等效成小磁針．由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運動．
方法二：電流元法．如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱性，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運動．]
變式訓(xùn)練2 AD
例3 C [按照A選項 中接法，由安培定則知螺線管上端為N極，MN中電流方向自左向右，由左手定則知MN垂直于紙面向外運動；B選項中的接法使螺線管上端為S極，MN中電流方向自左向右，故由左手定則可判斷，MN垂直于紙面向外運動；而C選項中螺線管上端為S極，MN中電流方向自右向左，則由左手定則可判知，MN垂直于紙面向里運動，所以選項C正確．D選項所接為交流電，只要保證a、c的電勢相對于另一端同步變化(即同高或同低)，則線圈磁場方向與MN中電 流方向的關(guān)系即與選項A 、B兩種情況相同．]
變式訓(xùn)練3 C
例4 (1)mgsin αIL，方向垂直斜面向上
(2)mgIL，方向水平向左
解析 (1)棒在斜面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，故受力平衡．棒共受三個力作用：重力大小為mg，方向豎直向下；彈力垂直于斜面，大小隨磁場力的變化而變化；磁場力始終與磁場方向及電流方向垂直，大小隨磁場方向不同而改變，但由平衡條件知：斜面彈力與磁場力的合力必與重力mg等大反向，故當(dāng)磁場力方向與彈力方向垂直即沿斜面向上時，安培力最小Fmin＝mgsin α，所以B＝mgsin αIL，由左手定則知：B的方向應(yīng)垂直斜面向上．
(2)棒靜止在斜面上，又對斜面無壓力，則棒只受兩個力作用，即豎直向下的重力mg和磁場力F作用，由平衡條件知F＝mg，且磁場力F豎直向上，所以BIL＝mg，故B＝mgIL，由左手定則知B的方向水平向左 .
變式訓(xùn)練4 mgILtan θ mgILsin θ，方向平行于懸線向上
即學(xué)即練
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