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机床、水泵、需要电动机带动;电力机车、电梯，需要电动机牵引。家庭生活中的电扇、冰箱洗衣机，甚至各种电动玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活的各个方面。给电动机通电，它就能够转动。这是为什么?下面就来研究电动机的工作原理。 磁场对通电导线的作用 我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用。磁体间通过磁场相互作用，通电导线周围有磁场。那么通电导线是不是也会受到磁场的作用力呢?
实验表明，通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关系，当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时通电导线受力的方向也变得相反。 如果把一个通电的线框放到磁场中，它会怎样运动?
可以看到，通电线框在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。 不过利用上面的现象，我们可以想办法让线圈在磁场中转起来，试试看!
电动机的基本构造 电动机由两部分组成:能够转动的线圈和固定不动的磁体。在电动机里，能够转动的部分叫做转子，固定不动的部分叫做定子。电动机工作时，转子在定子中飞快地转动 在上面的“想想做做”中，我们使线圈转起来了。那么，线圈为什么能不停地转动呢?
线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力要阻碍它的转动。如果在越过了平衡位置后停止对线圈供电，由于惯性，线圈不是就能连续转下去了吗?那么用什么方法停止对线圈供电呢? 前面我们采用刮去引线漆皮的办法来控制电路的通断，即一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮上半周或下半周，从而保证给线圈适时供电或停 电。这种设计，线圈每转一周，只有半周获得动力，在另半周线圈将要受到阻碍它转动的力时没有电流通过，线圈不受力;当线圈靠惯性转过这半周后，又回到原来的状态，线圈又受到向同方向转动的力，以保证线圈继续转动下去。如果在线圈转动的后半周，不是停止给线圈供电，而是设法改变后半周电流的方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力地转动下去。那么，如何使线圈在后半周也能获得向同方向转动的力呢? 实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的换向器的构造如图20.4-6。两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。这样，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的-侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的，线圈就可以不停地转动下去了。 实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动(图20.4-7)。
1．通电导线在磁场中要受到力的作用。 2．通电直导线在磁场中受到力的方向与电流的方向、磁场的方向有关。
实验设计图
请大家观察图：甲、乙、丙，导体的受力方向与电流方向、磁场方向有什么样的关系？ 甲、乙相比：磁场方向相反，导体受力方向就相反； 甲、丙相比：电流方向相反，导体受力方向就相反； 乙、丙相比：如果磁场方向、电流方向都相反，导体受力方向不变。
变化的电流在磁场中的运动情况 根据这一原理人们制造了扬声器 视频：磁场对电流的作用  01:56 典型例题： 要改变直流电动机转向，可以采用 （ ） A.改变电流方向，其他不变 B.改变磁场方向，其他不变 C.增大电流强度 D.同时改变电流方向和磁场方向 解析：通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向都有关系，改变其中任一个因素都会影响电动机的转向。 答案：A、B 视频：电动机的原理 03:09
图A 通电线圈左右两边电流方向相反，在磁场中两边受力方向也相反，如图发生转动。
图B 当线圈的平面与磁场垂直时，通电线圈受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。
图C 如上图线圈靠惯性越过平衡位置后，磁场力作用的结果使线圈逆时针旋转。
图D 通电线圈最后静止在平衡位置：图B。 线圈的平衡位置就是线圈平面与磁感线垂直的位置。 要想让线圈持续转动下去就要在线圈转到图C位置的时候改变线圈中的电流方向，使黑边受力向下，白边受力向上，以后每半周改变一次电流方向，就可以了。但如何实现？ ------换向器 通过换向器可以使线圈中电流每半周改变一次。
视频：自制电动机 02:37 原理：通电导体在磁场中受力而运动，它是电能转化为机械能的装置 电动机主要由两部分组成：
1、工作时转动的部件--转子 2、固定不动的部件--定子。 全世界发电量的一半以上，都是通过电动机来消耗的。电动机和内燃机、蒸汽机相比而言，具有高效易控、清洁无污染等特点，具有极其远大的发 展空间。现在很多城市都在大力推广电动自行车和电动汽车以取代传统的机动车。
1磁场对电流的作用 02:05 磁场对通电导线的作用 早在19世纪初，法国物理学家安培就已经观察到上述现象并在大量实验的基础上发现：磁场对电流有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。当电流方向或者磁场方向变得相反时，通电导线受力方向也变得相反。 典型例题：（2018·泰州）如图所示，导体AB棒放在处于蹄形磁体磁场中的水平金属轨道上。 （1）接通电源，这时会看到导体AB运动起来，这表明 有力的作用。 （2）保持磁场方向不变，改变导体AB中的电流方向，导体AB的运动方向 （不变/改变）。 （3）通电后导体AB运动的过程中，是把 能转化为 能的过程。
【分析】通电导体在磁场中受力的作用；且所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，由此分析解答。 【解答】解：（1）接通电源，这时会看到导体AB运动起来，说明磁场对通电导体有力的作用；（2）通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关，只要有一个因素改变，导体的受力方向就会改变；所以保持磁场方向不变，改变导体AB中的电流方向，导体AB的运动方向改变；（3）通电后导体AB运动的过程中，消耗了电能，得到了导体运动的机械能，即把电能转化为机械能。故答案为：（1）磁场对通电导体；（2）改变；（3）电；机械。 【点评】本题考查了磁场对电流作用的认识和理解，属于一道基础题。 2直流电动机的原理 既然磁场对电流有力的作用，那么如果我们把一个通电的线框放到磁场中会怎样呢？下面我们一起来分析一下： 观察磁场对通电线圈的作用 1.当线圈在下图位置时，通过线圈ab、cd两边的电流方向相反，两边受到大小相等、方向相反的力。由于两个力不在同一条直线上，所以线圈框会顺时针转动。
2.当线圈转到下图位置时，线圈ab、cd两边受到的力大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上了，两个力彼此平衡，我们把此位置称为平衡位置。由于线圈具有惯性，会转过平衡位置继续顺时针转动。
3.线圈转过平衡位置后，线圈ab、cd两边受力大小、方向不变，但不在同一条直线上了，如下图所示。因此，两个力会阻碍线圈继续顺时针转动，转过一定角度后又开始逆时针转动。所以，线圈会在平衡位置来回摆动，最终停在平衡位置。
那么，如果想要线圈一直转动下去，有什么方法呢？当线圈刚转过平衡位置时，如果立即改变其中的电流方向，那么通电线圈就能再磁场力的作用吸继续转动下去，根据这一原理科学家制作出了电动机。 通电线圈的平面与磁感线垂直时，线圈受到磁场的作用力相互平衡，我们把这个位置称为平衡位置。 在直流电动机中，改变电流方向的元件叫做换向器，它是由两个电刷和两个半环组成的，每当线圈刚转过平衡位置时，换向器就能自动改变线圈中电流的方向。
换向器 科学家利用了通电导线在磁场中受到力的作用的原理制成了电动机，电动机的发明推动了生产生活的大发展，下面我们通过一个视频详细来了解一下电动机的工作原理： 03:41 电动机的原理 电动机是将电能转化成机械能，在日常的生产生活中有着十分广泛的应用。高铁、动车、电力机车、地铁、轻轨、机床、水泵、电梯、电钻、电脑、洗衣机、电风扇、冰箱、电动剃须刀、电动门、电动玩具等等，都用到了电动机。
玩具马达 典型例题：（2018·百色）如图所示，可以用来研究电动机工作原理的是（ ）
【分析】电动机的工作原理是：通电线圈在磁场中受到磁场力的作用；分析各图示情景，知道各实验装置的原理，然后找出符合题意的选项。 【解答】解：A、图示是奥斯特实验装置，表明通电导线周围存在磁场，故A不符合题意；B、图示是电磁铁的原理图，是电流的磁效应，故B不符合题意；C、图示通电导线在磁场中受到磁场力的作用而运动，揭示了电动机的原理，故C符合题意；D、图示是探究电磁感应现象的装置，是发电机的原理图，故D不符合题意。故选：C。 【点评】本题考查了电动机原理实验，分析清楚各图示情景、知道各实验揭示的物理情景是正确解题的前提与关键。 在上一节课中我们学习了电动机是根据“通电导线在磁场中受到力的作用”原理制成的，那么今天来一起学习安装直流电动机模型，首先来看一个视频： 03:57 安装直流电动机模型 1模型结构 一个直流电动机模型有哪些部分组成呢？请同学们看下图：
直流电动机模型图 从图中看出，一个直流电动机模型包括以下几个部分：①蹄形磁体；②弧形铁片；③线圈；④转轴；⑤支架；⑥换向器；⑦电刷；⑧底座。另外还包括滑动变阻器、导线、开关、电源等电路连接元件。 2实验步骤 ①把线圈固定在转轴上； ②先将支架固定在底座上，然后将转轴安装在支架上，保证线圈连同转轴能够较好地转动； ③用螺钉把电刷固定在底座上，同时使电刷与转轴上的换向器接触； ④在固定电刷的两个螺钉上引出两根导线； ⑤把两弧形铁片的一端用螺钉固定在底座上，另一端用磁体夹住。 画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关组成的串联电路图如下图：
电动机电路图 按电路图连接电路。 经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 多次改变实验条件，按下表进行实验，结论填入表中：
3实验结论 由上面的实验，我们不难得出以下结论： 1.当通过直流电动机的电流方向发生改变时，电动机转动的方向改变； 2.当通过直流电动机的电流大小发生变化时，电动机转动的速度改变。 典型例题：（2018·扬州）安装直流电动机模型时，要改变直流电动机的转动方向，可以（ ） A．将磁体的N、S极对调 B．将电源的正、负极和磁体的N、S极同时对调 C．改变磁性强弱 D．改变磁性强弱和电流大小 【分析】电动机的转动方向跟电流方向和磁场方向有关，要想改变电动机的转动方向，可改变磁场方向或线圈中电流的方向，二者只能改变其中之一。 【解答】解：AB、要想改变电动机的转动方向，可对调磁铁两极或改变线圈中电流的方向，二者同时改变时，电动机转动方向不变；故A正确、B错误；CD、电动机的转动方向跟电流方向和磁场方向有关，和电流大小、磁性强弱无关，故C、D错误。故选：A。 【点评】本题的解题关键是知道电动机转动方向的影响因素，二者只能改变其一，不能同时改变。
1．关于通电导线在磁场里受力的方向与电流方向和磁感线方向之间的关系，下列说法错误的是( ) A．磁感线方向变为和原来相反，导体受力方向和原来相反 B．电流方向变为和原来相反，导体受力方向和原来相反 C．电流方向和磁感线方向同时变为和原来相反，导体受力方向也变为和原来相反 D．电流方向和磁感线方向同时变为和原来相反，导体受力方向和原来相同 2． 利用如图所示的实验装置，小超探究了“磁场对通电直导线的作用”．闭合开关S，原本静止的轻质硬导线AB水平向右运动．要使AB水平向左运动，下列措施中可行的是( )
A．将导线A、B两端对调 B．将滑动变阻器的滑片P向右移动 C．换用磁性更强的蹄形磁体 D．将蹄形磁体的N、S两极对调 3．下面四种电器中，利用电动机原理工作的是( ) A．电炉 B．电风扇 C．电饭煲 D．电铃 4． 如图所示，线圈abcd位于磁场中，K与1接通时，ab段导线受磁场力F的方向向上；当K改为与2接通时，ab段导线受磁场力( )
A．方向向下 B．方向向上 C．为零，因为电源反接 D．为零，因为电路一定是断路 5． 如图，线圈abcd位于磁场中．
(1)通电后，cd段导线的电流方向________(填“由c到d”或“由d到c”)． (2)cd段导线受磁场力的方向如图所示，在图中画出ab段导线受磁场力的方向． 6． 实验装置如图所示，闭合开关，观察到金属杆向左运动起来，实验现象说明磁场对________有力的作用，利用这种现象可以制成________机；断开开关，对调电源正、负两极，重新接入电路，再次闭合开关，观察到金属杆向________运动起来．
7．如图所示，将垂直于金属导轨的导体ab置于蹄形磁铁的磁场中，闭合开关后，导体ab沿导轨运动，根据此实验原理，可以制成( )
A．电热器 B．电动机 C．电磁铁 D．电磁继电器 8．直流电动机工作时，当线圈转到什么位置时，换向器改变线圈中的电流方向( ) A．线圈转动到任意位置 B．线圈平面与磁感线垂直 C．线圈平面与磁感线平行 D．线圈平面与磁感线成45°角 9．如图甲、乙所示是通电线圈在磁场中的两个位置，关于在这两个位置的说法中正确的是( )
A．通电线圈在甲位置时会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力 B．通电线圈在乙位置时会静止，此时线圈不受磁场对它的作用力 C．通电线圈在甲位置时会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力 D．通电线圈在乙位置时会静止，此时线圈仍受磁场对它的作用力 10．小明将直流电动机模型接入电路，闭合开关后，发现电动机不工作．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，其原因可能是( ) 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 11．通电导体在磁场中受力的作用，________就是根据这个原理设计的． 12．如图是扬声器的构造示意图，当线圈中有电流通过时，线圈受到磁铁力的作用而运动．这与________的工作原理相同；由于通过线圈的电流是________电流，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音．
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