知识点：通电导体（线圈）在磁场中的受力运动的应用

题目：电动机在转动过程中一定要电刷吗？

一、回顾教材中电动机转动原理

1.    通电直导线在磁场中的受力情况

如图1所示，通电直导线在此题中的受力情况可以用左手定则来判断：伸开左手，让大拇指与四指垂直，磁感线垂直穿过手心，四指指向导体中电流的方向，那么大拇指就指向导体受力的方向。通过实验发现：导体棒受力的方向与电流方向和磁场方向有关。

2.通电线圈在磁场中的转动（发电机原理）

如图2所示，通电线圈在磁场中转动过程中，由左手定律发现线圈两侧受到不同方向的力的作用，会绕轴转动，但是转到与磁场垂直位置（平衡位置）时候受到平衡力的作用，但线圈由于惯性还会暂时继续转动一个角度，但是摆动几下最终静止在平衡位置，那么如何才能继续转动下去？我们想到了换向器，就是当线圈转过平衡位置的时候，换向器能自动改变线圈中的电流方向从而改变线圈中的受力方向，让线圈持续转动下去。那么。没有换向器和电刷的电动机有吗？它

		图3磁铁和电池让铜丝转动实验

们又是怎样工作的？

二、磁铁和电池让铜丝转动的创新实验装置

实验装置如图3所示，一节7号干电池放置在几层纽扣状的强磁铁（釹铁錋磁铁）上面，再将铜丝做成心型的电路，其两端与强磁铁接触，由于磁铁本身就是导体，构成了回路，此时，通电铜丝就在磁场中受到力的作用，如图3中的C幅图中的磁感线描绘的磁场分布情况，再用左手定则判断出电池两边的铜丝受到方向不同的力的作用而发生转动，结果发现铜丝能持续地转动下去，根本不需要换向器和电刷这个装置的。

三、磁铁和电池能让锡箔纸能持续转动的创新实验

如图4所示，是磁铁和电池让锡箔纸转动的制作过程，如图步骤1中，用圆规的铅笔芯为圆心，大于7号干电池长度为直径，使针尖脚在锡箔纸上画出痕迹，用剪刀剪下一圆形的锡箔纸“转盘”，在圆心处打上孔备用。用两块强磁铁牢牢地吸引在干电池的两极，且将两磁极的异名磁极朝外，再用铜丝做一个支架，轻轻地将锡箔纸的圆心处的小孔穿过支架上方的细铜丝，让“转盘”和干电池的正负极充分接触，由于锡箔纸是导体，这样就构成了一个闭合回路，通电的锡箔纸在磁场中受到里的作用开始转动起来。

四、原创题训练

1.通电导体在磁场中受到力的作用，力的方向与_____方向和____方向有关。

			图5 磁铁和电池让锡箔纸转动的原理图
				图6 磁铁和电池让锡箔纸圆柱筒形转动原理图

1. 如图5是磁铁和电池让锡箔纸“转盘”转动的原理图，通电的锡箔“转盘”在强磁的磁场中一定受到力的作用，根据左手定则，圆盘的左半部分受到垂直于纸面向______（填“内”、“外”）力的作用，圆盘的右半部分受到垂直于纸面向______力的作用。所以转盘在这两个方向______(填“相同”、“相反”)的作用，从正上方观察，整个“转盘”将会是_________(填“顺时针”、“逆时针”)而转了起来。

2.    图4的第5、6步骤是圆柱形筒状锡箔纸的转动装置，如图6所示，是其工作原理图，干电池的两端的强磁体是同名磁极（N极）向外，筒状的锡箔纸套在干电池的上方，接通电路，由左手定则可知，圆筒的左端受到垂直纸面向_____(填“外”、“内”)的力的作用，圆筒的右端受到垂直纸面向_____(填“外”、“内”)的力的作用。所以，整个圆筒转动起来。

3.    这几种关于磁铁和干电池组装的电动机装置可以不要______和______两个部分，能持续地工作，所以这是与我们平时见到的电动机不同的地方。

原创题解析：

1.    通电导体在磁场中的受力方向由电流方向和磁场方向共同决定的，符合左手定则。

2.    根据左手定则，锡箔圆盘在通电的情况下，放置在近似于条形磁铁的上方，由左手定则发现圆盘的左边部分受到垂直纸面向外的力，圆盘的右边部分受到垂直纸面向里的力，这时候，从圆盘的上部看，圆盘是逆时针旋转的。

3.    圆柱形筒状锡箔纸置于磁铁和电池外围，构成了闭合回路，在同名磁极构成的磁场中，由左手定则发现，圆柱形筒状锡箔纸两端都受到垂直于纸面向外的力，因此锡箔筒在外围旋转起来。

参考答案：

1.    电流；磁场

2.    外；内；反；逆时针

3.    外；外；

4.    换向器；电刷

(安徽  刘信生   供稿)