第六节 直流电动机
知识点一 直流电动机的原理 精练版P20
1．实验探究：通电线圈在磁场中受到力的作用
(1)设计并进行实验：如图所示，将一个线圈放在磁场里，接通电源，让电流流过线圈，观察发生的现象。
(2)实验现象：接通电源后，线圈在磁场中发生转动，但只转了大约90°，便摆动几下停在如图所示的位置。
(3)实验现象分析：通电线圈ab和cd两个边在磁场中受到力的作用，当所受力不在同一直线上时，线圈会发生转动；当两个力在同一条直线上时，线圈受到的两个力是平衡力，这个位置叫平衡位置。线圈的惯性使它可以冲过平衡位置，由于线圈受力方向不变，它会反向转动，最终线圈会停在平衡位置。
探究归纳：通电线圈在磁场中受力而转动，转到平衡位置时，线圈会左右摆动最终停止，而不能持续转动。
温馨提示：(1)通电线圈在磁场中因受到力的作用而发生转动，线圈平面与磁感线垂直的位置被称为平衡位置，线圈转到此位置时受到平衡力的作用。
(2)如果当线圈由于惯性刚好转过平衡位置时，立即改变线圈中的电流方向，那么由于受力方向改变，线圈就能按原方向继续转动下去。
例1 小明用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图所示。闭合开关S后，发现线圈只能偏转至水平位置，不能持续转动。为使线圈持续转动，下列措施中可行的是( )
A．换用电压更大的电源
B．换用磁性更强的磁体
C．重新制作匝数更多的线圈，将线圈两端的漆全部刮去
D．在线圈的一端重抹油漆，干后在适当位置刮去半圈
解析：将线圈两端的漆全部刮去后，线圈中的电流方向不能改变，线圈的受力方向也不会发生改变，所以闭合开关S后，发现线圈只能偏转至水平位置，不能持续转动。要想让线圈持续转动，需增加换向器，即在线圈的一端重抹油漆，油漆凝固后在适当位置刮去半圈，相当于添加一个换向器，使线圈能够持续转动，故D选项符合要求；换用电压更大的电源、换用磁性更强的磁体、重新制作匝数更多的线圈均不能改变线圈的受力方向，仍然不能持续转动，故A、B、C选项不符合要求。
答案：D
2．直流电动机
(1)定义：利用直流电源供电的电动机。
(2)原理：通电线圈在磁场中受到力的作用而转动。
(3)直流电动机的构造
直流电动机主要是由磁铁、线圈、换向器和电刷等构成。其中换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环构成，如图所示。
①换向器的作用：每当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，使线圈连续转动下去。
②换向器作用的理解：当线圈转至平衡位置，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中无电流，此时线圈不受力的作用，但线圈由于惯性会越过平衡位置。越过平衡位置后，两电刷接触的半环就调换了，线圈中的电流方向也随之改变。总之，依靠换向器与电刷的配合，每转半周，线圈中的电流方向就改变一次，从而保证线圈能不停地转动下去。
(4)直流电动机的工作过程
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甲
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线圈处于此位置时，换向器F与电刷A接触，换向器E与电刷B接触，通电后线圈中电流从换向器F→d→c→b→a→换向器E。由左手定则可知：线圈的ab边内电流由b向a，受到一个向上的磁场力，cd边内电流由d向c，边受到一个向下的磁场力，于是线圈沿顺时针方向转动
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乙
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线圈转过90°至平衡位置时，两电刷跟两个换向器间绝缘部分接触，线圈中无电流，线圈不受磁场力的作用，但线圈由于惯性会越过平衡位置，继续向前转动
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