專題20 電動機和發電機工作原理專題學啥 一、電動機1.電動機原理：電動機是根據通電線圈在磁場中因受力而發生轉動的原理制成的，是將電能轉化為機械能的裝置。2.構造：電動機是由轉子和定子兩部分組成的。換向器的作用是每當線圈剛轉過平衡位置時，能自動改變線圈中電流的方向，使線圈連續轉動。3.改變電動機轉動方向的方法：改變電流方向（交換電壓接線）或改變磁感線方向（對調磁極）。4.提高電動機轉速的方法：增加線圈匝數、增加磁體磁性、增大電流。二、發電機1.發電機原理：發電機是根據電磁感應現象制成的，是將機械能轉化為電能的裝置。2.構造：發電機是由定子和轉子兩部分組成的。3.從電池得到的電流的方向不變，通常叫做直流電。（DC）4.電流方向周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流電。（AC）5.在交變電流中，電流在每秒內周期性變化的次數叫做頻率，頻率的單位是赫茲，簡稱赫，符號為Hz。專題考法 6.我國供生產和生活用的交流電，電壓是220V，頻率是50Hz，周期是0.02s，即1s內有50個周期，交流電的方向每周期改變2次，所以50Hz的交流電電流方向1s內改變100次。【例題1】（貴州黔東南）關于如圖甲、乙所示的實驗，下列說法錯誤的是（）A甲實驗可以研究通電導體周圍存在磁場B甲實驗可以研究電磁感應現象C乙實驗可以研究通電導體在磁場中受力情況D乙實驗的過程中，電能轉化為機械能【答案】A【解析】AB、甲實驗電路中沒有電源，不能用來研究通電導體周圍存在磁場；該實驗中，開關閉合時，當導體棒ab在磁場中做切割磁感線運動，電路中就會產生感應電流，所以可以研究電磁感應現象，故A說法錯誤，B說法正確。CD、乙實驗電路中有電源和磁體，可以研究通電導體在磁場中受力情況，是電動機的原理圖，工作時電能轉化為機械能，故CD說法都正確。【例題2】（2019大慶）圖示實驗裝置中，磁體和導體棒均水平放置，斷開S2、閉合S1，使導體棒水平向右運動，電流表G的指針向右偏，這是 現象，為使G的指針向左偏，可使導體棒向 運動，斷開S1、閉合S2，導體棒能運動起來，依此可制成 （選填“電動機”或“發電機”）。【答案】電磁感應；左；電動機。【解析】斷開S2、閉合S1，使導體棒水平向右運動，此時導體在磁場中做切割磁感線運動，電路中就會產生感應電流，電流表G的指針向右偏，這是電磁感應現象；感應電流的方向與導體運動方向有關，為使G的指針向左偏，可使導體棒向左運；斷開S1、閉合S2，導體棒有電流，在磁場中受到到力的作用，能運動起來，這就是電動機的原理。【例題3】(經典題)在探究“電動機為什么會轉動”的實驗中：（1）我們首先想到的是磁體間發生相互作用是因為一個磁體放在了另一個磁體的磁場中，那么通電導體周圍也存在 ，磁體會對通電導體產生力的作用嗎?（2）如圖 所示，將一根導體ab置于蹄形磁鐵的兩極之間，未閉合開關前，導體 ，閉合開關后，導體 ，說明磁場對 導體有力的作用。（3）斷開開關，將圖中磁鐵的 N、S 極對調，再閉合開關，會發現導體ab的運動方向與對調前的運動方向 ，說明通電導體在磁場中的受力方向與 有關。（4）斷開開關，將圖中電源的正、負極對調，再閉合開關，會發現導體ab的運動方向與對調前的運動方向 ，說明通電導體在磁場中的受力方向與 有關。（5）如果同時改變磁場方向和電流方向， 確定受力方向與磁場方向或電流方向是否有關（填“能”或“不能”）。 【答案】(1）磁場(2）靜止 轉動 通電 (3）相反 磁場方向 (4）相反 電流方向(5）不能【解析】（1）通電導體和磁體一樣周圍也存在著磁場；（2）圖中，未閉合開關前，導體中沒有電流通過，導體靜止不動；閉合開關后，導體轉動，說明磁場對通電導體有力的作用；（3）斷開開關，將圖中磁鐵的 N、S 極對調，即改變磁場方向，再閉合開關，會發現導體ab的運動方向與對調前的運動方向相反，說明通電導體在磁場中的受力方向與磁場方向有關；（4）斷開開關，將圖中電源的正、負極對調，即改變電流方向，再閉合開關，會發現導體ab的運動方向與對調前的運動方向相反，說明通電導體在磁場中的受力方向與電流方向有關；（5）如果同時改變磁場方向和電流方向，不能確定受力方向與磁場方向或電流方向是否有關。 專題操練 一、選擇題1（2019福建）如圖的四個實驗中，反映電動機工作原理的是（）A BC D【答案】C【解析】電動機是利用通電導體在磁場中受力運動制成的；A.如圖是電流磁效應的實驗，說明了通電導體周圍存在磁場，故A不符合題意。B.是研究電磁鐵的實驗裝置，說明了通電導體周圍存在磁場，故B不符合題意。C.電路中有電源，是通電導體在磁場中受力運動，是電動機的工作原理，故C符合題意。D.電路中沒有電源，是探究電磁感應現象的實驗裝置，是發電機的工作原理，故D不符合題意。2.（2019河北）圖所示四個裝置中工作原理與發電機相同的是（）A電磁起重機 B司南 C話筒 D揚聲器【答案】C 【分析】發電機的工作原理是電磁感應現象，分析清楚圖示實驗原理，然后答題。【解答】解：發電機的工作原理是電磁感應現象。A.電磁起重機是利用電磁鐵工作的，其原理是電流的磁效應，故A不符合題意；B.司南是天然的磁體，由于受地磁場的影響，磁體具有指南北的性質，故B不符合題意；C.話筒是利用在閉合電路的一部分導體磁場中做切割磁感線運動而產生交變電流的原理（即電磁感應現象）制成的，故C符合題意；D.揚聲器把電信號轉化為聲信號，利用通電導體在磁場中受到力的作用的原理，故D不符合題意。3.（經典題）如圖所示，四個電磁學實驗的應用，下列說法不正確的是（ ）【答案】C【解析】根據電磁鐵的工作原理、發電機、電磁鐵磁性強弱的影響因素和電話的工作原理來分析解答；A.甲圖演示的為電流的磁效應，即電流的周圍存在磁場，電磁鐵是利用這個原理來工作的，故A正確；B.圖乙演示是電磁感應現象，發電機就是根據這個原理制成的，故B正確；C.由圖丙可知，兩個通電螺線管串聯，通過的電流相同，只是匝數不同，所以是探究電磁鐵磁性強弱與線圈的匝數的關系，故C錯誤；D.由圖丁可知，當電源接通后，永久磁體就會發生振動，把電能轉化為機械能，故D正確。4.（經典題）下列實驗中，能說明電動機工作原理的是（ ）ABCD【答案】B【解析】電動機的工作原理是：通電導體在磁場中受到力的作用。A該裝置是研究電磁鐵磁性的實驗裝置，是電流的磁效應，故A錯誤。B該裝置是電動機原理圖，表明通電的導體在磁場中受力的作用，故B正確；C該裝置是奧斯特實驗，表明通電導線周圍有磁場，故C錯誤；D該裝置是發電機原理圖，表示電磁感應現象，故D錯誤。5.（經典題）下列電器中，利用電磁感應現象原理制成的是（ ）A電視機B繼電器C發電機D電動機【答案】C【解析】閉合電路的部分導體，若在磁場中做切割磁感線的運動，在電路中就會產生電流，該現象就是電磁感應現象，此時產生的電流是感應電流，即運動產生電流。A電視機在工作過程中，消耗了電能，電能轉化為其形式的能。故A錯誤。B電磁繼電器的工作原理是電流的磁效應，故B錯誤。C發電機原理是一部分導體做切割磁感線運動，是根據電磁感應原理制成的。故C正確。D電動機是利用通電導體在磁場中受力而運動的現象制成的。故D錯誤。6.（經典題）下列設備中與發電機工作原理相同的是（ ）A. 電磁鐵 B. 電動機 C. 電鈴 D.動圈式話筒【答案】D【解析】首先明確發電機的工作原理-電磁感應現象，然后通過對選擇項中的裝置進行分析，得到其體現的物理理論，然后兩者對應即可得到答案。發電機是根據電磁感應現象制成的；A.電磁鐵是利用電流的磁效應工作的；故A不符合題意；B.電動機是利用通電導體在磁場中受力而轉動的原理，故B不符合題意；C.電鈴內部有一個電磁鐵，即其是利用電流的磁效應制成的，故C不符合題意；D.人對著話筒說話時，膜片帶動線圈在磁場中做切割磁感線運動而產生感應電流，這是一種電磁感應現象。故D符合題意。7.（創新題）共享電動車不僅環保節能而且為人們的出行帶來了很大方便。已知某品牌共享電動車的電動機線圈內阻一定，轉軸卡住不能轉動時，線圈兩端電壓為48V，電流為12A當電動車在水平地面上以18km/h的速度勻速直線行駛時，線圈兩端電壓仍然為48V，電流為2A，則下列說法正確的是（）A電動機線圈電阻為24 B電動機的機械功率為96WC電動機的效率是66.7% D電動車前進時受到的阻力為16N【答案】D 【解析】（1）因電動機轉軸卡住不能轉動時為純電阻用電器，所以，由I可得，電動機線圈的電阻：R4，故A錯誤；（2）當在水平地面上以v18km/h5m/s的速度勻速直線行駛時，電動車為非純電阻，此時電動機消耗的電功率：PMUI48V2A96W，電動機線圈電阻消耗的熱功率：PR（I）2R（2A）2416W，電動機的機械功率：P機械PMPR96W16W80W，故B錯誤；電動機的效率：100%100%83.3%，故C錯誤；因電動車在水平地面上勻速直線行駛時處于平衡狀態，受到的阻力和牽引力是一對平衡力，所以，由PFv可得，電動車前進時的牽引力即受到的阻力：fF16N，故D正確。故選：D。8.（創新題）如圖所示的四個實驗,反映電動機基本原理的是（ ）【答案】D【解析】A圖對應電生磁；B圖對應同種電荷相互排斥；C圖對應電磁感應。D圖對應通電導體在磁場中受力的作用（電動機）9.（創新題）某同學在家庭實驗室里，將甲、乙圖中的裝置連接了如圖所示的通路，其中兩個相同的銅線圈處于磁場中。用外力使甲圖中的線圈在磁場中擺動，下列說法正確的是（ ）A乙圖中的線圈有電流通過，也會隨著運動起來B乙類似于發電機，其原理是電磁感應C甲類似于電動機，其原理是磁場對電流有力的作用D甲圖中的線圈在運動過程中將機械能轉化為電能【答案】AD【解析】用外力使甲圖中的線圈在磁場中擺動，切割磁感線，產生感應電流，甲圖中的裝置相當于發電機，將機械能轉化為電能，選項D正確；乙裝置相當于電動機，有電流后會運動起來，選項A正確；B和C錯誤。故選AD。二、填空題10.（經典題）英國物理學家__________經過10年的不解探索，終于在1831年發現了電磁感應現象，由此發明了__________(選填“電動機”或“發電機”)，開創了電氣時代的新紀元。【答案】法拉第；發電機。【解析】1831年，英國物理學家法拉第發現了電磁感應現象；由此發明了發電機，開創了電氣時代的新紀元。11（2019四川內江）發電機是利用 現象制成的，我國發電廠發出的交變電流的頻率是50Hz，其周期是 s。【答案】電磁感應；0.02。【解析】發電機是根據電磁感應現象制成的。頻率是50Hz，時間是1s所以周期是：由f得，T0.02s。12.（創新題）小輝將玩具汽車里的電動機拆下來，在電動機的轉軸處加裝了一個小齒輪，在電動機尾部的接線柱處連接一個半導體led燈珠，當他將小齒輪放置在轉動的自行車車輪上，如圖所示，則齒輪的轉動方向是（選填“順時針”或“逆時針”），他發現led燈珠并不是持續發光，而是不斷的閃光，通過這個實驗證明了該實驗產生的電流是電（選填“交流”和“直流”），產生電流是利用了原理。【答案】順時針；交流；電磁感應。【解析】（1）根據圖判斷出齒輪輪的轉動方向；（2）發光二極管具有單向導電性；（3）周期性改變電流方向的電流叫交流電；（4）發動機是根據電磁感應現象制成的。根據圖知車輪逆時針轉動，要想車輪帶動齒輪發電，齒輪需要逆時針轉動；因為發光二極管具有單向導電性，電流只有從正極流入，燈泡才能發光，所以led燈珠并不是持續發光，而是不斷的閃光說明產生的電流是交流電；產生電流的現象叫電磁感應現象。13.（創新題）物理興趣小組在老師的指導下做了一個有趣的“搖繩發電”實驗。如圖，他們用一根導線做成跳繩，將跳繩的兩端與固定在地面上的靈敏電流計相連，搖動“跳繩”時，發現靈敏電流計的指針左右擺動，這說明導線中產生了 ，搖繩發電將 能轉化為電能。【答案】感應電流；機械。【解析】用一根導線做成跳繩，將跳繩的兩端與固定在地面上的靈敏電流計相連，搖動“跳繩”時，導體在磁場中做切割磁感線運動，電路中會產生感應電流，而且電流方向隨時間發生變化，屬于交流電，根據此原理可制成發電機，在工作過程中將機械能轉化為電能。3、 簡答題14.（2019貴州銅仁）中國高鐵已經成為世界屬目的一張名片。2018年底，銅仁站正式開通高鐵，為銅仁的發展帶來新的機遇。高鐵包含許多物理知識，如:高鐵的運動靠電動機驅動等。請你結合所學知識，回答下列問題。(1)電動機的工作原理是 : (2)電動機正常工作時，主要的能量轉化是 :【答案】（1）通電導線在磁場中受力的作用；（2）電能轉化為機械能。【解析】（1）電動機是利用通電導線在磁場中受力的作用而成的；（2）電動機工作時，消耗電能產生機械能，即是將電能轉化為機械能的裝置；（3）如果人站在安全線以內，當有列車駛過時，會帶動人和車之間的空氣流動速度加快，此時人外側的空氣流動速度慢；根據流體壓強與流速的關系可知，人外側空氣流速慢壓強大，而內側流速快壓強小，會產生一個向內側的壓強差，將人推向火車，易出現危險。四、實驗探究題15.（2019湖北宜昌）如圖所示為玩具小風扇里的小直流電動機。（1）小明同學將電池接到該直流電動機兩端，看到電動機轉動起來，電動機的工作原理是： ；小明將電池反向接到電動機兩端，看到電動機 （選填：原方向旋轉、不轉動、反向旋轉）。（2）學習了電磁感應知識后，小明同學想到：“直流電動機線圈轉動時也切割了磁感線，那么線圈中是否也會產生感應電流呢？”于是小明將一個小燈泡連在直流電動機兩端，用手搓動轉軸，發現小燈并未發光。小紅同學認為，這說明直流電動機不會產生感應電流。你是否同意小紅的看法： ；若小明要繼續研究，應該使用什么儀器比較妥當： 。【答案】（1）通電線圈在磁場中受到力的作用；反向旋轉；（2）不同意；靈敏電流表。【解析】電動機的工作原理是通電線圈在磁場中受到力的作用；線圈受力方向與電流方向和磁場方向有關；閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中會產生感應電流。這就是電磁感應現象。（1）電動機的工作原理是通電線圈在磁場中受到力的作用，線圈受力方向與電流方向和磁場方向有關，所以將電池反向接到電動機兩端，看到電動機反向旋轉；（2）用手搓動電動機的轉軸，線圈在磁場中切割磁感線，因此在線圈中也產生感應電流，但小燈泡需要較大的電流才能工作，應該用靈敏電流表代替小燈泡。16.（2019武漢）某同學利用如圖所示的實驗裝置探究什么情況下磁可以生電。（1）實驗時應將電流表、導線ab串聯起來組成______回路。（2）該同學進行以下嘗試，能使電流表指針偏轉的是______（填字母標號）。A導線ab在磁場中靜止，換用磁性更強的蹄形磁體B導線在磁場中靜止，但不用單根導線ab，而用匝數很多的線圈C蹄形磁體靜止，導線ab從圖中所示位置水平向左或水平向右運動D蹄形磁體靜止，導線ab從圖中所示位置豎直向上或豎直向下運動E蹄形磁體靜止，導線ab從圖中所示位置斜向上或斜向下運動（3）如圖所示的實驗裝置中，將電流表換成____進行觸接，還可以探究電動機的工作原理。【答案】（1）閉合；（2）CE；（3）電源。【解析】（1）磁生電是電磁感應現象，必須使閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，所以應將電流表、導線ab串聯起來組成閉合回路； （2）電流表發生偏轉，說明電路中產生了感應電流，所以導體在磁場中一定做切割磁感線運動；AB、導線ab在磁場中靜止，換用磁性更強的蹄形磁體或匝數很多的線圈，導體在磁場中都沒有發生相對運動，不會產生感應電流，故AB都不符合題意。 CE、由圖知，導體ab處的磁感線是從上向下的，導體ab水平向左或向右運動，斜向上或斜向上運動，都是做切割磁感線運動，都會產生感應電流，所以會產生感應電流，電流表指針發生偏轉，故CE符合題意。 D、導體ab豎直向上或豎直向下運動時，運動方向與磁場方向平行，導體沒有做切割磁感線運動，不會產生感應電流，電流表指針不發生偏轉，故D不符合題意； 故選CE。 （3）當電流表換成電源時，導體ab就成了通電導體，在磁場中會受到力的作用，可以探究電動機的工作原理。 11