17《专题二 与电动机有关的计算》（教案）

上课时间上课时间17《专题二与电动机有关的计算》（教案）2025年12月任课老师任课老师魏老师设计意图设计意图一、设计意图：立足课本电动机能量转换核心，紧扣输入电功率、输出机械功率及热功率关系，引导学生构建P入=P出+P热的计算模型。通过基础例题巩固功率公式应用，结合动态过程分析提升综合解题能力，渗透能量守恒思想，强化物理规律与实际电动机问题的联系，培养科学思维与应用意识。核心素养目标分析核心素养目标分析二、核心素养目标分析：通过电动机功率计算，深化能量守恒与转化观念；构建动态电路与机械过程关联模型，提升科学推理能力；结合实际电动机问题分析，培养应用物理规律解决复杂问题的意识；在能量效率讨论中，形成技术应用的批判性思维，体会物理知识在工程实践中的价值。学习者分析学习者分析1.学生已掌握欧姆定律、电功率公式及能量守恒基础，理解电路基本概念，但对非纯电阻电路（如电动机）的能量转换关系认识模糊。

2.学生对实际应用问题兴趣较高，具备基础计算能力，但部分学生抽象建模能力较弱，习惯套用公式，动态过程分析能力不足；学习风格偏向直观理解，需结合实例引导。

3.可能困难：混淆电动机输入/输出功率关系，忽略反电动势影响；动态电路中电压、电流变化分析易出错；能量效率计算中热功率与机械功率的转化逻辑易混淆。教学资源准备教学资源准备四、教学资源准备：1.教材：确保每位学生配备《物理》选修3-1（或对应版本），专题二“与电动机有关的计算”相关内容。2.辅助材料：准备电动机能量转换示意图、动态电路变化图表、电动机工作原理视频及典型例题PPT。3.实验器材：配备小型电动机模型、电压表、电流表、滑动变阻器、导线，确保器材完好且安全。4.教室布置：设置分组讨论区，便于学生合作分析动态过程；预留实验操作台，用于演示功率测量实验。教学流程教学流程五、教学流程

1.导入新课（5分钟）

展示课本中“家用电风扇铭牌参数”（额定电压220V、功率50W、电阻20Ω），提问：“若电风扇正常工作，通过线圈的电流是多大？此时线圈发热功率是多少？为什么实际发热功率小于额定功率？”引发学生对非纯电阻电路能量分配的思考，衔接上一节“电功率”知识，自然引入电动机能量转换问题。

2.新课讲授（15分钟）

（1）电动机能量转换关系（5分钟）结合课本“专题二”核心内容，明确电动机输入电功率P入=UI，输出机械功率P出=ηP入，热功率P热=I²R，推导P入=P出+P热。以课本例题“电动机U=220V，I=5A，R=2Ω”为例，计算P入=1100W，P热=50W，P出=1050W，强调“非纯电阻电路电功率不等于热功率”这一重点。

（2）反电动势与动态分析（5分钟）讲解电动机转动时产生反电动势E反=U-IR，结合课本“电动机启动过程示意图”，分析启动时E反=0，电流I=U/R最大；稳定时E反增大，电流减小。以课本例题“电动机负载增大时转速变慢，分析电流变化”为例，深化动态过程分析难点。

（3）能量效率计算（5分钟）定义效率η=P出/P入=1-P热/P入，结合课本“不同类型电动机效率对比表”，分析η与电阻、负载的关系。以课本例题“电动机额定功率P出=1000W，η=90%，求输入功率和热功率”为例，强化效率公式应用。

3.实践活动（12分钟）

（1）实验测量（4分钟）提供小型电动机模型、电压表、电流表、滑动变阻器，学生分组测量电动机空载和加载时的U、I，计算P入、P热（I²R），验证P出=P入-P热，记录数据与课本理论对比。

（2）例题演练（4分钟）发放课本“专题二典型例题”（如“电动机U=110V，R=1Ω，带动水泵抽水，机械功率880W，求电流和效率”），学生独立计算后小组互评，教师点评“忽略反电动势导致电流计算错误”等常见问题。

（3）问题探究（4分钟）提出“电动机卡死时电流会怎样？”问题，学生结合U=E反+IR分析（E反=0，I=U/R过大），教师补充课本“电动机过载保护”知识，联系实际应用。

4.学生小组讨论（8分钟）

（1）讨论点1：电动机启动电流大的原因。举例回答：“启动时转速n=0，反电动势E反=nΦ/k=0，由U=E反+IR得I=U/R，远大于正常工作电流。”

（2）讨论点2：如何提高电动机效率。举例回答：“减小线圈电阻R（如用电阻率小的材料），减小摩擦损耗，避免空载运行。”

（3）讨论点3：P=I²R在电动机中是否适用。举例回答：“仅适用于计算热功率，不适用于计算总功率或机械功率。”

5.总结回顾（5分钟）

梳理本节课核心：①电动机能量转换关系P入=P出+P热；②反电动势E反=U-IR及动态影响；③效率η=P出/P入。强调重点（非纯电阻电路功率分配）和难点（动态过程分析），以课本“专题二课后习题1”为例快速回顾，布置“电动机效率测量实验报告”作业。拓展与延伸拓展与延伸1.拓展阅读材料

（1）《电动机的能量损耗与效率优化》结合课本“专题二”中P热=I²R的知识，拓展介绍电动机的三种主要能量损耗：铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁芯磁滞与涡流损耗）、机械损耗（轴承摩擦与风阻）。以课本例题“电动机U=220V，I=5A，R=2Ω”为基础，对比不同材料（如铜线vs铝线）对铜损的影响，分析高效电动机为何采用低电阻率导线，并引用课本“课后阅读”中“新能源汽车电动机效率可达95%”的案例，说明减少损耗的实际意义。

（2）《反电动势在工业控制中的应用》紧扣课本E反=U-IR的公式，拓展反电动势在电动机调速中的作用。以课本“电动机启动过程示意图”为切入点，分析直流电动机通过改变电枢电压U调节转速的原理（U增大，E反动态平衡，转速n上升），并结合工业中“变频调速”技术，说明如何通过改变电源频率调节交流电动机的反电动势，实现平滑调速。引用课本“专题二习题3”中“起重机电动机负载增大时转速降低”的现象，解释反电动势随转速变化对电流的自动调节作用。

（3）《不同类型电动机的能量转换特点》联系课本“非纯电阻电路”的核心概念，对比直流电动机、交流异步电动机、无刷直流电动机的能量转换差异。以课本“电动机效率公式η=P出/P入”为基础，分析异步电动机因转子铜损和励磁电流导致效率通常低于直流电动机，而无刷直流电动机通过电子换向减少机械损耗，效率可达90%以上。结合课本“图2-5电动机结构示意图”，说明不同电动机的线圈布局、磁场产生方式对能量分配的影响，强化“能量守恒”在具体设备中的体现。

2.课后自主学习和探究

（1）任务一：家用电动机能量分配调查。查阅课本“专题二”中“家用电器铭牌参数”的示例，选取家中电风扇、洗衣机等设备，记录其额定电压、功率、电阻参数（若未标注，可通过估算或资料查询），计算满载时的P入、P热、P出，分析机械功率占比，撰写《家用电动机能量效率分析报告》，对比课本例题中的效率数据，思考“为何实际电动机效率常低于理论值”。

（2）任务二：电动机动态过程实验探究。利用课本“实践活动”中的小型电动机模型，设计实验测量电动机空载、半载、满载时的电压U、电流I、转速n（可用转速计或手机测速APP），计算各状态下的E反=U-IR、P出=UI-I²R，绘制E反-n、η-P出曲线，验证课本“反电动势随转速增大而增大”“效率在额定负载附近最高”的结论，探究负载过轻或过重时效率降低的原因。

（3）任务三：电动机节能技术资料搜集。结合课本“能量效率计算”知识点，搜集工业电动机常用的节能技术（如变频调速、永磁同步电动机、能量回馈制动等），分析每种技术的原理如何基于课本中的P入=P出+P热、E反=U-IR等公式实现损耗降低。例如，变频调速通过降低轻载时的电源频率，减小反电动势与电压的差值，从而降低电流I，减少P热，对比课本“电动机卡死时电流过大”的现象，理解动态控制对节能的重要性。内容逻辑关系内容逻辑关系①能量转换关系的核心地位：重点知识点为非纯电阻电路的能量守恒，核心词“输入电功率P入=UI”“输出机械功率P出”“热功率P热=I²R”，核心句“P入=P出+P热”，关联课本“专题二”开篇定义，强调这是电动机计算的基础框架，所有后续分析均围绕此关系展开。

②反电动势与动态过程的因果关联：重点知识点为反电动势的产生及对电路的影响，核心词“反电动势E反”“动态平衡”“启动电流”，核心句“U=E反+IR”，关联课本“电动机启动过程示意图”，揭示反电动势随转速变化导致电流变化的动态逻辑，是理解电动机工作状态的关键环节。

③效率计算的实际应用延伸：重点知识点为能量效率的定义及优化，核心词“效率η=P出/P入”“能量损耗”“负载匹配”，核心句“η=1-P热/P入”，关联课本“不同类型电动机效率对比”，从理论公式推导至实际工程应用，体现物理知识解决实际问题的逻辑链条。教学反思与总结教学反思与总结教学反思中，动态分析环节学生理解反电动势与电流变化的关系时存在困难，需更直观的演示辅助；实验环节时间分配稍显紧张，部分小组未能完成数据验证；效率计算公式应用时，学生易混淆机械功率与输入功率的关系，需强化例题对比。教学总结方面，学生基本掌握了P入=P出+P热的能量守恒框架，能独立完成基础功率计算，动态分析能力有所提升，但复杂电路建模仍需加强。情感上，学生对电动机实际应用表现出浓厚兴趣，课后主动查阅节能资料，体现了物理与工程的联系。不足在于优等生与后进生差异明显，分层指导不足。今后可增加电动机拆解实物演示，设计阶梯式例题，并利用课后微课动态展示反电动势变化过程，帮助不同层次学生突破难点。课后拓展课后拓展九、课后拓展

拓展内容：推荐学生阅读课本“专题二”延伸材料《电动机的能量损耗类型》，重点理解铜损（I²R）、铁损（磁滞与涡流）、机械损耗的成因及对效率的影响；观看《反电动势在电动机调速中的应用》科普视频，结合课本“E反=U-IR”公式分析变频调速原理；搜