第4节 电动机-人教版九年级《物理》全一册表格式教学设计

PAGE1第4节电动机（教学设计）年级九年级学科物理教师课题第4节电动机教学目标物理观念了解通电导线在磁场中会受到力的作用，并知道力的方向与哪些因素有关。了解直流电动机的基本构造、工作原理和涉及的能量转化。科学思维经历研究通电导线在磁场中受力方向的分析过程，培养归纳推理能力。科学探究经历便通电线圈在磁场中连续转动的探究过程，培养解决问题的能力。科学态度与责任通过对电动机的学习，体会物理知识在生产实践中的重要作用，激发学习物理的兴趣。教材分析本节主要包括磁场对通电导线的作用、电动机的基本构造两部分内容。电动机是一种常见的电气设备，它将电能转化为机械能。课程标准要求通过实验了解通电导线在磁场中会受到力的作用，并知道力的方向与哪些因素有关。本节教学的重点是磁场对通电导线的作用。突破教学重点的关键是做好“通电导体棒在磁场中运动”的演示实验，引导学生认真观察实验，分析实验现象，得出结论。难点是直流电动机的构造和工作原理。突破难点的关键是做好“通电线圈在磁场中转动”的演示实验，分析线圈不能连续转动的原因并了解其解决办法。学情分析1.知识储备分析：九年级学生学习过磁体、磁场、磁感线、通电导线的周围存在磁场等相关的准备知识，为本节内容的学习打下了良好的基础。2.学习难点分析：九年级的学生正处于形象思维向抽象思维过渡的阶段，虽然抽象思维有了一定的发展，但仍以形象思维为主。他们知道生活中常见的电动机，也了解一些功能，但对于电动机内部复杂的结构和工作原理却知之甚少。由于生活中的电动机大多是封闭的，学生难以获得直观的感性认识，这给他们理解电动机的工作原理和内部结构带来了一定的困难。不过，这个阶段的学生好奇心强，具有较强的求知欲和动手能力，教师可以充分利用这一特点，通过实验、多媒体展示等方式，引导学生积极参与课堂学习，帮助他们突破学习难点。教学重点磁场对通电导线的作用。教学难点直流电动机的构造和工作原理。教学器材蹄形磁铁、电源、导线、开关、铜棒（导体）、金属支架、导轨、线圈、电动机模型。多媒体ppt，包含视频《通电导体在磁场中受到力的作用》、《让线圈转起来》、《通电线圈在磁场中扭转》、《电动机转动的原理》等。教学过程教师活动学生活动导入新课【提问】电力机车、电梯、电风扇、冰箱、洗衣机、机器人，以及各种电动玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生产生活的各个方面。给电动机通电，它就能够转动。这是为什么？学习新课一、磁场对通电导线的作用【提问】我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用，磁体间通过磁场相互作用。通电导线周围有磁场，那么通电导线是不是也会受到磁场的作用力呢？1.探究磁场对通电导线的作用【提出问题】通电导线在磁场中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向与什么因素有关？【猜想与假设】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向可能与磁场的方向、导体中电流的方向有关。【设计并进行实验】①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动，记录实验现象。②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察记录现象。③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察记录现象。④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象。⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象。【分析论证】（1）分析实验①和②：在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。在实验②中，去掉蹄形磁体，接通电源，直导线ab不运动。说明通电导体在磁场中才会受到力的作用。（2）分析实验①和③：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说明通电导体在磁场中受力的方向跟电流的方向有关。（3）分析实验①和④：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。说明通电导体在磁场中受力的方向跟磁场的方向有关。（4）分析实验①和⑤：同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，通电导线受力的方向不变。【实验结论】通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。【播放视频】——《磁场对通电导体的作用》2.探究磁场对通电线圈的作用【提问】实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。如果把一个通电线圈放在磁场中，它又会怎样运动呢？【演示实验】（1）使线圈静止在图乙所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈并没有运动。这是由于线圈上、下两个边受力大小一样、方向却相反。这个位置是线圈的平衡位置。甲线圈受到的力使它顺时针转动乙线圈由于惯性会越过平衡位置（2）使线圈静止在图甲所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。丙线圈受到的力使它逆时针转动（3）使线圈静止在图丙所示位置上，这是线圈冲过平衡位置以后所到达的地方。闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈逆时针转动，说明线圈在这个位置所受的力阻碍它沿顺时针方向转动。【实验分析】线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。【实验结论】通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动。【播放视频】——《通电线圈在磁场中扭转》3.换向器【提问】线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动下去。如何改变线圈中电流的方向呢？实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。（1）换向器的构造：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。（2）换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。3.直流电动机的工作原理（1）如图甲所示，通电线圈在磁场中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动。（2）如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性线圈转过平衡位置。甲乙丙丁（3）如图丙所示，线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，线圈受力方向改变，仍然顺时针转动。（4）如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，线圈继续转动。【例题1】如图所示，闭合开关，铜棒向左运动，为使铜棒向右运动，下列操作不可行的是（D）A．只对调电源的正、负极B．只对调磁体的N、S极C．导线①接A、C接线柱，导线②接B、D接线柱D．同时对调电源正、负极和磁体N、S极【解析】A．只对调电源的正、负极，电路中电流方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故A不符合题意；B．将磁体的N、S极对调，磁场方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故B不符合题意；C．导线①接A、C接线柱，导线②接B、D接线柱，改变了电路中电流的方向，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故C不符合题意；D．将电源正、负极对调，同时将磁体N、S极对调，影响磁场力方向的两个因素同时改变，则通电导体的受力方向不变，铜棒仍然向左运动，故D符合题意。所以选D。【例题2】研究电动机的工作过程。（1）电动机的工作原理是磁场对有力的作用。甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，其原因是。线圈从图示位置再转动度后线圈将恰好达到平衡位置，并最终停在该位置；（2）乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了，该装置能在线圈（选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的方向。【答案】电流（或通电线圈）；电流方向不同；90；换向器；刚转过；电流方向。【详解】（1）电动机的工作原理是磁场对电流（通电线圈）有力的作用。线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关；甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，是因为两侧的电流方向不同。当线圈从图示位置再转动90度后，线圈将恰好达到平衡位置，此时受力平衡，最终会停在该位置。（2）乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。思考问题，提出猜想。观察演示实验。分析实验现象，归纳结论，知道通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流、磁场的方向有关。观看视频，了解探究的过程。观察实验，记录实验现象。进行分析论证，归纳出实验结论：知道通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因。观看视频。思考问题，知道换向器的构造、作用。与老师一起分析直流电动机的工作原理。学习新课二、电动机的基本构造1.电动机的组成电动机主要由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。2.电动机工作时，把电能转化为机械能。3.家用电器用到的电动机例如，电吹风、电风扇、洗衣机、剃须刀、空调等都用到了电动机。【例题3】如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是（

C

）A．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能B．电动机是利用电流磁效应的原理工作的C．仅改变磁感线的方向可以改变线圈转动的方向D．使线圈连续不停地转动下去是靠电磁继电器来实现的【详解】A．电动机工作过程中，消耗的电能主要转化为机械能，还有部分要克服摩擦力做功转化为内能，故A错误；B．电动机是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而转动的原理工作的，故B错误；C．改变磁感线方向或者电流方向会改变线圈在磁场中受力方向，故仅改变磁感线方向可以改变线圈转动方向，故C正确；D．使线圈连续不停转动下去是靠换向器实现的，故D错误。故选C。知道电动机的基本构造，能量转换。学习新课三、扬声器【提问】学校的操场上挂着扬声器，收音机、电视机、音响中都有扬声器，我们能听到扬声器发出的悠扬声音。扬声器是怎样发出声音的呢？1.扬声器的作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。2.扬声器的结构：线圈、永久磁体、锥形纸盆。3.扬声器的原理：当线圈中通有电流时，线圈受到永磁体的作用而运动；当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。【例题4】上图所示是扬声器（喇叭）的结构图。当扬声器的线圈中通入因携带声音信息而时刻变化的电流时，线圈会在永久磁体的作用下受到力的作用并带动纸盆振动发声。下列说法中错误的是（D）A．扬声器工作时是将电能转化为机械能 B．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动C．扬声器中的永久磁体周围存在磁场 D．扬声器工作时线圈中的电流不变【解析】AB．扬声器工作时，通电线圈在磁场中受到力的作用运动，将电能转化为机械能，故AB项正确；C．扬声器中的永久磁体周围也存在磁场，故C项正确；D．扬声器的线圈中通入声音信息而时刻变化的电流，故D错误。故选D。知道扬声器的作用、结构及发声原理。课堂练习课堂练习1．如图所示的电路中，开关闭合后，导体ab杆接通电源运动起来，人们根据此原理制成的是（）A．电动机 B．电热毯C．电饭煲 D．发电机【答案】A【详解】开关闭合后，导体ab杆接通电源运动起来，此时通电导线在磁场中会受到的力的作用而运动，电动机就是利用这一原理制成的，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。2．如图所示是扬声器（喇叭）的结构图。当扬声器的线圈中通入携带声音信息的时刻变化的电流时，线圈会在永久磁体的作用下带动锥形纸盆振动发声。下列说法中正确的是（）A．扬声器工作时是将机械能转化为电能 B．扬声器工作时线圈中不会有电流C．扬声器中的永久磁体不会对线圈有作用力 D．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动【答案】D【详解】A．动圈式扬声器在工作过程中消耗了电能，把电能转化为机械能，故A错误；B．动圈式扬声器工作时线圈会有地电流，故B错误；C．当线圈中有电流通过时，扬声器中的永久磁体会对线圈有作用力，故C错误；D．扬声器的工作原理是磁场对电流有力的作用，故D正确。故选D。3．下图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析不正确的是（）A．导线ab中的电流在这两个时刻方向不同，受到的磁场力方向也不同B．甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置C．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向D．如果电动机持续转动，则电动机内外流的都是直流电【答案】D【详解】A．由图可知，导线ab在这两个时刻电流方向不同，由于导体受力方向与磁场方向和电流方向有关，所以两次导线ab的受力方向不同，故A正确，不符合题意；B．平衡位置是指线圈平面与磁感线垂直的位置，图中磁感线从左向右，故甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置，故B正确，不符合题意；C．读图由左手定则可知：电源的左侧为正极，从上往下看，线圈中电流都是顺时针方向，故C正确，不符合题意；D．电动机之所以能转动，是因为换向器每当转过平衡位置就会改变线圈中电流的方向，即电动机线圈外是直流电，线圈内是交流电，故D错误，符合题意。故选D。4．如图所示的线圈abcd位于磁场中，ab和cd的受力方向______，（选填“相同”或“不同”）理由是：____________________，此时线圈_____（选填“在”或“不在”）平衡位置。【答案】不同；ab和cd中电流的方向不同；不在。【详解】通电导体在磁场中受力方向与磁感线方向和电流方向有关，根据图示信息，电流从电源的正极出发回到负极，则线圈中ab段的电流方向与cd段的电流方向恰好相反，所以它们的受力方向也不同。此时线圈的两个边受力方向相反，所以线圈会发生转动，即线圈不在平衡位置。5.研究磁场对电流有力的作用。（1）利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”、“b”之间接入________，根据该原理可制成________；（2）若要继续研究导体受力的大小与电流大小的关系，可在上述电路中再串联一个_________，改变电流大小后，根据_________可初步判断受力的大小是否发生改变；（3）乙、丙两个图中，______图的线圈恰好处于平衡位置；【答案】（1）电源，电动机；（2）滑动变阻器，导体棒摆动的幅度；（3）丙；（4）换向器，刚转过。【解析】1）因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图可知缺少一个电源，应在“a”、“b”之间接入电源，根据此原理制成了电动机。（2）要研究导体受力的大小与电流大小的关系，可在上述电路中再串联一个滑动变阻器；根据导体棒偏动幅度可初步判断受力的大小是否改变。（3）当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈处于平衡状态，此时线圈受力平衡，所以图丙的线圈恰好处于平衡位置，另一个图中线圈左右两边所受力不满足二力平衡条件中的不在同一直线上。（4）丁图中加装了换向器，所以线圈可以持续转动，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。6.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