【分析】
本题围绕磁场对电流的作用的实验探究展开,分为通电直导线和通电线圈两个探究阶段,需结合实验现象和原理逐一分析:
1. 对于通电直导线的探究:先回忆实验现象,通电直导线在磁场中会因受力而运动;当没有磁场(移开磁体)时,通电直导线不受力,因此不会运动,由此得出通电导体在磁场中受力的结论。再根据控制变量法,改变电流方向或磁场方向,观察受力运动方向的变化,从而确定受力方向的影响因素。
2. 对于通电线圈的探究:
① 线圈两端漆全部刮去时,通电后线圈会因受力转动,但转到平衡位置时,线圈受力方向与运动方向相反,会反向转动,无法持续转动;
② 线圈一端半刮漆时,相当于简易换向器,线圈转到平衡位置时电路断开,依靠惯性转过平衡位置后,再次通电受力,因此能持续转动;
③ 直流电动机的关键部件是换向器,其作用是在线圈刚转过平衡位置时,自动改变线圈中的电流方向,保证线圈持续转动;
④ 电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动,能量转化以电能转化为机械能为主,同时因导体电阻,部分能量转化为内能。
3. 电动机的应用需结合生活实例,列举常见的利用电动机的电器即可。
【解析】
(1) 在图(a)(b)的实验中,通电直导线处于磁场中时,会受到磁场力的作用而运动;若将磁体移开,没有磁场,通电直导线不受力,因此不会运动,该实验表明通电导体在磁场中受到力的作用。
当改变直导线中的电流方向时,通电直导线的受力方向改变,运动方向与原来相反;保持电流方向不变,对调磁体两极(改变磁场方向),通电直导线的受力方向也与原来相反。由此可知,通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关。
(2) ① 线圈两端的漆全部刮去后,通电时线圈在磁场中受力转动,但当线圈转到平衡位置时,线圈的受力方向与运动方向相反,会反向转动,因此能转动,但不能持续转动下去。
② 线圈一端引出线半刮漆后,当线圈转到平衡位置时,电路暂时断开,线圈依靠惯性转过平衡位置,之后电路再次接通,线圈继续受力转动,因此线圈能继续转动。
③ 图(d)中能使线圈连续转动的关键部件是换向器,它的作用是每当线圈刚转过平衡位置,换向器就能自动改变线圈中的电流方向,使线圈持续受力转动。
④ 电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动;工作时将电能转化为机械能,由于导体存在电阻,电流通过时会产生热量,部分能量转化为内能。
(3) 电动机在生活中应用广泛,例如电扇、电吹风机、洗衣机(合理即可)。
【答案】
(1) 运动;不运动;力;相反;相反;电流方向;磁场方向
(2) ① 能;不能
② 能
③ 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的电流方向
④ 通电线圈在磁场中受力而转动;电能转化为机械能;内
(3) 电扇;电吹风机;洗衣机(答案合理即可)
【知识点】
1. 磁场对通电导体的作用
2. 直流电动机的工作原理与结构
3. 电动机的能量转化
【点评】
本题是对磁场对电流作用的实验探究的综合考查,从通电直导线的基础实验过渡到通电线圈的电动机原理探究,涵盖了实验现象、原理、核心部件作用以及生活应用,注重对实验过程和原理的理解,需要学生结合实验记忆相关知识点,同时联系生活实际列举应用实例。
【难度系数】
0.75