知识背景
拆开一个坏掉的电动玩具,里面几乎都能找到一个圆圆的"小罐子"——那就是小电动机。接上电池,它的轴就飞快地转起来。
上一课我们知道:通电线圈有磁性(电磁铁)。这一课要解决的问题是:这个小小的电动机,为什么通了电就能不停地转动?它把电能变成了什么能?
知识讲解
小电动机的构造
拆开小电动机,主要能看到三部分:
- 转子:中间可以转动的部分,由线圈(缠在铁芯上)和换向器组成;
- 外壳(定子):外壳内壁上贴着两块永久磁铁;
- 电刷:两个和电源相连的小铜片,把电流送到转子上。
小电动机转动的原理
小电动机转动,靠的是磁极间的相互作用:
- 电流通过电刷、换向器进入线圈,线圈变成一个电磁铁,有了南北极;
- 转子上的磁极与外壳上永久磁铁的磁极发生同极相斥、异极相吸,推动转子转起来;
- 转子每转半圈,换向器就自动改变线圈中的电流方向,让磁极对调,于是转子被持续地"推"着,源源不断地转下去。
小电动机的能量转化:电能 → 动能(机械能)。它是靠"电生磁、磁极相互作用"来工作的。
怎样改变电动机的转动
- 改变转动方向:把电池正负极对调(改变电流方向),电动机就会反着转;
- 改变转动快慢:增大电流(多接电池),电动机转得更快。
实验与例题
线圈变成电磁铁后,被磁铁吸/斥转动。可是转到磁极相对时不是应该停下来吗?为什么它能一直转?
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第一步:关键在换向器。它是转子上两块分开的金属片。
第二步:分析过程——当转子转到"该停下来"的位置时,换向器恰好切换了与电刷的接触,使线圈中的电流方向反过来,线圈的南北极随之对调。
第三步:磁极一对调,原来"相吸即将停"就变成了"相斥继续推",于是转子被持续推动。
结论:靠换向器不断改变电流方向,让磁极不停对调,电动机才能连续转动。
一辆电动玩具车只会往前开,小明想让它倒着走,不换任何零件,可以怎么做?为什么?
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第一步:车前进由电动机转动方向决定,要倒走就要让电动机反转。
第二步:方法——把电池正负极装反(对调电流方向)。
第三步:原理——电流方向变了,线圈电磁铁的南北极就变了,与外壳磁铁的作用方向相反,转子就反着转,车子随之倒走。
结论:对调电池正负极即可让电动机反转、玩具车倒行。
难点与易错点
- 忘了换向器的作用:没有换向器,转子转半圈就会停在磁极相对处。换向器是电动机能"连续转"的关键。
- 混淆电动机与发电机:电动机是"电→动",发电机是"动→电",方向相反,别搞反能量转化。
- 以为增大电流会改变转向:增大电流只改变转速(更快),改变电流方向才会改变转向。
- 认为里面是电磁铁一直不变极:转子线圈的磁极在换向器作用下不断对调,并非固定。
生活中的应用
应用 1 · 家里的"电动机总动员"
电风扇、洗衣机、抽油烟机、吹风机、电动牙刷……家里凡是"会转"的电器,几乎都藏着一个电动机,把电能变成转动的动能,替我们干活。
应用 2 · 杭州街头的电动自行车
杭州街头随处可见电动自行车,它的车轮里就装着电动机(轮毂电机)。拧动转把就是增大电流,电动机转得更快,车速更高——"电能变动能"每天都在城市里发生。
应用 3 · 反转就能吸也能吹
有些两用吸尘器/吹风装置,靠改变电动机转向来切换"吸"和"吹"。对调电流方向让电动机反转,气流方向也随之改变,一机两用很方便。
考点
- 小电动机三部分构造:转子、外壳(永久磁铁)、电刷(填空)
- 转动原理:通电线圈成电磁铁,与磁铁同极相斥异极相吸(简答高频)
- 换向器的作用:不断改变电流方向,使电动机连续转动(难点必考)
- 能量转化:电能→动能
- 改变转向(对调正负极)与改变转速(增大电流)的方法区分