1、九年級物理九年級物理第十二章第十二章 電和磁電和磁三三人教四年制版人教四年制版【同步教育信息同步教育信息】一. 本周教學(xué)內(nèi)容：第十二章 電和磁三二. 重難點(diǎn)：1. 理解磁場對電流的作用，掌握左手定那么的判定方法。2. 了解直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。理解換向器的作用。三. 知識點(diǎn)分析：電流通過電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的軸就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。電動(dòng)機(jī)的原理是什么？原來通電導(dǎo)線在磁場中要受到力的作用，電動(dòng)機(jī)就是利用這種現(xiàn)象制成的。實(shí)驗(yàn) 1：圖 1 通電直導(dǎo)線在磁場中受到力如圖 1 所示，把一根直導(dǎo)線 ab 放在蹄形磁體的磁場里，接通電源，讓電流通過原來靜止的導(dǎo)體 ab。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)說明：電流通過在磁場中的導(dǎo)體

2、 ab 時(shí)，導(dǎo)體 ab 就運(yùn)動(dòng)起來，這說明通電導(dǎo)體在磁場里受到力的作用，在上述實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)力的方向既跟電流的方向垂直，又跟磁感線的方向垂直。實(shí)驗(yàn) 2：在上述實(shí)驗(yàn)中，使電流的方向相反，或者使磁感線的方向相反，觀察導(dǎo)體 ab 的運(yùn)動(dòng)情況。實(shí)驗(yàn)說明：使電流的方向相反，或者使磁感線的方向相反，導(dǎo)體 ab 的運(yùn)動(dòng)方向也相反。這說明通電導(dǎo)體在磁場里受力的方向，跟電流方向和磁感線方向有關(guān)。把一個(gè)通電線圈放在磁場里，你推測會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？你是怎樣進(jìn)行推測的？實(shí)驗(yàn) 3： 甲 乙圖 2 通電線圈在磁場里轉(zhuǎn)動(dòng)如圖 2 甲所示，把一個(gè)線圈放在磁場里，接通電源，讓電流通過線圈，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。我們看到，接通電源的線圈在

3、磁場里發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)不能持續(xù)下去，擺幾下便停在在圖 2 乙所示的位置上。怎樣解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？原來通電線圈的邊和邊在磁場里受到力的作用，而abcd邊和邊中的電流方向相反，所以受到的力的方向相反且不在同一直線上見圖甲，abcd在這兩個(gè)力的作用下線圈就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。當(dāng)轉(zhuǎn)到圖乙所示的位置時(shí)，這兩個(gè)力恰好在同一直線上，而且大小相等，方向相反，相互平衡，所以線圈在這個(gè)位置上可以保持平衡。通電導(dǎo)體和通電線圈在磁場里受到力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，消耗了電能，得到了機(jī)械能，在這種現(xiàn)象里，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在上一節(jié)所示的現(xiàn)象里，我們看到電能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。怎樣才能實(shí)際利用上述現(xiàn)象呢？從發(fā)現(xiàn)磁場對電流的作用，到創(chuàng)造電動(dòng)

4、機(jī)，還有一段路要走，實(shí)際的電動(dòng)機(jī)要能夠持續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)，而圖 2 中的通電線圈卻不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，怎么辦？ 甲：未改變電流方向乙：改變了電流方向圖 3 通電線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置時(shí)的受力情況圖 3 表示圖 2 中的通電線圈剛轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)的受力情況，比照圖 3 的甲和乙可以知道：如果在線圈剛轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，立即改變線圈中的電流方向，那么，由于受力方向改變，線圈就可以按原來的方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，每當(dāng)線圈剛轉(zhuǎn)到平衡位置，就改變一次電流方向，線圈就可以不停地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。怎樣具體實(shí)現(xiàn)電流方向的改變呢？換向器圖 4 是直流電動(dòng)機(jī)的原理圖。這種電動(dòng)機(jī)用直流電源供電，所以叫直流電動(dòng)機(jī)。線圈的兩端各連一個(gè)銅制半環(huán) e 和 f

5、，它們彼此絕緣，并隨線圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)。a 和 b 是電刷，它們跟半環(huán)接觸，使電源和線圈組成閉合電路。兩個(gè)半環(huán) e 和 f 叫做換向器。每當(dāng)線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置，換向器就能自動(dòng)改變線圈中電流的方向。仔細(xì)研究圖 4，就會(huì)了解這一點(diǎn)。甲：電流方向和力的方向如下圖，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。乙：線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，兩電刷恰好接觸兩半環(huán)間的絕緣局部：線圈由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過平衡位置后，電流即改變方向。丙：和中的電流方向與圖甲相反，受力方向也相反，線圈仍順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。abcd丁：線圈又轉(zhuǎn)到平衡位置，換向器又自動(dòng)改變電流方向。圖 4 直流電動(dòng)機(jī)的原理【典型例題典型例題】例 1 通電導(dǎo)體在磁場中受力的方向跟什么有關(guān)系？有什么

6、關(guān)系？怎樣來判定？解題思路：解題思路：通電導(dǎo)體在磁場中受力的方向跟電流方向和磁場方向有關(guān)系，這三者關(guān)系是彼此互相垂直，可以用左手定那么來判定。借題發(fā)揮：借題發(fā)揮：左手定那么：伸開左手，讓四指和大拇指都和手掌在一個(gè)平面內(nèi)，且大拇指和四指互相垂直，將左手放入磁場中，讓磁感垂直穿過掌心，讓四指所指的方向與電流方向相同，那么大拇指所指的方向就是導(dǎo)體受力的方向。例 2 如圖 1 所示，線圈為什么在甲圖可旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)到乙圖時(shí)就不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)？圖 1解題思路：解題思路：通電線圈的邊和邊在磁場里受到力的作用，而邊和邊中的電流方向相反，abcdabcd所以受力方向也相反，邊向上受力，邊向下受力，且兩力不在同一條直線

7、上，如圖abcd甲。在兩個(gè)力的作用下線圈就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。當(dāng)轉(zhuǎn)到乙圖的位置時(shí)，這兩個(gè)力恰好方向相反，作用在同一條直線上，而且大小相等，方向相反且互相平衡，所以線圈在這個(gè)位置上可以保持平衡，就不再轉(zhuǎn)動(dòng)。借題發(fā)揮：借題發(fā)揮：通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)消耗了電能，得到了機(jī)械能，這是電能轉(zhuǎn)化機(jī)械能的過程。例 3 如圖 2 所示，有兩閉合鋁環(huán)，掛在一根水平光滑的絕緣桿上，當(dāng)條形磁鐵 n 極向左插向圓環(huán)時(shí)，兩個(gè)鋁環(huán) a. 有感應(yīng)電流但無相互作用b. 有感應(yīng)電流且有相互作用c. 無感應(yīng)電流和相互作用d. 無感應(yīng)電流有相互作用圖 2解題思路：解題思路：當(dāng)條形磁鐵的 n 極插向圓形鋁環(huán)時(shí)，那么閉合的鋁環(huán)局部在做切割磁感線運(yùn)

8、動(dòng)的鋁環(huán)中會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，當(dāng)鋁環(huán)中有電流通過時(shí)，此時(shí)它們又都在磁場中。通電導(dǎo)體在磁場中會(huì)受力的作用，根據(jù)左手定那么它們之間相互作用，所以答案為 b。借題發(fā)揮：借題發(fā)揮：根據(jù)電磁感應(yīng)可知有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這一點(diǎn)容易理解，可它們之間是否有相互作用很多同學(xué)不理解。可進(jìn)一步思考通電導(dǎo)體在磁場中會(huì)受到力的作用，所以它們之間有相互作用。例 4 一臺電直流電動(dòng)機(jī)接在 6v 電源上，線圈卡住不轉(zhuǎn)時(shí)電流為 5a，排除故障后電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中的電流為 1a，求： 1電動(dòng)機(jī)總功率是多少？2電動(dòng)機(jī)有用功率是多少？3這臺電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率是多少？解題思路：解題思路：圖 3 是電路圖。圖 31電動(dòng)機(jī)的總功率就是電動(dòng)機(jī)

9、正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電壓與電流的乘積。waviup616總2電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的線圈內(nèi)有電阻，通電時(shí)電阻因發(fā)熱而消耗電能，所以有用功率應(yīng)該等于總功率減去發(fā)熱功率。而發(fā)熱功率就是正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)線圈內(nèi)阻r與電流平方的乘積，而線圈內(nèi)阻要利用線圈通電不轉(zhuǎn)的電壓與電流的比值。2i2 . 156aviurwarip2 . 12 . 1)1 (22熱 wwwppp8 . 42 . 16熱總有用3電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率就是有用功與總功之比，而有用功和總功可以用公式：表示，tpwtpw總總有用有用其中時(shí)間 是相同的，所以t%8068 . 4wwpptptpww總有用總有用總有用答：電動(dòng)機(jī)總功率為 6w，有用功率為，它的機(jī)

10、械效率為 80%。借題發(fā)揮：借題發(fā)揮：此題可能會(huì)出現(xiàn)以下幾種錯(cuò)誤的解法：一是二是wavuip3056總熱p，這也是錯(cuò)誤的，三是電動(dòng)機(jī)的電阻：ri2wa302 . 1)5(2aviur16，這時(shí)電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)，只有局部電能轉(zhuǎn)為熱能，而大局部電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 6只適用局部電路，另外有的同學(xué)容易將電功率和機(jī)械效率混為一談。iur 例 5 用電池組向一臺電動(dòng)起重機(jī)模型通電，使它勻速吊起一個(gè)砝碼。1用哪些儀器，什么方法可以測電動(dòng)機(jī)輸入功率。2用哪些儀器和什么方法，可測出起重機(jī)的輸出功率。3寫出起重機(jī)工作效率的表達(dá)式。解題思路：解題思路：1用電壓表測出輸入到電動(dòng)機(jī)的電壓 u，用電流表測出輸入到電動(dòng)機(jī)中的

11、電流，即可求出輸入功率，。uip輸入2用米尺測出砝碼上升的高度，用天平測出砝碼的質(zhì)量，用秒表測出砝碼上hm升的時(shí)間 ，即可求出輸出功率。ttmghtghtwp有用出3機(jī)械效率：uitmghtpghww入總有用借題發(fā)揮：借題發(fā)揮：某同學(xué)用小電動(dòng)機(jī)做豎直提升鉤碼的實(shí)驗(yàn)：1加在電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為，通過的電流強(qiáng)度是，這臺電動(dòng)機(jī)消耗的功率是多少 w？2這臺電動(dòng)機(jī)把質(zhì)量為 200g 的鉤碼提升 1m 用了 4s，電動(dòng)機(jī)對鉤碼做功的功率是多少 w？kgng/103這臺電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率是多少？解：解：1wavuip14 . 05 . 22jmkgngmghghw21/1024. 0wsjtwp5 . 0423

12、%50412swjptwww總有用答：答：1這臺電動(dòng)機(jī)的消耗功率為 1w。2電動(dòng)機(jī)對鉤碼做功功率為。3這臺電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率為 50%。【模擬試題模擬試題】一. 填空題：1. 磁場對通電導(dǎo)體有 作用。2. 通電導(dǎo)體在磁場中受力的方向與 方向和 方向有關(guān)，三者關(guān)系用 來判定。3. 通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，消耗了 能，得到 能。4. 圖 1 是直流電動(dòng)機(jī)的示意圖，分別表示電動(dòng)機(jī)的某一局部： abcdab 。cd圖 15. 電動(dòng)機(jī)是把 能轉(zhuǎn)化為 能的機(jī)器。6. 用 電源供電的電動(dòng)機(jī)叫直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)是利用 原理制成的。二. 選擇題：1. 直流電動(dòng)機(jī)中的換向器的作用是 a. 改變磁場的 n 極和 s 極b. 改變線圈中的電流方向和磁場的 n 極，s 極c. 改變線圈中的電流方向d. 改變線圈中電流的大小三. 簡答題：1. 說明圖 2 中各通電導(dǎo)體的受力方向。圖 2 甲向 ；乙向 ；丙向 ；丁向 。2. 如圖 3 所示，通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用，試根據(jù)磁場的受力方向，判斷導(dǎo)體a中的通電方向。圖 3四. 計(jì)算題：1. 一臺電動(dòng)機(jī)上標(biāo)有“220v 2.5a，正常工作時(shí)線圈的內(nèi)阻為，求這臺電動(dòng)機(jī)10的額定功率和機(jī)械效率。2. 利用電動(dòng)機(jī)抽水時(shí)加在電動(dòng)機(jī)上的電壓是 380v，通過電動(dòng)機(jī)的電流是 10a，求：1電動(dòng)機(jī)工作 1h 電流