师：同学们，今天我们一起学习第十六章电磁转换第三节磁场对电流的作用——电动机，第二课时。上节课我们通过实验验证了通电导体在磁场中会受力运动，且通电导体在磁场中的运动方向与电流方向和磁场方向有关。在电动小汽车的电动机中，电动机是通电的线圈。如果我们用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图所示，闭合开关，线圈将会怎样运动呢？是不是就像电动机一样，线圈就能转动起来呢？我们先来组装器材，支架可以导电，再装上电源和磁体。

　　接着我们观察现象，漆包线绕成了线圈，线圈两端的漆全部都刮掉了，可为什么线圈最后就停在某个位置不转了呢？为什么线圈没有像电动机那样持续地转动下去呢？是哪里出了问题？我们结合上节课的内容来思考一下。同学们请看这幅图，这是一个电动机的模型图，N 级和 S 级代表磁体，线圈放入磁场中。这里有一条来自高中的信息快递，大家观察一下磁场中磁感线的方向，从 N 级指向 S 级。在线圈当中有一条导线，它当中的电流方向水平向右。当电流的方向与磁感线的方向相互平行的时候，通电导线不受到磁场力的作用，那么在这个线圈中，这条导线是不受磁场力作用的。而线圈两边，蓝色的导线将受到磁场力向上，红色的导线将受到磁场力向下。我们继续分析一下通电的线圈，在磁场中左端受到向上的力，右端受到向下的力，那么线圈绕着中间的轴是不是就可以顺时针地转动起来？

　　当线圈顺时针转到一个竖直位置的时候，这个位置很特殊。大家看，蓝色的导线受力向上 F1，红色的导线受力向下 F2，这两个力此时大小相等，方向相反，而且还作用在同一条直线上，这就形成了一对平衡力。物体受到平衡力的作用，将保持静止或匀速直线运动状态。线圈受到这一对平衡力会立刻静止吗？当然不会，由于线圈具有惯性，线圈还要沿着顺时针的方向继续转动一定的角度。

　　同学们，请观察刚才线圈位于的这一个特殊位置，在这个特殊位置中，通电线圈的平面与磁感线是垂直的。磁感线水平向左，线圈位于竖直位置。此时线圈受到磁场的作用力是相互平衡的，我们就把这个特殊的位置称为平衡位置。当线圈转过平衡位置时，请看 C 图，通电线圈刚越过平衡位置时，蓝色的导线，由于它的电流方向是从南向北，那么它的受力方向没有发生变化，仍然向上；红色的导线受到的力向下。那么同学们可以观察一下，在这两个力的作用下，线圈能持续转下去吗？当然不会，它会把线圈往回拉。这时候线圈将会逆时针地往回旋转。当它又转到平衡位置的时候，同学们可以想象一下，此时又受到了一对平衡力，那么最后通电线圈就静止在平衡位置。我们来看一下动态的情况，达到平衡位置又往回转，这就是我们刚刚在实验当中所看到情形的解释。一个线圈两端都刮去了漆，它不能持续转动下去，最后停留的位置就是平衡位置。

　　那么我们如何让线圈在磁场中能够持续转动下去呢？同学们可以开动脑筋想一想，如果在线圈刚转过平衡位置的时候，我们让线圈受力的情况相反，也就是蓝色的这条导线受到向下的力，红色的这条导线受到向上的力，这样线圈是不是就可以持续地转动下去了呢？那么如何改变线圈中的电流方向呢？聪明的科学家只用了两个半圆形的铜环就解决了这个问题。

　　在通电线圈的两端各连上一个半圆形的铜环，铜环 C 和铜环 D，它们可以随着线圈一起转动，我们把它们称为换向器。A 和 B 是由金属制成的电刷，A 与 C 圆环相连，B 与 D 圆环相连。电源的正极连接着铜环 C。此时蓝色的导线电流方向由南向北，红色的导线电流方向由北向南。因此，蓝导线受力向上，红导线受力向下，线圈将顺时针地旋转起来。

　　我们来看这样一个特殊位置，也就是线圈旋转到平衡位置时，电刷刚好处于两个圆环断开的位置，因此电路当中没有电流，但是线圈不会立刻停止下来，它依靠惯性，还要顺时针旋转一定的角度。见证奇迹的时刻到了。同学们仔细看，这时候电源正极连接的 A 电刷接触的是 D 圆环，而电源负极连接的 B 电刷接触的是 C 圆环。大家可以对比一下 A、C 两幅图。在这个过程当中，蓝导线它的受力情况由向上变成了向下，红导线受力情况由向下变成了向上。此时换向器就改变了线圈中的电流方向，线圈就可以依照顺时针的方向继续转动下去了。换向器在这其中起到了一个非常重要的作用，它可以在每当线圈转过平衡位置的时候，自动改变线圈中的电流方向，实现了线圈的持续转动。接下来我们看一下动态的情况，转到平衡位置断电，转过平衡位置改变电流方向，线圈持续转动，一个可以持续转动的线圈诞生了。