2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第14讲-直流电动机 （教案）

2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第14讲-直流电动机（教案）学校授课教师课时授课班级授课地点教具课程基本信息1.课程名称：直流电动机

2.教学年级和班级：高二年级

3.授课时间：2021年9月25日星期六上午9:00-10:30

4.教学时数：1课时核心素养目标1.培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。

2.增强学生对电磁现象的理解，提升科学思维。

3.培养学生实验操作技能，提高观察、分析和解决问题的能力。

4.培养学生的创新意识，激发对物理学科的兴趣。教学难点与重点1.教学重点

-电动机的工作原理：重点讲解直流电动机的电磁感应原理，包括通电线圈在磁场中受力转动的现象，以及电动势和磁通量之间的关系。

-电动机的电路分析：强调电动机电路中的电压、电流和电阻之间的关系，以及如何通过欧姆定律和基尔霍夫定律进行分析。

2.教学难点

-电动机启动瞬间的问题：学生难以理解电动机启动瞬间电流和转矩的急剧变化，需要通过实验演示和公式推导帮助学生理解。

-电动机的效率计算：学生可能对电动机效率的物理意义和计算方法感到困惑，需要通过实际例子和步骤讲解，让学生掌握效率的计算公式和应用。

-电动机的功率调节：学生可能难以理解如何通过改变电阻或电压来调节电动机的功率，需要通过实验和理论分析，让学生理解功率调节的原理和方法。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有本节课所需的物理教材和高二物理培优讲义第14讲-直流电动机相关资料。

2.辅助材料：准备直流电动机工作原理相关的图片、图表，以及电动机启动瞬间和效率计算的动画演示视频。

3.实验器材：准备直流电动机、电源、开关、电流表、电压表等实验器材，确保实验的顺利进行和安全性。

4.教室布置：设置分组讨论区，布置实验操作台，并确保教室内光线充足，环境安静，便于学生集中注意力学习。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台发布直流电动机工作原理的PPT和教学视频，要求学生预习电动机的基本结构和工作原理。

设计预习问题：提出“直流电动机是如何产生转动的？”和“影响电动机转速的因素有哪些？”等问题，引导学生思考。

监控预习进度：通过平台查看学生提交的预习笔记和思考问题，确保预习效果。

学生活动：

自主阅读预习资料：学生阅读资料，理解电动机的基本工作原理。

思考预习问题：学生针对问题进行思考，记录自己的理解。

提交预习成果：学生提交预习笔记和思考问题至平台。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过展示直流电动机在实际应用中的视频，激发学生学习兴趣。

讲解知识点：详细讲解直流电动机的电磁感应原理、电路分析及效率计算。

组织课堂活动：进行小组讨论，让学生分析不同电阻对电动机转速的影响。

解答疑问：针对学生提出的“电动机启动瞬间的电流为何如此大？”等问题进行解答。

学生活动：

听讲并思考：学生认真听讲，积极思考电动机的工作原理。

参与课堂活动：学生积极参与小组讨论，尝试设计简单的电动机实验。

提问与讨论：学生提出自己的疑问，与其他同学和老师进行讨论。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：布置设计一个简单直流电动机电路的作业，要求学生计算电路参数。

提供拓展资源：推荐相关书籍和在线资源，供学生进一步学习电动机的设计和优化。

反馈作业情况：批改作业，针对学生的设计给出反馈和建议。

学生活动：

完成作业：学生按照要求完成电路设计，并提交作业。

拓展学习：学生利用拓展资源进行深入学习，提高自己的设计能力。

反思总结：学生反思自己的设计过程，总结经验教训。教学资源拓展1.拓展资源

-直流电动机的历史与发展：介绍直流电动机的发展历程，从早期的直流电动机到现代的直流无刷电动机，以及它们在工业、交通和日常生活中的应用。

-电动机的电磁原理：深入研究电动机的电磁原理，包括电磁感应定律、洛伦兹力定律以及法拉第电磁感应定律的应用。

-电动机的类型与特点：介绍不同类型直流电动机的特点和适用范围，如永磁直流电动机、串励直流电动机、并励直流电动机等。

-电动机的控制与保护：探讨电动机的控制技术，如调速、制动、保护等方面的知识，以及在实际应用中的注意事项。

-电动机的节能与环保：分析电动机在节能和环保方面的意义，以及如何通过技术改进提高电动机的能效。

2.拓展建议

-学生可以通过阅读相关书籍或资料，深入了解直流电动机的历史与发展，了解电动机在不同领域的应用。

-鼓励学生通过实验或模拟软件，亲自操作和观察直流电动机的工作过程，加深对电磁原理的理解。

-组织学生进行小组讨论，比较不同类型直流电动机的特点和适用范围，提高学生的分析能力和团队合作精神。

-引导学生研究电动机的控制与保护技术，了解电动机在实际应用中的安全性和可靠性。

-建议学生关注电动机的节能与环保问题，探讨如何通过技术改进提高电动机的能效，培养学生的环保意识。

-鼓励学生参与科研项目或创新竞赛，将所学知识应用于实际问题的解决，提高学生的创新能力和实践能力。

-推荐学生阅读以下书籍和资料，以拓宽知识面和加深对直流电动机的理解：

-《电动机原理与应用》

-《电机控制技术》

-《电机工程手册》

-《电动机节能技术》

-建议学生关注以下在线资源，以获取更多关于直流电动机的信息：

-电动机技术论坛

-电动机技术博客

-电动机技术视频教程

-建议学生参与以下活动，以提高自己的实践能力和创新意识：

-电动机设计竞赛

-电动机节能改造项目

-电动机技术研讨会

-建议学生关注以下环保组织或机构，了解电动机节能与环保的最新动态：

-节能减排委员会

-环保组织

-能源效率协会教学评价1.课堂评价

-提问环节：通过提问的方式，检验学生对直流电动机基本原理和电路分析的理解程度。例如，可以提问：“如何判断直流电动机的转向？”或“在电动机电路中，电压、电流和电阻之间的关系是怎样的？”通过学生的回答，评估他们对知识点的掌握情况。

-观察学生参与度：观察学生在课堂活动中的参与度，包括小组讨论、实验操作等，以评估学生的积极性和合作能力。

-实时测试：在课程的关键环节进行实时测试，如电动机效率计算或电路分析题目，以检验学生的即时学习效果。

-学生反馈：收集学生对课程的反馈意见，了解教学内容的难易程度和学习效果。

2.作业评价

-作业批改：对学生的课后作业进行详细批改，包括电动机电路设计、效率计算等题目。在批改过程中，注重学生的解题思路、计算方法和逻辑性。

-点评与反馈：在作业批改中给予学生详细的点评，指出他们的优点和不足，并提出改进建议。例如，对于电路设计问题，可以评价学生是否考虑了效率、安全性等因素。

-及时反馈：确保作业的反馈及时，以便学生能够在下一节课前了解自己的学习情况，并进行相应的调整。

-作业展示：在课堂上展示部分学生的优秀作业，鼓励其他学生学习和模仿，提高整体学习水平。

3.教学评价的实施步骤

-设定评价标准：根据课程目标和教材内容，制定明确的评价标准，确保评价的客观性和公正性。

-课堂观察记录：在课堂教学中，教师需做好观察记录，包括学生的参与度、讨论质量等。

-作业分析报告：对学生的作业进行定量和定性分析，形成分析报告，为教学改进提供依据。

-教学反思：教师需定期进行教学反思，总结教学过程中的优点和不足，不断调整教学方法。

-家长沟通：通过家长会或书面报告，与家长沟通学生的学习情况，共同促进学生的进步。

4.教学评价的反馈与应用

-学生反馈：将学生的反馈作为教学评价的一部分，及时调整教学内容和方法。

-教师自我评价：教师需定期进行自我评价，分析教学效果，寻找提升空间。

-教学改进：根据评价结果，对教学内容和方法进行改进，提高教学效果。

-学生激励：通过评价，激励学生积极参与学习，提高学习动力。板书设计①电动机的工作原理

-电磁感应定律

-洛伦兹力定律

-通电线圈在磁场中受力转动

②电动机的电路分析

-电压、电流、电阻关系

-欧姆定律

-基尔霍夫定律

③电动机的启动瞬间

-电流和转矩的急剧变化

-电动机启动瞬间的特性

④电动机的效率计算

-输入功率与输出功率

-效率公式

-影响效率的因素

⑤电动机的类型与特点

-永磁直流电动机

-串励直流电动机

-并励直流电动机

⑥电动机的控制与保护

-调速、制动技术

-安全保护措施

-电动机的保护电路

⑦电动机的节能与环保

-节能技术的应用

-环保要求

-电动机的能效等级反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.实验教学与理论教学相结合：在讲解直流电动机原理时，增加实验环节，让学生通过实际操作观察电动机的工作过程，加深对理论知识的理解。

2.案例教学：引入实际应用案例，让学生了解直流电动机在工业和生活中的应用，激发学生的学习兴趣和解决问题的能力。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生对电动机工作原理的理解不够深入：部分学生在理解电动机的电磁感应原理和电路分析时存在困难，需要加强基础知识的讲解和练习。

2.教学方法单一：目前的课堂教学主要采用讲授法，学生参与度不高，需要丰富教学手段，提高学生的积极性。

3.评价方式单一：作业和测试是主要的评价方式，缺乏对学生实际操作能力和创新思维的评估。

反思改进措施（三）

1.加强基础知识讲解：在讲解电动机工作原理时，注重基础知识的讲解，通过示例和练习帮助学生理解和掌握。

2.丰富教学手段：引入多媒体教学、小组讨论、角色扮演等多种教学手段，提高学生的参与度和兴趣。

3.改进评价方式：增加实验报告、设计作品、课堂表现等多元化评价方式，全面评估学生的学习成果。

4.加强与企业的合作：与企业合作，邀请工程师或技术人员来校进行讲座或指导实验，让学生了解电动机在实际应用中的问题和技术。

5.鼓励学生创新：在课程设计中，鼓励学生提出自己的创新想法，通过小组合作完成设计项目，培养学生的创新能力和团队协作精神。

6.定期进行教学反思：教师需定期对自己的教学进行反思，总结经验教训，不断改进教学方法，提高教学质量。典型例题讲解1.例题：一个直流电动机，其线圈电阻为0.5Ω，当电动机两端电压为12V时，电流为2A。求电动机的输入功率、输出功率和效率。

解答：输入功率\(P_{\text{in}}=U\timesI=12V\times2A=24W\)

输出功率\(P_{\text{out}}=U\timesI-I^2\timesR=12V\times2A-(2A)^2\times0.5Ω=12W\)

效率\(\eta=\frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}}\times100\%=\frac{12W}{24W}\times100\%=50\%\)

2.例题：一个直流电动机的线圈电阻为1Ω，当电动机两端电压为24V时，电动机的转速为1500转/分钟。求电动机的电磁转矩。

解答：首先，计算电动机的电流\(I=\frac{U}{R}=\frac{24V}{1Ω}=24A\)

然后，计算电动机的功率\(P=U\timesI=24V\times24A=576W\)

最后，根据功率和转速计算电磁转矩\(T=\frac{P}{\omega}\)，其中\(\omega=2\pi\times\frac{n}{60}\)

\(\omega=2\pi\times\frac{1500}{60}=157.08\,\text{rad/s}\)

\(T=\frac{576W}{157.08\,\text{rad/s}}\approx3.68\,\text{N·m}\)

3.例题：一个直流电动机的效率为80%，输入电压为220V，输入电流为5A。求电动机的输出功率。

解答：输出功率\(P_{\text{out}}=\eta\timesP_{\text{in}}\)

输入功率\(P_{\text{in}}=U\timesI=220V\times5A=1100W\)

\(P_{\text{out}}=0.8\times1100W=880W\)

4.例题：一个直流电动机的线圈电阻为0.3Ω，当电动机两端电压为10V时，电动机的转速为3000转/分钟。求电动机的电磁转矩。

解答：首先，计算电动机的电流\(I=\frac{U}{R}=\frac{10V}{0.3Ω}\approx33.33A\)

然后，计算电动机的功率\(P=U\timesI=10V\times33.33A\approx333.3W\)

最后，根据功率和转速计算电磁转矩\(T=\frac{P}{\omega}\)，其中\(\omega=2\pi\times\frac{n}{60}\)

\(\omega=2\pi\times\frac{3000}{60}=314.16\,\text{rad/s}\)