人教版九年级全册第二十章 电与磁第4节 电动机教案

-1-人教版九年级全册第二十章电与磁第4节电动机教案教学设计课题Xx课型新授课√□章/单元复习课□专题复习课□习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□教材分析一、教材分析。本节课是人教版九年级物理第二十章《电与磁》的核心内容，是在学生学习了电流的磁效应、电磁铁的基础上，进一步探究电与磁的转化应用。教材通过实验探究磁场对通电导线的作用，引出电动机的工作原理，重点介绍电动机的构造（线圈、磁体、换向器）和工作过程，揭示了电能转化为机械能的实质。本节内容既是对电磁学知识的深化，也为后续学习发电机等电磁应用奠定基础，培养学生的科学探究能力和能量转化意识。核心素养目标分析二、核心素养目标分析。通过探究磁场对通电导线的作用，形成“电能转化为机械能”的物理观念；分析电动机构造与工作过程，提升模型建构与科学推理能力；经历实验观察、问题解决的过程，培养科学探究意识；体会电动机在生活中的应用，增强科技服务社会的责任意识。学习者分析三、学习者分析。学生已掌握电流的磁效应、电磁铁等基础知识，具备初步的电路操作能力。九年级学生对电磁现象充满好奇，动手实验兴趣浓厚，具备一定观察和推理能力，但空间想象力较弱。在电动机学习中，可能对磁场方向、电流方向与受力方向的关系理解困难，尤其对换向器改变电流方向的作用原理抽象难懂，分析线圈连续转动过程时易出现逻辑断层。教学资源1.硬件资源：学生电源、蹄形磁铁、裸铜导线、线圈支架、电动机模型（含换向器）、螺丝刀、导线若干

2.软件资源：PhET电磁仿真实验、Flash电动机工作原理动画

3.课程平台：校园网物理资源库、智慧课堂互动系统

4.信息化资源：磁场方向与受力关系动态示意图、线圈连续转动过程视频

5.教学手段：分组实验操作、模型拆解演示、小组合作探究、板画受力分析图教学过程设计**（一）导入环节（5分钟）**

播放电动车启动、电风扇转动的短视频，提问：“这些电器工作的能量来自哪里？电动机为什么能持续转动？”展示玩具电动机模型，用手转动线圈，提问：“如果给线圈通电，它会怎样？”学生猜测后，教师演示通电后线圈转动现象，引发认知冲突：“静止的线圈通电后转动，说明什么？”引导学生回顾“电流的磁效应”，聚焦“磁场对通电导线的作用”。

**（二）讲授新课（20分钟）**

1.**探究磁场对通电导线的作用（8分钟）**

分组实验：每组提供学生电源、蹄形磁铁、裸铜导线、支架。学生组装实验装置，观察导线在磁场中的运动。教师巡视指导，提问：“导线运动方向与什么因素有关？”学生改变电流方向、磁场方向，记录现象。小组汇报后，师生共同总结：“通电导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向有关（左手定则）”。板画左手定则示意图，学生模仿判断受力方向。

2.**电动机的构造与工作原理（12分钟）**

展示电动机模型，拆解线圈、磁体、换向器，提问：“电动机要持续转动，线圈受力方向需怎样变化？”学生讨论后，教师用Flash动画演示线圈转动过程：ab边受力向上，cd边受力向下，线圈转动半周后，换向器改变电流方向，ab边受力向下，cd边受力向上，线圈持续转动。提问：“换向器的作用是什么？”学生回答“改变电流方向，实现线圈连续转动”。教师用板画分步解析线圈转动时的受力情况，强调“平衡位置”概念（线圈平面与磁场垂直时，不受力或受平衡力）。

**（三）巩固练习（12分钟）**

1.**基础练习（5分钟）**

出示习题：判断图中通电导线受力方向（改变电流/磁场方向）；电动机换向器在何时改变电流方向？学生独立完成，同桌互评，教师点评易错点。

2.**小组讨论（7分钟）**

问题：“电动机工作时，能量如何转化？若线圈平衡位置时不受力，为什么还能转动？”小组讨论后汇报，教师总结：“电能转化为机械能；惯性使线圈通过平衡位置”。拓展：“生活中的电动机（如洗衣机）为何需要换向器？无刷电动机如何解决这一问题？”学生联系实际，体会科技发展。

**（四）课堂小结与作业（3分钟）**

学生总结“磁场对通电导线的作用”“电动机构造与原理”，教师补充核心素养要点：科学探究（实验设计）、物理观念（能量转化）、科学思维（模型建构）。布置作业：绘制电动机工作流程图；调查家中哪些设备用到电动机，其特点是什么。

**（五）师生互动设计**

-实验环节：教师提问“导线不动可能是什么原因？”，学生排查电路、磁场问题，培养问题解决能力。

-原理分析：学生用模型模拟线圈转动，教师追问“如果去掉换向器，会怎样？”，深化对难点的理解。

-拓展讨论：学生举例电动机应用，教师引导关注“科技发展与社会需求”，渗透责任意识。教学资源拓展一、拓展资源

1.物理学史中的电动机发展历程：介绍1820年奥斯特发现电流的磁效应后，1831年法拉第提出电磁感应定律，1838年俄国科学家雅科比发明世界上第一台实用直流电动机，1873年格拉姆改进电动机实现商业化应用，1886年特斯拉发明交流电动机推动电力系统发展，梳理电动机从理论到技术的演进过程，帮助学生理解科学发现与技术创新的关联。

2.磁场对电流作用的应用实例：列举磁悬浮列车（利用磁场同极相斥原理减少摩擦）、扬声器（通电音圈在磁场中振动发声）、电流表（通电线圈在磁场中受力带动指针偏转）等设备，分析其工作原理与磁场对通电导线作用的共性，深化对物理规律应用的认识。

3.电动机的构造与技术细节：介绍直流电动机的定子（永磁体或电磁铁）、转子（线圈）、电刷、换向器的具体材料与作用，对比有刷电动机与无刷电动机的结构差异（无刷电动机用电子换向器替代机械换向器），说明无刷电动机在效率、寿命、噪音方面的优势，结合教材中换向器的作用，拓展对技术改进的理解。

4.电动机的能量转化与效率：分析电动机工作时电能转化为机械能的过程，结合能量守恒定律，讨论能量损失的原因（线圈电阻发热、摩擦损耗），介绍提高电动机效率的方法（如使用超导材料减少电阻、优化润滑减少摩擦），联系“双碳”目标，引导学生关注节能技术。

5.常见电动机故障与排查：总结电动机常见故障（如不转、转速慢、异响）的可能原因（电路接触不良、磁场减弱、线圈短路、轴承损坏），结合教材中“平衡位置”概念，解释“卡转子”现象（线圈在平衡位置时不受力，若启动阻力大则无法转动），提供简易排查步骤（检查电源、磁场、线圈连接），培养问题解决能力。

二、拓展建议

1.动手制作简易电动机：利用1号电池2节、强磁铁2块、漆包线（直径0.5mm，长约1m）、回形针2个、小木块1块，制作简易电动机。具体步骤：将回形针固定在木块上作为支架，用漆包线绕制矩形线圈（线圈匝数20-30匝，两端刮去半边绝缘漆），线圈置于支架上，磁铁置于线圈下方，连接电池观察转动。记录线圈转动方向与电流方向、磁场方向的关系，验证左手定则，思考“刮去半边漆”的作用（实现自动改变电流方向，模拟换向器功能）。

2.观察记录生活中的电动机：选取家中3-5台使用电动机的设备（如电风扇、洗衣机、吹风机、电动玩具），观察其工作特点（如电风扇电动机为交流电动机，连续转动；玩具电动机为直流电动机，可正反转），查阅设备说明书或铭牌，记录电动机类型（直流/交流）、额定功率、转速等信息，分析不同设备对电动机性能的要求（如洗衣机需要大转矩，电风扇需要高转速），撰写观察报告。

3.探究影响电动机转速的因素：设计控制变量实验，探究电流大小、磁场强度、线圈匝数对电动机转速的影响。实验材料：学生电源、蹄形磁铁、多匝线圈、电流表、转速计（或手机慢动作拍摄计数）。步骤：保持磁场强度和线圈匝数不变，改变电流大小（1A、2A、3A），记录转速；保持电流和线圈匝数不变，改变磁铁数量（1块、2块、3块），记录转速；保持电流和磁场强度不变，改变线圈匝数（20匝、40匝、60匝），记录转速。分析数据，总结规律（电流越大、磁场越强、线圈匝数越少，转速越快），深化对电动机工作原理的理解。

4.绘制电动机工作原理流程图：结合教材中电动机的工作过程，用流程图分步骤展示“通电→线圈受力转动→换向器改变电流方向→线圈持续转动”的过程，标注关键环节（如“ab边受力向上，cd边受力向下”“线圈转过半周时，换向器接触电刷另一侧，电流反向”），补充能量转化标注（电能→机械能），在流程图旁添加示意图（如线圈平面与磁场垂直时为平衡位置），梳理知识逻辑，提升模型建构能力。

5.撰写科技小论文“电动机在绿色出行中的作用”：查阅资料，了解电动汽车、高铁中电动机的应用（如特斯拉电动汽车使用永磁同步电动机，效率达97%；高铁牵引电动机为交流异步电动机，功率达1000kW），分析电动机相比内燃机的优势（零排放、效率高、噪音低），讨论电动机技术发展对减少碳排放、改善环境的意义，结合“碳达峰、碳中和”目标，提出青少年参与绿色科技的建议，培养科技与社会责任意识。课堂小结，当堂检测七、课堂小结，当堂检测

课堂小结：本节课通过实验探究磁场对通电导线的作用，理解左手定则的应用；通过分析电动机模型，掌握换向器改变电流方向使线圈持续转动的原理；明确电动机工作时电能转化为机械能，其核心是磁场对通电导线的相互作用。

当堂检测：1.填空：电动机的构造包括______、______、______，其中换向器的作用是______。2.判断：通电导线在磁场中的受力方向只与电流方向有关。（）3.简答：电动机工作时，能量如何转化？若线圈在平衡位置时不受力，为什么能持续转动？教学反思与总结教学反思：本节课实验环节学生参与度高，但发现部分小组在组装电路时导线缠绕导致接触不良，下次需提前预装好支架底座。换向器原理的讲解中，动画演示与板画结合效果较好，但仍有学生对“平衡位置”概念理解模糊，需增加实物模型拆解演示。时间分配上，导入环节超时2分钟，后续巩固练习略显仓促，应精简提问环节。

教学总结：学生能准确描述磁场对电流的作用方向，并理解换向器改变电流方向的核心功能，知识目标达成度较高。动手实验中，90%学生能独立完成操作并总结规律，科学探究能力得到提升。但部分学生对能量转化过程表述不够严谨，需加强能量守恒的渗透。针对平衡位置理解难点，建议下节课增加“断电观察线圈自由转动”的对比实验，强化惯性作用认知。今后教学需更注重实验细节的预判，并设计分层任务满足不同学生需求。课后拓展拓展内容：阅读《物理世界奇遇记》中“电动机的诞生”章节，了解法拉第、特斯拉等科学家在电磁学领域的探索故事；观看纪录片《大国重器》第一集“动力澎湃”，聚焦高铁牵引电动机的技术突破；查阅科普文章《生活中