3. 通电导体在磁场中受到力的作用而发生运动的时候，消耗了　　　 能，得到　　　 能。

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。

1. 磁场对通电导体有　　　　 作用。

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。

实验表明：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。

实验表明：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，到发明电动机，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：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，对比图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图所示，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部分：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，可以用左手定则来判定。

借题发挥：

左手定则：伸开左手，让四指和大拇指都和手掌在一个平面内，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，则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，则闭合的铝环部分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，根据左手定则它们之间相互作用，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3

(1)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，

其中时间是相同的，所以

答：电动机总功率为6W，有用功率为4.8W，它的机械效率为80%。

借题发挥：

本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，只有部分电能转为热能，而大部分电能转化为机械能。只适用部分电路，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)已知加在电动机两端的电压为2.5V，通过的电流强度是0.4A，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：

(1)

(2)

(3)

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0.5W。

(3)这台电动机的机械效率为50%。

2. 了解直流电动机的结构和工作原理。理解换向器的作用。

1. 理解磁场对电流的作用，掌握左手定则的判定方法。

第九 电和磁

26．小明奶奶在缝衣时不小心把钢制缝衣针掉在了在上，请你想一个办法帮她找到它，并说出理由。

25.根据下列各小磁针“N”极所指的方向，画出螺线管上线圈的绕线方向