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4.2 电动机的原理

电与磁 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 通电导线在磁场中受力运动,将电能转化为机械能,是电动机工作的物理基础。

从哪来 基于 5.3 实验注意事项 中关于控制变量(如电流方向、磁场方向)的操作规范,以及 5.2 分步实验设计 中构建“通电导体在磁场中受力”实验的逻辑框架。

为什么 本质是磁场对运动电荷(电流)的作用力(安培力)。当电流方向与磁场方向不平行时,导线受到垂直于二者构成的平面的力。若电流方向或磁场方向任一改变,受力方向随之改变;若两者同时改变,受力方向不变。这是洛伦兹力宏观表现的直接结果。

类比法
适合形象思维强、抽象逻辑较弱的学生。 将磁场比作“风”,通电导线比作“帆”。风(磁场)吹向帆(导线),帆受力移动。如果风从左边吹来(磁场方向),帆受力向右;如果风从右边吹来(磁场反向),帆受力向左。强调“力”的方向取决于“风”和“帆”的相对关系。
左手定则推导法
适合逻辑严密、擅长规则记忆的学生。 直接引入左手定则:伸开左手,让磁感线穿过手心,四指指向电流方向,大拇指所指方向即为受力方向。通过多次改变电流或磁场方向,让学生验证定则的普适性,建立“方向-方向-方向”的严格逻辑链条。
实验探究法
适合动手能力强、喜欢探究的学生。 利用蹄形磁铁、直导线、电源、开关搭建电路。分步操作:1. 通电观察运动;2. 对调电源正负极,观察运动方向变化;3. 对调磁铁N/S极,观察运动方向变化。让学生亲手记录现象,自己总结出“受力方向与电流方向、磁场方向有关”的结论。
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练一道
基础题
一根直导线平行于磁场方向放置,通入电流后,导线受到的安培力大小是多少?
变式
若将上述导线中的电流反向,同时将磁场方向也反向,导线的受力方向如何变化?
试试手自己判
检测题
如图所示(想象图),蹄形磁铁N极在上,S极在下,磁场方向竖直向下。一根水平导线置于磁场中,当电流方向从左向右时,导线向上运动。若保持电流方向不变,将磁铁N、S极对调,导线将如何运动?
看答案和判分标准
答案:向下运动。
判对标准:
1. 明确指出磁场方向变为竖直向上(1分)。
2. 指出电流方向不变(1分)。
3. 根据左手定则或相对性原理,得出受力方向反向,即向下运动(2分)。
4. 若只答“向下”未说明理由,得1分;若答“向上”或“不动”,得0分。
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