磚家支招--初中物理20.4節通過刮漆皮方法讓線圈持續轉動的分析

在九年級物理電動機一節想想做做中,通過刮漆皮方法讓線圈持續轉動的過程很多學生不清楚,在此簡單分析一下。

本節課我們已經掌握的知識:

磁場對通電導線有力的作用,力的方向與電流方向、磁場方向有關。

線圈在磁極間的運動過程分析

磚家支招--初中物理20.4節通過刮漆皮方法讓線圈持續轉動的分析

如上圖所示,線圈通入電流後我們發現線圈不轉動,通過分析得知這是因為ab導線與cd導線電流方向相反,兩根導線受力等大反向,線圈因此不會轉動。此位置成為平衡位置。

現在我們將線圈水平放置,如下圖所示

磚家支招--初中物理20.4節通過刮漆皮方法讓線圈持續轉動的分析

我們發現線圈會順時針轉動,推出ab導線受力方向向上,由於電流方向相反,cd導線受力方向向下(導線中電流方向不變,磁場方向不變,因此導線受力方向一直保持不變),因此線圈會順時針轉動起來,磁場對線圈的力為動力,一直到平衡位置。但過了平衡位置之後,情況發生了變化,如下圖所示:

磚家支招--初中物理20.4節通過刮漆皮方法讓線圈持續轉動的分析

ab導線受力還是向上,cd導線受力向下。這時磁場對線圈的力會阻礙線圈的轉動,其結果就是線圈在平衡位置來回擺動。因此我們想線圈持續轉動,就得讓磁場對線圈的力一直推動線圈轉動,為此我們需要把過了平衡位置之後的力直接去掉或者將力的方向反向!將力的方向反向方法我們已經學過了:改變電流方向或者磁場方向!將力直接去掉的方法就是採用線圈一端只刮上半周或者下半周漆皮的方法,我們來具體分析一下:(模型換為下圖所示)

磚家支招--初中物理20.4節通過刮漆皮方法讓線圈持續轉動的分析

課本想想做做的電動機

磚家支招--初中物理20.4節通過刮漆皮方法讓線圈持續轉動的分析

與支架接觸點導線的橫截面

我們將導線的橫截面分成上下紅藍兩部分,藍色為已經刮掉漆皮的部分

①最開始線圈水平放置,D點與支架接觸,形成閉合迴路,有電流,磁場對線圈的力(還有外力)讓線圈轉動起來。

②轉過90度之後達到平衡位置,假設此時導線B點與支架接觸。過了平衡位置之後迴路不閉合,沒有電流,磁場對線圈的力消失,依靠慣性,線圈繼續轉動,一直到A點與支架接觸(此時線圈又處於平衡位置)。

③當導線轉過A點之後,迴路又閉合,又有電流,磁場對線圈的力繼續推動線圈轉動,這樣就可以保證磁場對線圈的力一直是動力,推動線圈轉動。

人教版課本135頁說,通過採用颳去引線漆皮的辦法愛控制電路的通斷,從而保證給線圈適時供電或停電。這其中最關鍵的是如何適時,課本並沒有說明,現可以總結如下:在磁場對導線的力推動線圈轉動時要保證線圈與支架接觸,形成閉合迴路;在磁場對導線的力阻礙線圈轉動時,要保證線圈與支架絕緣。

這樣就可以使線圈轉動一圈只有半圈獲得動力,將要受到阻力時沒有電流,不受力,靠慣性轉過這半圈,此後線圈再受動力保證線圈持續轉動。

這種方法的缺點是靠慣性轉動的半周動力較弱,線圈轉動不平穩。因此我們採用在平衡位置改變電流方向的辦法—換向器來實現改變力的方向,從而獲得持續的動力。


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