备战2020年中考物理专题20电动机和发电机工作原理（含解析）

1 专题 20 电动机和发电机工作原理 一、电动机 1.电动机原理：电动机是根据通电线圈在磁场中因受力而发生转动的原理制成的，是将电能转化为机械能 的装置。 2.构造：电动机是由转子和定子两部分组成的。换向器的作用是每当线圈刚转过平衡位置时，能自动改变 线圈中电流的方向，使线圈连续转动。 3.改变电动机转动方向的方法：改变电流方向（交换电压接线）或改变磁感线方向（对调磁极）。 4.提高电动机转速的方法：增加线圈匝数、增加磁体磁性、增大电流。 二、发电机 1.发电机原理：发电机是根据电磁感应现象制成的，是将机械能转化为电能的装置。 2.构造：发电机是由定子和转子两部分组成的。 3.从电池得到的电流的方向不变，通常叫做直流电。（DC） 4.电流方向周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。（AC） 5.在交变电流中，电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率，频率的单位是赫兹，简称赫，符号为 Hz。 6.我国供生产和生活用的交流电，电压是 220V，频率是 50Hz，周期是 0.02s，即 1s 内有 50 个周期，交流 电的方向每周期改变 2 次，所以 50Hz 的交流电电流方向 1s 内改变 100 次。 【例题 1】（贵州黔东南）关于如图甲、乙所示的实验，下列说法错误的是（　　） A．甲实验可以研究通电导体周围存在磁场 B．甲实验可以研究电磁感应现象 专题学啥 专题考法 2 C．乙实验可以研究通电导体在磁场中受力情况 D．乙实验的过程中，电能转化为机械能 【答案】A 【解析】AB、甲实验电路中没有电源，不能用来研究通电导体周围存在磁场；该实验中，开关闭合时，当 导体棒 ab 在磁场中做切割磁感线运动，电路中就会产生感应电流，所以可以研究电磁感应现象，故 A 说法 错误，B 说法正确。 CD、乙实验电路中有电源和磁体，可以研究通电导体在磁场中受力情况，是电动机的原理图，工作时电能 转化为机械能，故 CD 说法都正确。 【例题 2】（2019 大庆）图示实验装置中，磁体和导体棒均水平放置，断开 S2、闭合 S1，使导体棒水平向右 运动，电流表 G 的指针向右偏，这是　 　现象，为使 G 的指针向左偏，可使导体棒向　 　运动，断 开 S1、闭合 S2，导体棒能运动起来，依此可制成　 　（选填“电动机”或“发电机”）。 【答案】电磁感应；左；电动机。 【解析】断开 S2、闭合 S1，使导体棒水平向右运动，此时导体在磁场中做切割磁感线运动， 电路中就会产生感应电流，电流表 G 的指针向右偏，这是电磁感应现象； 感应电流的方向与导体运动方向有关，为使 G 的指针向左偏，可使导体棒向左运； 断开 S1、闭合 S2，导体棒有电流，在磁场中受到到力的作用，能运动起来，这就是电动机的原理。 【例题 3】(经典题)在探究“电动机为什么会转动”的实验中： （1）我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周 围也存在 ，磁体会对通电导体产生力的作用吗? （2）如图 所示，将一根导体ab置于蹄形磁铁的两极之间，未闭合开关前，导体 ，闭合开关后，导 体 ，说明磁场对 导体有力的作用。3 （3）断开开关，将图中磁铁的 N、S 极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方 向 ，说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。 （4）断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方 向 ，说明通电导体在磁场中的受力方向与 有关。 （5）如果同时改变磁场方向和电流方向， 确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关（填“能” 或“不能”）。 【答案】(1）磁场(2）静止 转动 通电 (3）相反 磁场方向 (4）相反 电流方向(5）不能 【解析】（1）通电导体和磁体一样周围也存在着磁场；（2）图中，未闭合开关前，导体中没有电流通过， 导体静止不动；闭合开关后，导体转动，说明磁场对通电导体有力的作用；（3）断开开关，将图中磁铁的 N、S 极对调，即改变磁场方向，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，说明通 电导体在磁场中的受力方向与磁场方向有关；（4）断开开关，将图中电源的正、负极对调，即改变电流方 向，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向相反，说明通电导体在磁场中的受力方向 与电流方向有关；（5）如果同时改变磁场方向和电流方向，不能确定受力方向与磁场方向或电流方向是否 有关。 一、选择题 1．（2019 福建）如图的四个实验中，反映电动机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】电动机是利用通电导体在磁场中受力运动制成的； 专题操练 4 A.如图是电流磁效应的实验，说明了通电导体周围存在磁场，故 A 不符合题意。 B.是研究电磁铁的实验装置，说明了通电导体周围存在磁场，故 B 不符合题意。 C.电路中有电源，是通电导体在磁场中受力运动，是电动机的工作原理，故 C 符合题意。 D.电路中没有电源，是探究电磁感应现象的实验装置，是发电机的工作原理，故 D 不符合题意。 2.（2019 河北）图所示四个装置中工作原理与发电机相同的是（　　） A．电磁起重机 B．司南 C．话筒 D．扬声器 【答案】C 【分析】发电机的工作原理是电磁感应现象，分析清楚图示实验原理，然后答题。 【解答】解：发电机的工作原理是电磁感应现象。 A.电磁起重机是利用电磁铁工作的，其原理是电流的磁效应，故 A 不符合题意； B.司南是天然的磁体，由于受地磁场的影响，磁体具有指南北的性质，故 B 不符合题意； C.话筒是利用在闭合电路的一部分导体磁场中做切割磁感线运动而产生交变电流的原理（即电磁感应现象） 制成的，故 C 符合题意； D.扬声器把电信号转化为声信号，利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理，故 D 不符合题意。 3.（经典题）如图所示，四个电磁学实验的应用，下列说法不正确的是（ ） 【答案】C 【解析】根据电磁铁的工作原理、发电机、电磁铁磁性强弱的影响因素和电话的工作原理来分析解答； A.甲图演示的为电流的磁效应，即电流的周围存在磁场，电磁铁是利用这个原理来工作的，故 A 正确； B.图乙演示是电磁感应现象，发电机就是根据这个原理制成的，故 B 正确；5 C.由图丙可知，两个通电螺线管串联，通过的电流相同，只是匝数不同，所以是探究电磁铁磁性强弱与线 圈的匝数的关系，故 C 错误； D.由图丁可知，当电源接通后，永久磁体就会发生振动，把电能转化为机械能，故 D 正确。 4.（经典题）下列实验中，能说明电动机工作原理的是（ ） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】电动机的工作原理是：通电导体在磁场中受到力的作用。 A．该装置是研究电磁铁磁性的实验装置，是电流的磁效应，故 A 错误。 B．该装置是电动机原理图，表明通电的导体在磁场中受力的作用，故 B 正确； C．该装置是奥斯特实验，表明通电导线周围有磁场，故 C 错误； D．该装置是发电机原理图，表示电磁感应现象，故 D 错误。 5.（经典题）下列电器中，利用电磁感应现象原理制成的是（ ） A．电视机 B．继电器 C．发电机 D．电动机 【答案】C 【解析】闭合电路的部分导体，若在磁场中做切割磁感线的运动，在电路中就会产生电流，该现象就是电 磁感应现象，此时产生的电流是感应电流，即运动产生电流。 A．电视机在工作过程中，消耗了电能，电能转化为其形式的能。故 A 错误。 B．电磁继电器的工作原理是电流的磁效应，故 B 错误。 C．发电机原理是一部分导体做切割磁感线运动，是根据电磁感应原理制成的。故 C 正确。 D．电动机是利用通电导体在磁场中受力而运动的现象制成的。故 D 错误。 6.（经典题）下列设备中与发电机工作原理相同的是（ ） A. 电磁铁 B. 电动机 C. 电铃 D.动圈式话筒 【答案】D 【解析】首 先 明 确 发 电 机 的 工 作 原 理 --电 磁 感 应 现 象 ， 然 后 通 过 对 选 择 项 中 的 装 置 进 行 分 析 ， 得 到 其 体 现 的 物 理 理 论 ， 然 后 两 者 对 应 即 可 得 到 答 案 。 发 电 机 是 根 据 电 磁 感 应 现 象 制 成 的 ； A.电 磁 铁 是 利 用 电 流 的 磁 效 应 工 作 的 ； 故 A 不 符 合 题 意 ；6 B.电 动 机 是 利 用 通 电 导 体 在 磁 场 中 受 力 而 转 动 的 原 理 ， 故 B 不 符 合 题 意 ； C.电 铃 内 部 有 一 个 电 磁 铁 ， 即 其 是 利 用 电 流 的 磁 效 应 制 成 的 ， 故 C 不 符 合 题 意 ； D.人 对 着 话 筒 说 话 时 ，膜 片 带 动 线 圈 在 磁 场 中 做 切 割 磁 感 线 运 动 而 产 生 感 应 电 流 ，这 是 一 种 电 磁 感 应 现 象 。 故 D 符 合 题 意 。 7.（创新题）共享电动车不仅环保节能而且为人们的出行带来了很大方便。已知某品牌共享 电动车的电动机线圈内阻一定，转轴卡住不能转动时，线圈两端电压为 48V，电流为 12A．当 电动车在水平地面上以 18km/h 的速度匀速直线行驶时，线圈两端电压仍然为 48V，电流为 2A，则下列说法正确的是（　　） A．电动机线圈电阻为 24Ω B．电动机的机械功率为 96W C．电动机的效率是 66.7% D．电动车前进时受到的阻力为 16N 【答案】D 【解析】（1）因电动机转轴卡住不能转动时为纯电阻用电器， 所以，由 I＝ 可得，电动机线圈的电阻： R＝ ＝ ＝4Ω，故 A 错误； （2）当在水平地面上以 v＝18km/h＝5m/s 的速度匀速直线行驶时，电动车为非纯电阻， 此时电动机消耗的电功率： PM＝UI′＝48V×2A＝96W， 电动机线圈电阻消耗的热功率： PR＝（I′）2R＝（2A）2×4Ω＝16W， 电动机的机械功率： P 机械＝PM﹣PR＝96W﹣16W＝80W，故 B 错误； 电动机的效率： η＝ ×100%＝ ×100%≈83.3%，故 C 错误； 因电动车在水平地面上匀速直线行驶时处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力， 所以，由 P＝ ＝ ＝Fv 可得，电动车前进时的牵引力即受到的阻力： f＝F＝ ＝ ＝16N，故 D 正确。 故选：D。7 8.（创新题）如图所示的四个实验,反映电动机基本原理的是（ ） 【答案】D 【解析】A 图对应电生磁；B 图对应同种电荷相互排斥；C 图对应电磁感应。D 图对应通电导体在磁 场中受力的作用（电动机） 9.（创新题）某同学在家庭实验室里，将甲、乙图中的装置连接了如图所示的通路，其中两个相同的铜线 圈处于磁场中。用外力使甲图中的线圈在磁场中摆动，下列说法正确的是（ ） A．乙图中的线圈有电流通过，也会随着运动起来 B．乙类似于发电机，其原理是电磁感应 C．甲类似于电动机，其原理是磁场对电流有力的作用 D．甲图中的线圈在运动过程中将机械能转化为电能 【答案】AD 【解析】用外力使甲图中的线圈在磁场中摆动，切割磁感线，产生感应电流，甲图中的装置相当于发电机， 将机械能转化为电能，选项 D 正确；乙装置相当于电动机，有电流后会运动起来，选项 A 正确；B 和 C 错误。 故选 AD。 二、填空题 10.（经典题）英国物理学家__________经过 10 年的不解探索，终于在 1831 年发现了电磁感应现象，由此 发明了__________(选填“电动机”或“发电机”)，开创了电气时代的新纪元。 【答案】法拉第；发电机。 【解析】1831 年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象；由此发明了发电机，开创了电气时代的新纪 元。8 11．（2019 四川内江）发电机是利用　 　现象制成的，我国发电厂发出的交变电流的频率是 50Hz，其周 期是　 　s。 【答案】电磁感应；0.02。 【解析】发电机是根据电磁感应现象制成的。 频率是 50Hz，时间是 1s 所以周期是：由 f＝ 得，T＝ ＝ ＝0.02s。 12.（创新题）小辉将玩具汽车里的电动机拆下来，在电动机的转轴处加装了一个小齿轮，在电动机尾部的 接线柱处连接一个半导体 led 灯珠，当他将小齿轮放置在转动的自行车车轮上，如图所示，则齿轮的转动 方向是　　（选填“顺时针”或“逆时针”），他发现 led 灯珠并不是持续发光，而是不断的闪光，通过这 个实验证明了该实验产生的电流是　　电（选填“交流”和“直流”），产生电流是利用了　　原理。 【答案】顺时针；交流；电磁感应。 【解析】（1）根据图判断出齿轮轮的转动方向； （2）发光二极管具有单向导电性； （3）周期性改变电流方向的电流叫交流电； （4）发动机是根据电磁感应现象制成的。 根据图知车轮逆时针转动，要想车轮带动齿轮发电，齿轮需要逆时针转动； 因为发光二极管具有单向导电性，电流只有从正极流入，灯泡才能发光，所以 led 灯珠并不是持续发光， 而是不断的闪光说明产生的电流是交流电； 产生电流的现象叫电磁感应现象。 13.（创新题）物理兴趣小组在老师的指导下做了一个有趣的“摇绳发电”实验。如图，他们用一根导线做 成跳绳，将跳绳的两端与固定在地面上的灵敏电流计相连，摇动“跳绳”时，发现灵敏电流计的指针左右 摆动，这说明导线中产生了　 　，摇绳发电将　 　能转化为电能。9 【答案】感应电流；机械。 【解析】用一根导线做成跳绳，将跳绳的两端与固定在地面上的灵敏电流计相连，摇动“跳绳”时，导体 在磁场中做切割磁感线运动，电路中会产生感应电流，而且电流方向随时间发生变化，属于交流电，根据 此原理可制成发电机，在工作过程中将机械能转化为电能。 三、简答题 14.（2019 贵州铜仁）中国高铁已经成为世界属目的一张名片。2018 年底，铜仁站正式开通高铁，为铜仁 的发展带来新的机遇。高铁包含许多物理知识，如:高铁的运动靠电动机驱动等。请你结合所学知识，回答 下列问题。 (1)电动机的工作原理是 : (2)电动机正常工作时，主要的能量转化是 : 【 答 案 】 （ 1） 通 电 导 线 在 磁 场 中 受 力 的 作 用 ； （ 2） 电 能 转 化 为 机 械 能 。 【 解 析 】 （ 1） 电 动 机 是 利 用 通 电 导 线 在 磁 场 中 受 力 的 作 用 而 成 的 ； （ 2） 电 动 机 工 作 时 ， 消 耗 电 能 产 生 机 械 能 ， 即 是 将 电 能 转 化 为 机 械 能 的 装 置 ； （ 3） 如 果 人 站 在 安 全 线 以 内 ， 当 有 列 车 驶 过 时 ， 会 带 动 人 和 车 之 间 的 空 气 流 动 速 度 加 快 ， 此 时 人 外 侧 的 空 气 流 动 速 度 慢；根 据 流 体 压 强 与 流 速 的 关 系 可 知 ， 人 外 侧 空 气 流 速 慢 压 强 大 ， 而 内 侧 流 速 快 压 强 小 ， 会 产 生 一 个 向 内 侧 的 压 强 差 ， 将 人 推 向 火 车 ， 易 出 现 危 险 。 四、实验探究题 15.（2019 湖北宜昌）如图所示为玩具小风扇里的小直流电动机。 （1）小明同学将电池接到该直流电动机两端，看到电动机转动起来，电动机的工作原理是：　 　；小 明将电池反向接到电动机两端，看到电动机　 　（选填：原方向旋转、不转动、反向旋转）。 （2）学习了电磁感应知识后，小明同学想到：“直流电动机线圈转动时也切割了磁感线，那么线圈中是否 也会产生感应电流呢？”于是小明将一个小灯泡连在直流电动机两端，用手搓动转轴，发现小灯并未发光。 小红同学认为，这说明直流电动机不会产生感应电流。你是否同意小红的看法：　 　；若小明要继续研 究，应该使用什么仪器比较妥当：　 　。10 【答案】（1）通电线圈在磁场中受到力的作用；反向旋转；（2）不同意；灵敏电流表。 【解析】电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用；线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关； 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。这就是电磁感应现象。 （1）电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受到力的作用，线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关，所 以将电池反向接到电动机两端，看到电动机反向旋转； （2）用手搓动电动机的转轴，线圈在磁场中切割磁感线，因此在线圈中也产生感应电流，但小灯泡需要较 大的电流才能工作，应该用灵敏电流表代替小灯泡。 16.（2019 武汉）某同学利用如图所示的实验装置探究什么情况下磁可以生电。 （1）实验时应将电流表、导线 ab 串联起来组成______回路。 （2）该同学进行以下尝试，能使电流表指针偏转的是______（填字母标号）。 A．导线 ab 在磁场中静止，换用磁性更强的蹄形磁体 B．导线在磁场中静止，但不用单根导线 ab，而用匝数很多的线圈 C．蹄形磁体静止，导线 ab 从图中所示位置水平向左或水平向右运动 D．蹄形磁体静止，导线 ab 从图中所示位置竖直向上或竖直向下运动 E．蹄形磁体静止，导线 ab 从图中所示位置斜向上或斜向下运动 （3）如图所示的实验装置中，将电流表换成____进行触接，还可以探究电动机的工作原理。 【答案】（1）闭合；（2）CE；（3）电源。 【解析】（1）磁生电是电磁感应现象，必须使闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，所以应 将电流表、导线 ab 串联起来组成闭合回路； （2）电流表发生偏转，说明电路中产生了感应电流，所以导体在磁场中一定做切割磁感线运动；AB、导线11 ab 在磁场中静止，换用磁性更强的蹄形磁体或匝数很多的线圈，导体在磁场中都没有发生相对运动，不会 产生感应电流，故 AB 都不符合题意。 CE、由图知，导体 ab 处的磁感线是从上向下的，导体 ab 水平向左或 向右运动，斜向上或斜向上运动，都是做切割磁感线运动，都会产生感应电流，所以会产生感应电流，电 流表指针发生偏转，故 CE 符合题意。 D、导体 ab 竖直向上或竖直向下运动时，运动方向与磁场方向平行，导体没有做切割磁感线运动，不会产 生感应电流，电流表指针不发生偏转，故 D 不符合题意； 故选 CE。 （3）当电流表换成电源时，导体 ab 就成了通电导体，在磁场中会受到力的作用，可以探究电动机的工作 原理。