25春沪科版九年级下册物理教学设计 第十七章 第三节 科学探究电动机为什么会转动

第三节科学探究:电动机为什么会转动

教学目标

知识目标1.了解磁场对通电导线的作用。2.了解直流电动机的结构和工作原理。3.了解直流电动机的优点及其应用。能力目标经历制作模拟电动机的过程,通过实验探究直流电动机的结构和工作原理。素养目标通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知识的兴趣。

教学重难点

教学重点1.电动机的工作原理。2.直流电动机的能量转化。教学难点明确电动机是怎样转动的以及电动机能够持续转动的原因。

教学过程

一、新课导入电动车、电梯、电扇、冰箱、洗衣机,以及各种电动玩具都离不开电动机。电动机的应用非常广泛,种类也很多,但它们工作的原理是一样的,都是由电动机带动运转的。可电动机为什么会转动呢?二、教学步骤探究点1观察并研究电动机的结构[阅读课本]P149“(一)观察并研究电动机的结构”[思考]通过观察,你认为电动机主要是由哪些部件组成的呢?[提示]大家很容易观察到磁体和线圈,这是电动机的两个主要部件,还有两个部件分别叫换向器和电刷。[思考]通电后继续观察,哪些部件是固定的?哪些部件可以转动?[提示]磁体是固定的,通电后线圈转动;电刷是固定的,通电后换向器随着线圈一起转动。[思考]继续观察,通电后电流是怎样流过电动机的呢?[提示]根据电流的流向观察,电流是从电源的正极流向电刷——换向器——线圈——换向器——电刷——电源的负极这样流过电动机的。[思考]通电后电动机不能转动,你会检查哪些地方呢?[提示]先用手拨动一下线圈,如果还不能正常转动,需检查电源、开关等各部件是否完好,检查电刷是否松动等。[思考]电动机转动的原因是什么呢?[提示]线圈中有电流流过,线圈在磁场中,受到了力的作用所以转动。[思考]你能设计实验验证自己的猜想吗?[提示]将正在转动的电动机切断电源,观察电动机是否转动;拿走磁体,观察电动机是否转动。[归纳提升]电动机的转动跟磁体和电流有关。由于磁场对通电线圈产生力的作用,电动机才会转动起来。探究点2转动的原理[阅读课本]P150“(二)转动的原理”[思考]实验中用金属杆代替了电动机中的什么部件?这样做的优点是什么?[提示]通电金属杆放在磁场中,观察金属杆是否受力运动,金属杆相当于电动机中的线圈。这种设计把复杂的线圈简化成一根金属杆,采用了“简化”的思想方法,忽略次要因素,抓住核心因素,使复杂问题简单化,同时又不影响问题研究的结果。[思考]通过什么现象判断金属杆受到磁场力的作用呢?你认为会对实验现象产生影响的因素有哪些?[提示]金属杆运动说明受到了磁场力的作用。影响因素主要是金属杆和导轨之间的摩擦力,所以一般用轻质的铝金属杆,实验前将导轨和金属杆拉直,减小摩擦带来的影响。[思考]实验时,开关可以长时间闭合吗?[提示]通电后电路相当于短路,短暂闭合开关观察现象,然后立即断开开关。[思考]不同组的实验,金属杆的运动方向不同,你认为这是什么原因呢?[提示]磁场有方向,电流也有方向,可能与这两个因素有关。[思考]如何设计实验验证呢?[提示]采用控制变量法。一次控制电流的方向不变,改变磁场的方向;一次控制磁场的方向不变,改变电流的方向。[归纳提升]磁场对通电导体具有力的作用,其力的方向与磁场和电流的方向有关。只改变磁场方向或电流方向,通电导体的受力方向改变,当磁场方向和电流方向同时改变时,通电导体的受力方向不变。[习题]如图是“探究通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路,原来静止的导线ab向右运动。要使导线ab向左运动,可行的措施是 ()A.将磁体N、S极对调B.增大电源电压C.换用磁性更强的磁体D.将磁体N、S极对调,同时改变电流的方向[分析]通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关。只改变磁场方向或电流方向,运动方向改变;电流方向和磁场方向同时改变,运动方向不变。导体在磁场中受力方向与电源电压和磁性强弱无关。[答案]A[思考]你有办法让金属杆在轨道上持续往复运动吗?[提示]如果能够及时地改变电流方向,就能改变金属杆的受力方向,金属杆的运动方向也会发生改变。探究点3电动机怎样转动[阅读课本]P151“(三)电动机怎样转动”[思考]观察一下电动机为什么能持续转动呢?[提示]观察电动机的换向器,换向器由两个铜半环组成,铜半环分别跟线圈两端相连,它们彼此绝缘。[思考]用手使线圈缓慢转动,观察换向器是如何改接电源正、负极的呢?[提示]换向器随线圈一起转动的过程中,交替跟两个电刷接触,使得每当线圈转到一定的位置时,就会自动改接电源的正、负极,从而改变线圈中的电流方向。[思考]换向器改变线圈中的电流方向后,为什么线圈就能持续转动了呢?[提示]磁场方向不变,电流方向改变,线圈的受力方向就会改变。[思考]阅读P151“图17-26电动机的工作原理(a)”AB边和CD边受力方向不同的原因是什么?[提示]通过AB边和CD边的电流方向相反,磁场方向相同,所以受力方向不同,线圈发生转动。[思考]阅读P151“图17-26电动机的工作原理(b)”AB边和CD边不再受力的原因是什么?线圈能够转过此位置利用了什么?[提示]电刷与换向器的绝缘部分接触,没有电流流过线圈,线圈也不再受到力的作用,但由于惯性线圈继续转动越过这个位置,这个位置叫做平衡位置。[思考]阅读P151“图17-26电动机的工作原理(c)”,线圈越过平衡位置后,AB边和CD边的受力方向有没有改变?AB边和CD边的位置有没有改变?[提示]观察图片可以发现:AB边的受力方向由向上变成了向下,CD边的受力方向由向下变成了向上;AB边和CD边的位置也发生了互换。[思考]阅读P151“图17-26电动机的工作原理”,电动机的线圈每转动一周,线圈中的电流方向改变几次?[提示](d)图再次回到平衡位置,循环到(a)图,继续下一个周期。所以线圈每转动一周,电流的方向改变一次,两次越过平衡位置。[归纳提升]电动机的工作原理:通电线圈在磁场中受到力转动。换向器及时改变电流方向,使得线圈持续转动。[习题]如图所示是直流电动机的模型,闭合开关后线圈顺时针转动。现要使线圈逆时针转动,下列方法中可行的是 ()A.只改变电流大小B.只改变电流方向C.对换磁极同时改变电流方向D.换用磁性更强的磁铁[分析]直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关,若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变,则它的转动方向将改变。但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向,线圈的转动方向将不变。[答案]B探究点4制作简易电动机[阅读课本]P152“制作简易电动机”[思考]为什么要将漆包线两端线头的漆刮去半边?[提示]当线圈转动时可以改变线圈中的电流方向,作用相当于换向器。[思考]拿一块条形磁体在上方,其目的是什么?[提示]电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动,条形磁体可以提供磁场。[思考]如果线圈不动,为什么需要推一下?[提示]线圈在平衡位置时,没有电流通过,线圈不受到力的作用,推一下越过平衡位置,线圈中就会有电流通过。[习题]如图所示的直流电动机模型,把线圈两端导线的漆按图中方法刮去,通电后线圈(选填“能”或“不能”)持续转动,如果通过线圈的电流变大,线圈的转动速度将变,如果改变线圈中的电流方向,线圈的转动方向将(选填“改变”或“不改变”)。

[分析]把线圈两端导线的漆按图中方法刮去,通电后线圈转到平衡位置时,电流被切断,线圈可以利用惯性继续转动,所以通电后线圈能持续转动;电流变大,线圈转速将变快;改变线圈中电流的方向,线圈的转动方向将改变。[答案]能快改变三、板书设计第三节科学探究:电动机为什么会转动1.电动机的结构(1)磁体(2)线圈(3)换向器(4)电刷2.电动机转动的原理(1)通电导体在磁场中受到力的作用(2)受力方向与电流方向和磁场方向有关3.电