九年级物理全一册举一反三系列专题20.4电动机【四大题型】(人教版)(原卷版+解析)

这是一份九年级物理全一册举一反三系列专题20.4电动机【四大题型】(人教版)(原卷版+解析)，共22页。

TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 电动机的工作原理】
\l "_Tc25206" 【题型2 影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素】
\l "_Tc9103" 【题型3 实验探究】
\l "_Tc9103" 【题型4 综合与计算】 \l "_Tc1161"
【知识点1 电动机的工作原理】
它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电动机，可以是同步电动机或者是异步电动机（电动机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。
电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
【题型1 电动机的工作原理】
【例1】（2022·江苏常州·中考真题）小明把安装完成的直流电动机模型接入如图所示的电路中，闭合开关并调节滑动变阻器，电动机正常转动，若要改变电动机转动方向，下列做法中无效的是（ ）
A．只对调电源的正、负极
B．只对调磁体的N、S极
C．同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极
D．导线①改接G、F点，导线②改接C、E点
【变式1-1】（2022·湖南湘潭·中考真题）我国高铁采用了能量回收制动方式：列车到站前停止动力供电，继续向前运行，内部线圈随车轮转动，切割磁感线产生感应电流，把机械能转化为电能进行回收。以下与其工作原理相同的是（ ）
A．B．
C．D．
【变式1-2】（2022·湖南岳阳·中考真题）图甲是USB迷你电风扇，下列装置中与它的核心部件（电动机）原理相同的是（ ）
A．司南B．电铃
C．麦克风D．扬声器
【变式1-3】（2021·内蒙古内蒙古·中考真题）如图所示，将矩形铜线框ACDF上的B、E两点接入电路并放入磁场中，AB、BC、ED和FE段都受到磁场的作用力，下列哪两段线框在磁场中受力的方向相同（ ）
A．AB段与BC段B．AB段与ED段C．BC段与ED段D．ED段与FE段
【知识点2 影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素】
在其他条件不变的情况下，导体中的电流越大，导体的摆角越大，即受到的磁场作用力越大
与电流方向和磁场方向有关。通电导体在磁场中受力的方向可用左手定则来确定：让磁力线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，大拇指指向导体运动的方向（导体受力的方向）。
2、【题型2 影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素】
【例2】（2021·广东广州·中考真题）如图甲，磁场对导体的力F竖直向上，用Fab，Fcd，Fa'b'，Fc′d′分别表示图乙丙中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a′b′、c′d′的力，则（ ）
A．Fab竖直向下，Fcd竖直向下B．Fab竖直向上，Fcd竖直向下
C．Fa′b′竖直向上，Fc′d′竖直向下D．Fa′b′竖直向下，Fc′d′竖直向上
【变式2-1】（2021·江苏无锡·中考真题）用如图的装置探究磁场对通电直导线的作用，给铝棒AB通电，观察到AB向右运动，要使AB通电后向左运动，下列做法中可行的是（ ）
A．仅换用磁性更强的磁体B．仅增加AB中的电流强度
C．仅将磁体的N、S极对调D．仅将铝棒AB换成铜棒
【变式2-2】（2021·安徽·中考真题）图示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘；A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。在图示位置，电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，则（ ）
A．线圈在图示位置时，ab边受到磁场的作用力向下
B．线圈由图示位置转过180时，电流沿dcda流过线圈
C．线圈由图示位置转过180°时，dc边受到磁场的作用力向下
D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向下
【变式2-3】（2022·广东深圳·中考真题）以下属于电动机工作原理的是（ ）
A．B．C．D．
3、【题型3 实验探究】
【例3】（2022·黑龙江牡丹江·中考真题）【分析归纳，拓展提升】如图甲是小雪自制的小风扇，使用时发现小风扇转动，但风却向后吹。小雪设计了如图乙所示的实验，探究其原因。
（1）闭合开关，给铜棒ab通电，发现铜棒ab向右运动，这表明铜棒ab在磁场中受到___________的作用；
（2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，发现铜棒ab向左运动，这表明___________；
（3）保持电流方向不变，将磁体的两极对调，闭合开关，发现铜棒ab向右运动，这表明___________；
（4）根据实验，要改变小风扇转动方向，小雪应该___________；
（5）请列举一个和小风扇工作原理相同的用电器___________。
【变式3-1】（2022·四川成都·中考真题）小郑使用电流表测量小灯泡的电流，连接的实验电路如图甲所示。
（1）如果不能估计电流大小，他应把导线a接到电流表标有___________（选填“-”、“0.6”或“3”）的接线柱上，通过开关来试触并观察；
（2）闭合开关后，他观察到小灯泡正常发光，而电流表指针偏转角度很小，对于该现象，下列分析合理的是___________。
A．可能某处导线断了 B．可能电流表烧坏
C．电流表的量程过大 D．电源的电压过低
（3）某次测量中，小郑不小心将电流表的正、负接线柱接反了，造成表的指针反向偏转，为弄清原因，他查看了说明书，表头结构示意图如图乙，他作出如下分析：当反接时，电流方向改变，磁场对通电线圈的作用力方向改变，带动指针反偏，你认为小郑的上述分析_______（选填“有”或“没有”）道理。
【变式3-2】（2022·山东潍坊·九年级期末）某物理兴趣小组的同学开展了“通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度的关系”的探究实验。
【提出问题】通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度有什么关系呢？
【实验器材】边长AB不同的矩形线圈a，b、c三个，足够宽的U形磁铁、弹簧测力计，电源、开关各一个，足够的导线。
【设计和进行实验】
（1）如图所示，用弹簧测力计测量矩形线圈a的重力再将a放入磁场中，通电后读出弹簧测力计的示数即线圈受到的拉力大小，比较线圈所受拉力与其重力的大小，发现拉力大于重力，说明通电线圈受到的磁场力的方向是_____的；
（2）换用不同的矩形线圈重复上述步骤进行实验，每次实验时，控制所研究的线圈边长在磁场中的位置相同，且保持磁场和_____的方向不变比较线圈所受拉力与其重力的大小；
（3）将一次实验相关数据比较后的结果填入以下表格：
【分析与论证】控制实验中的有关物理量相同时，根据实验数据进行分析，说明通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中的长度有关，长度越长，所受的磁场力越_____。
【变式3-3】（2022·浙江台州·中考真题）铝箔轻巧，导电性好，能做许多科学实验。
实验1：“铝箔小火箭”
将铝箔卷成筒状，上端封闭并装入一截火柴头，下端开口并装上尾翼，制成小火箭。将小火箭套在发射架上，加热其上端，如图甲所示。稍后小火箭就会射到空中。
（1）小火箭与发射架不能套得太紧，否则会因 ______力太大，难以起飞；
（2）火柴头燃尽后，空中的小火箭还能继续上升，这是因为小火箭具有______；
实验2：“铝箔秋千”
折一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图乙所示。通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动；
（3）通电摆动时，电能转化为 ______能和内能；
（4）若要改变铝箔框通电时的摆动方向，请写出一种方法：______。
4、【题型4 综合与计算】
【例4】（2022·湖北恩施·中考真题）阅读短文，回答问题。
超导磁流体推进器
磁流体推进器（MHD）由磁体、电极和通道三部分构成，如图所示。磁流体推进器可为贯通海水的通道建一个强磁场，能对导电的海水产生电磁力的作用，使之在通道内运动，若海水涌向船尾，水便会推动船舶前进。因采用超导磁体作为磁场来源，获称为超导磁流体推进器。
其推进原理利用了“磁场对通电直导体的作用”，工作过程中把电磁能直接转换成流体动能，以喷射推进新技术取代传统螺旋桨的推进，具有低噪音等特点，具有重大推广价值。
中科院从上世纪九十年代开始此项技术研究，第一艘超导磁流体推进实验船“HEMS﹣1”于1998年研制成功。
请回答下列问题：
（1）磁流体推进器的核心组件由________、电极和通道构成；
（2）为减小空气和海水的影响，实验船上部主体可加工成________（选填“上凸下平”、“上平下凸”或“上下对称”）的流线型；
（3）若上述实验船驶入清江，船身受到的大气压会________（选填“小于”、“等于”或“大于”）在海上时受到的大气压，利用河水________（选填“能”或“不能”）获得动力。
【变式4-1】（2022·陕西·中考真题）如图是某家用电扇的铭牌。
（1）电动机的工作原理是磁场对通电导体有___________的作用；电扇正常工作时，电能主要转化为___________能；
（2）电扇底座与地面总接触面积为，电扇静止时对水平地面的压强是多少？（g取10N/kg）___________
（3）电扇使用事项中明确规定：“禁止用手或其他物体阻挡叶片转动”，这是因为正常工作的电扇，如果叶片被卡住而不转动时，电能将全部转化为内能，很容易烧坏电动机线圈。已知线圈电阻为22Ω，正常工作的电扇叶片被卡住不转时，线圈中的电流为多少___________？若此状态持续1min，则线圈中电流产生的热量是多少？___________
【变式4-2】（2022·河南·郑州外国语中学九年级期末）新能源纯电动汽车因其环保、节能、高效等诸多优势，已逐渐成为人们重要的交通工具之一。2021年民族企业比亚迪，以584020辆的全年销量占领新能源厂商销量排行榜榜首，如图为比亚迪一款纯电动车。
（1）电动汽车在行驶时，主要将电能转化为 _____能；电动机的工作原理是：_____。
（2）若电动汽车工作时电动机最大功率为160kW，工作电压为320V，求电动机工作时最大电流是多少？( )当电动机以最大功率工作20min，若电能转化为机械能的效率为90%，则转化为机械能多少J？( )
（3）若某燃油汽车输出相同的机械能，其能量转化率为30%，则需要消耗的汽油为多少kg？（q酒精＝4.5×107J/kg）( )
【变式4-3】（2022·北京·101中学九年级阶段练习）近几年来，我国大力推广新能源汽车，图为某款电动汽车，请你应用所学的物理知识回答下列问题：
（1）汽车行驶过程中，司机和乘客都需要系好安全带，这是为了减小司机和乘客由于具有__________带来的危害；
（2）新能源汽车的核心部件之一是电动机，它利用的原理是：磁场对__________有力的作用；
（3）小汽车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是为了使车内物体所成的像不妨碍司机视线。如图所示，车内物体AB成像的情景正确的是________。
A．B．C．
线圈AB边的长L/cm
最短
较长
最长
拉力与重力的差值/N
最小
较大
最大
专题20.4 电动机【四大题型】
【人教版】
TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 电动机的工作原理】
\l "_Tc25206" 【题型2 影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素】
\l "_Tc9103" 【题型3 实验探究】
\l "_Tc9103" 【题型4 综合与计算】 \l "_Tc1161"
【知识点1 电动机的工作原理】
它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电动机，可以是同步电动机或者是异步电动机（电动机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。
电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
【题型1 电动机的工作原理】
【例1】（2022·江苏常州·中考真题）小明把安装完成的直流电动机模型接入如图所示的电路中，闭合开关并调节滑动变阻器，电动机正常转动，若要改变电动机转动方向，下列做法中无效的是（ ）
A．只对调电源的正、负极
B．只对调磁体的N、S极
C．同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极
D．导线①改接G、F点，导线②改接C、E点
【答案】C
【详解】A．电动机转动方向与电流方向和磁场方向有关，调换电流方向或磁场方向，电动机的转动方向会发生变化，所以只对调电源的正、负极，电路中电流方向发生变化，所以电动机的转动方向发生变化，故A不符合题意；
B．只对调磁体的N、S极，磁场方向发生变化，所以电动机的转动方向发生变化，故B不符合题意；
C．同时对调电源的正、负极和磁体的N、S极，电动机的转动方向不会发生变化，故C符合题意；
D．导线①改接G、F点，导线②改接C、E点，电动机中的电流方向发生变化，可以改变电动机的转动方向，故D不符合题意。
故选C。
【变式1-1】（2022·湖南湘潭·中考真题）我国高铁采用了能量回收制动方式：列车到站前停止动力供电，继续向前运行，内部线圈随车轮转动，切割磁感线产生感应电流，把机械能转化为电能进行回收。以下与其工作原理相同的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】A．图中装置是探究影响电磁铁磁性大小因素的实验，故A不符合题意；
B．图中的装置是探究通电导体在磁场中受力运动的实验，是将电能转化为机械能，为电动机的原理，故B不符合题意；
C．图中导体在磁场中切割磁感线就能在电路中产生感应电流，是电磁感应现象，故C符合题意；
D．图中的实验为奥斯特实验，是探究电流的磁效应，故D不符合题意。
故选C。
【变式1-2】（2022·湖南岳阳·中考真题）图甲是USB迷你电风扇，下列装置中与它的核心部件（电动机）原理相同的是（ ）
A．司南B．电铃
C．麦克风D．扬声器
【答案】D
【详解】电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用而运动。
A．思南是利用地磁场指示南北方向的，故A不符合题意；
B．电铃通上电后，里面的电磁铁就具有磁性，是利用电流的磁性应工作的，故B不符合题意；
C．对着麦克风讲话，声波迫使里面的线圈振动，同时切割磁感线，产生感应电流，所以利用的是电磁感应原理，故C错误；
D．扬声器工作时，带有声音信息的电流通过磁场中的线圈时，线圈受到力的作用而运动，从而带动纸盒运动，利用的原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故D符合题意。
故选D。
【变式1-3】（2021·内蒙古内蒙古·中考真题）如图所示，将矩形铜线框ACDF上的B、E两点接入电路并放入磁场中，AB、BC、ED和FE段都受到磁场的作用力，下列哪两段线框在磁场中受力的方向相同（ ）
A．AB段与BC段B．AB段与ED段C．BC段与ED段D．ED段与FE段
【答案】B
【详解】导体在磁场中受力的方向与磁场方向、电流方向有关，由图可知，各段导线所处磁场方向相同，AB段与BC段电流方向相反，AB段与ED段电流方向相同，BC段与ED段电流方向相反，ED段与FE段电流方向相反，所以AB段与ED段受力方向相同，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
【知识点2 影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素】
在其他条件不变的情况下，导体中的电流越大，导体的摆角越大，即受到的磁场作用力越大
与电流方向和磁场方向有关。通电导体在磁场中受力的方向可用左手定则来确定：让磁力线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，大拇指指向导体运动的方向（导体受力的方向）。
2、【题型2 影响磁场对通电导线作用力大小和方向的因素】
【例2】（2021·广东广州·中考真题）如图甲，磁场对导体的力F竖直向上，用Fab，Fcd，Fa'b'，Fc′d′分别表示图乙丙中闭合开关时磁场对导体ab、cd、a′b′、c′d′的力，则（ ）
A．Fab竖直向下，Fcd竖直向下B．Fab竖直向上，Fcd竖直向下
C．Fa′b′竖直向上，Fc′d′竖直向下D．Fa′b′竖直向下，Fc′d′竖直向上
【答案】D
【详解】AB．磁场力方向影响因素有：磁场方向和电流方向，已知甲图中磁场对导体的力F竖直向上，乙图中磁场方向与甲图一致，而导体ab电流方向与甲图相反，所以Fab方向竖直向下，导体cd电流方向与甲图一致，所以Fcd方向竖直向上，故AB错误；
CD．磁场力方向影响因素有：磁场方向和电流方向，甲图中磁场对导体的力F竖直向上，图丙磁场方向与图甲相反，导体a′b′电流方向与图甲相同，所以Fa′b′竖直向下，导体c′d′电流方向与图甲相反，所以Fc′d′竖直向上，故C错误，D正确。
故选D
【变式2-1】（2021·江苏无锡·中考真题）用如图的装置探究磁场对通电直导线的作用，给铝棒AB通电，观察到AB向右运动，要使AB通电后向左运动，下列做法中可行的是（ ）
A．仅换用磁性更强的磁体B．仅增加AB中的电流强度
C．仅将磁体的N、S极对调D．仅将铝棒AB换成铜棒
【答案】C
【详解】通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向有关；
A．换用磁性更强的磁体，不会改变运动方向，故A不符合题意；
B．增加AB中的电流强度，不会改变运动方向，故B不符合题意；
C．磁体的N、S极对调，只改变一个影响因素（磁场方向），受力运动方向改变，运动方向改变，故C符合题意；
D．将铝棒AB换成铜棒，不会改变运动方向，故D不符合题意。
故选C。
【变式2-2】（2021·安徽·中考真题）图示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘；A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。在图示位置，电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，则（ ）
A．线圈在图示位置时，ab边受到磁场的作用力向下
B．线圈由图示位置转过180时，电流沿dcda流过线圈
C．线圈由图示位置转过180°时，dc边受到磁场的作用力向下
D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向下
【答案】D
【详解】通电导体在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向有关，其中之一发生改变，则受力方向发生改变。
A．根据题意知道，此时dc边受到磁场的作用力向下，由于ab边中电流方向与dc中电流方向相反，而磁场方向相同，所以ab边受到磁场的作用力与dc边受到磁场的作用力相反，即ab边受到磁场的作用力向上，故A错误；
B．由图知道，线圈由图示位置转过180时，电流沿abcd流过线圈，故B错误；
C．线圈由图示位置转过180°时，dc边中电流的方向反向，则受力方向改变，即dc边受到磁场的作用力向上，故C错误；
D．线圈由图示位置转过180°时，ab边中电流的方向反向，则受力方向改变，即ab边受到磁场的作用力向下，故D正确。
故选D。
【变式2-3】（2022·广东深圳·中考真题）以下属于电动机工作原理的是（ ）
A．B．C．D．
【答案】AC
【详解】A．图中有电源，线圈中有电流，原理是通电导体在磁场中会转动，是电动机原理，故A符合题意；
B．由图可知，该装置中若线圈转动，会做切割磁感线而产生感应电流，是发电机原理图，不属于电动机的原理，故B不符合题意；
C．由图可知，电路中有电源，是研究通电导体受到磁场力的作用发生运动的，属于电动机的原理，故C符合题意；
D．由图可知，在外力作用下使导体左右移动，切割磁感应线，则电流表指针发生偏转，说明此时有感应电流产生，这是电磁感应现象，属于发电机的原理，故D不符合题意。
故选AC。
3、【题型3 实验探究】
【例3】（2022·黑龙江牡丹江·中考真题）【分析归纳，拓展提升】如图甲是小雪自制的小风扇，使用时发现小风扇转动，但风却向后吹。小雪设计了如图乙所示的实验，探究其原因。
（1）闭合开关，给铜棒ab通电，发现铜棒ab向右运动，这表明铜棒ab在磁场中受到___________的作用；
（2）保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，发现铜棒ab向左运动，这表明___________；
（3）保持电流方向不变，将磁体的两极对调，闭合开关，发现铜棒ab向右运动，这表明___________；
（4）根据实验，要改变小风扇转动方向，小雪应该___________；
（5）请列举一个和小风扇工作原理相同的用电器___________。
【答案】 磁力 通电导体在磁场中受力的方向与电流方向有关 通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向有关 改变电流方向（或对调电源正负极或将小风扇拆开后将磁极对调） 电吹风（或扬声器或洗衣机或电动车等）
【详解】（1）[1]铜棒ab本来静止，当通电后发生了运动状态的改变向右运动，说明此时受到了磁力的作用。
（2）[2] 保持磁场方向不变，将电源正负极对调后接入电路，闭合开关，此时电流的方向发生了改变，这时发现铜棒ab由原来的向右运动变成向左运动，说明电流会影响通电导线在磁场中的受力方向。
（3）[3] 保持电流方向不变，将磁体的两极对调，闭合开关，发现铜棒ab由原来的向左运动变成了向右运动，说明电流不变时，磁场的方向也会影响通电导线在磁场中的受力方向。
（4）[4]要改变风扇的方向可以通过改变电流方向来调节，具体的方法可以对调电源正负极或将小风扇拆开后将里面电动机的磁极对调。
（5）[5]和小风扇工作原理相同的用电器有电吹风、洗衣机或电动车等，因为它们都是利用通电线圈在磁场中受力而转动的。
【变式3-1】（2022·四川成都·中考真题）小郑使用电流表测量小灯泡的电流，连接的实验电路如图甲所示。
（1）如果不能估计电流大小，他应把导线a接到电流表标有___________（选填“-”、“0.6”或“3”）的接线柱上，通过开关来试触并观察；
（2）闭合开关后，他观察到小灯泡正常发光，而电流表指针偏转角度很小，对于该现象，下列分析合理的是___________。
A．可能某处导线断了 B．可能电流表烧坏
C．电流表的量程过大 D．电源的电压过低
（3）某次测量中，小郑不小心将电流表的正、负接线柱接反了，造成表的指针反向偏转，为弄清原因，他查看了说明书，表头结构示意图如图乙，他作出如下分析：当反接时，电流方向改变，磁场对通电线圈的作用力方向改变，带动指针反偏，你认为小郑的上述分析_______（选填“有”或“没有”）道理。
【答案】 3 C 有
【详解】（1）[1]如果不能估计电流大小，为了不损坏电流表，应先选择电流表的大量程进行试触，即把导线a接到电流表标有3的接线柱上，通过开关来试触并观察。
（2）[2]闭合开关后，小灯泡正常发光，则说明电路处于通路状态，而电流表指针偏转角度很小，则原因可能是电流表的量程过大，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
[3]通电导线在磁场中的受力方向与磁场和电流的方向均有关，当反接时，磁场的方向不变，而电流的方向相反，故此时通电线圈在磁场中的受力方向相反，带动指针反偏，故小郑的上述分析有道理。
【变式3-2】（2022·山东潍坊·九年级期末）某物理兴趣小组的同学开展了“通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度的关系”的探究实验。
【提出问题】通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度有什么关系呢？
【实验器材】边长AB不同的矩形线圈a，b、c三个，足够宽的U形磁铁、弹簧测力计，电源、开关各一个，足够的导线。
【设计和进行实验】
（1）如图所示，用弹簧测力计测量矩形线圈a的重力再将a放入磁场中，通电后读出弹簧测力计的示数即线圈受到的拉力大小，比较线圈所受拉力与其重力的大小，发现拉力大于重力，说明通电线圈受到的磁场力的方向是_____的；
（2）换用不同的矩形线圈重复上述步骤进行实验，每次实验时，控制所研究的线圈边长在磁场中的位置相同，且保持磁场和_____的方向不变比较线圈所受拉力与其重力的大小；
（3）将一次实验相关数据比较后的结果填入以下表格：
【分析与论证】控制实验中的有关物理量相同时，根据实验数据进行分析，说明通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中的长度有关，长度越长，所受的磁场力越_____。
【答案】 竖直向下 电流 大##强
【详解】（1）[1]线圈放入磁场中，此时受到的力：拉力、重力、磁场力，由于拉力大于重力，所以磁场力与重力方向相同，即磁场力方向竖直向下。
（2）[2]在做探究实验过程中，需要改变自变量，即导体在磁场中的长度，控制其他所有可能会影响因变量的因素不变，而通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向有关，所以此时应控制磁场和电流方向不变。
（3）[3]当增加了导体在磁场中的长度，即线圈AB边的长度时，导体在磁场中受力的大小，即拉力与重力的差值变大，所以可以说明通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中的长度有关，长度越长，所受的磁场力越大。
【变式3-3】（2022·浙江台州·中考真题）铝箔轻巧，导电性好，能做许多科学实验。
实验1：“铝箔小火箭”
将铝箔卷成筒状，上端封闭并装入一截火柴头，下端开口并装上尾翼，制成小火箭。将小火箭套在发射架上，加热其上端，如图甲所示。稍后小火箭就会射到空中。
（1）小火箭与发射架不能套得太紧，否则会因 ______力太大，难以起飞；
（2）火柴头燃尽后，空中的小火箭还能继续上升，这是因为小火箭具有______；
实验2：“铝箔秋千”
折一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图乙所示。通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动；
（3）通电摆动时，电能转化为 ______能和内能；
（4）若要改变铝箔框通电时的摆动方向，请写出一种方法：______。
【答案】 摩擦 惯性 机械 改变电流的方向
【详解】（1）[1]若小火箭与发射架套得太紧，压力太大，摩擦力太大，火箭难以起飞。
（2）[2]火柴头燃尽后，空中的小火箭还能继续上升，因为小火箭由于惯性保持原来的运动状态，继续运动。
（3）[3]通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动，原理是通电导线在磁场中受到了力的作用，将电能转化为机械能和内能。
（4）[4]若要改变铝箔框通电时的摆动方向，通电导线运动的方向与电流的方向和磁场的方向有关，故可以改变电流的方向，也可以改变磁场的方向。
4、【题型4 综合与计算】
【例4】（2022·湖北恩施·中考真题）阅读短文，回答问题。
超导磁流体推进器
磁流体推进器（MHD）由磁体、电极和通道三部分构成，如图所示。磁流体推进器可为贯通海水的通道建一个强磁场，能对导电的海水产生电磁力的作用，使之在通道内运动，若海水涌向船尾，水便会推动船舶前进。因采用超导磁体作为磁场来源，获称为超导磁流体推进器。
其推进原理利用了“磁场对通电直导体的作用”，工作过程中把电磁能直接转换成流体动能，以喷射推进新技术取代传统螺旋桨的推进，具有低噪音等特点，具有重大推广价值。
中科院从上世纪九十年代开始此项技术研究，第一艘超导磁流体推进实验船“HEMS﹣1”于1998年研制成功。
请回答下列问题：
（1）磁流体推进器的核心组件由________、电极和通道构成；
（2）为减小空气和海水的影响，实验船上部主体可加工成________（选填“上凸下平”、“上平下凸”或“上下对称”）的流线型；
（3）若上述实验船驶入清江，船身受到的大气压会________（选填“小于”、“等于”或“大于”）在海上时受到的大气压，利用河水________（选填“能”或“不能”）获得动力。
【答案】 磁体 上下对称 等于 能
【详解】（1）[1]磁流体推进器的推进原理是利用了“磁场对通电直导体的作用”，因此其核心组件要包含一个磁体用来产生磁场。
（2）[2]对于实验船的上部主体，其上表面在空气中，下表面在水中，为减小空气和海水的阻力，上部主体的上下表面都要做成流线型，即加工成上下对称的流线型表面。
（3）[3][4]大气压的大小与海拔高度有关，从海上驶入江中，海拔高度不变，大气压不变；行驶在河水中时，只要用同样的方法使河水带电，带电河水在磁场的作用下同样可以在通道中向后运动，推动船前进。
【变式4-1】（2022·陕西·中考真题）如图是某家用电扇的铭牌。
（1）电动机的工作原理是磁场对通电导体有___________的作用；电扇正常工作时，电能主要转化为___________能；
（2）电扇底座与地面总接触面积为，电扇静止时对水平地面的压强是多少？（g取10N/kg）___________
（3）电扇使用事项中明确规定：“禁止用手或其他物体阻挡叶片转动”，这是因为正常工作的电扇，如果叶片被卡住而不转动时，电能将全部转化为内能，很容易烧坏电动机线圈。已知线圈电阻为22Ω，正常工作的电扇叶片被卡住不转时，线圈中的电流为多少___________？若此状态持续1min，则线圈中电流产生的热量是多少？___________
【答案】 力 机械 10A
【详解】解：（1）[1]电动机中的线圈通上电流，线圈就会转动起来，说明通电导体在磁场中受到力的作用。所以电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用。
[2]电扇正常工作时，电扇里的电动机将电能转化为机械能。
（2）[3]电扇对水平地面的压力
电扇对水平地面的压强
（3）[4]正常工作的电扇，叶片被卡住时，线圈中的电流
[5]1min线圈中电流产生的热量
答：（1）电动机的工作原理是磁场对通电导体有力的作用；电扇正常工作时，电能主要转化为机械能；
（2）电扇静止时对水平地面的压强是2.5×104Pa；
（3）正常工作的电扇叶片被卡住不转时，线圈中的电流为10A，若此状态持续1min，则线圈中电流产生的热量是1.32×105J。
【变式4-2】（2022·河南·郑州外国语中学九年级期末）新能源纯电动汽车因其环保、节能、高效等诸多优势，已逐渐成为人们重要的交通工具之一。2021年民族企业比亚迪，以584020辆的全年销量占领新能源厂商销量排行榜榜首，如图为比亚迪一款纯电动车。
（1）电动汽车在行驶时，主要将电能转化为 _____能；电动机的工作原理是：_____。
（2）若电动汽车工作时电动机最大功率为160kW，工作电压为320V，求电动机工作时最大电流是多少？( )当电动机以最大功率工作20min，若电能转化为机械能的效率为90%，则转化为机械能多少J？( )
（3）若某燃油汽车输出相同的机械能，其能量转化率为30%，则需要消耗的汽油为多少kg？（q酒精＝4.5×107J/kg）( )
【答案】 机械 通电线圈在磁场中受力转动 500A 1.728×108J 12.8kg
【详解】（1）[1][2]电动汽车在行驶时，消耗电能，产生机械能，主要将电能转化为机械能；电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动制成的。
（2）[3]电动机工作时最大电流
[4]电动机以最大功率工作20min消耗的电能
因为电能转化为机械能的效率为90%，则转化为机械能
（3）[5]因为燃油汽车能量转化率为30%，要输出相同的机械能，燃油放出的总能量
需要消耗的汽油的质量
。
【变式4-3】（2022·北京·101中学九年级阶段练习）近几年来，我国大力推广新能源汽车，图为某款电动汽车，请你应用所学的物理知识回答下列问题：
（1）汽车行驶过程中，司机和乘客都需要系好安全带，这是为了减小司机和乘客由于具有__________带来的危害；
（2）新能源汽车的核心部件之一是电动机，它利用的原理是：磁场对__________有力的作用；
（3）小汽车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是为了使车内物体所成的像不妨碍司机视线。如图所示，车内物体AB成像的情景正确的是________。
A．B．C．
【答案】 惯性 通电导体 B
【详解】（1）[1]司机和车一起向前运动，紧急刹车时，车由运动突然变成静止，而司机由于具有惯性，会向前倾倒造成人身伤害，所以驾车时必须系好安全带。
（2）[2]根据电动机的原理可知，电动机是利用通电导体在磁场中受力而运动的原理工作的。
（3）[3]小汽车前方的挡风玻璃是倾斜的，倾斜的玻璃相当于平面镜，车内物体在平面镜中成像，像和物体关于平面镜对称，故B符合题意，AC不符合题意。
故选B。
线圈AB边的长L/cm
最短
较长
最长
拉力与重力的差值/N
最小
较大
最大