第4节 电动机教案

第4节电动机【教学目标】1.知道磁场对通电导线的作用.2.知道通电导线在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关.3.通过制作模拟电动机的过程，锻炼学生的动手能力.4.通过实验方法探究直流电动机的结构和工作原理.【教学重点】1.磁场对通电导线的作用.2.电动机的工作原理，换向器的作用.【教学难点】1.分析概括通电导体在磁场中的受力方向跟哪两个因素有关2.理解通电线圈在磁场里为什么会转动.3.电动机能够持续转动的原因.【教具准备】U形磁铁、电源、导线、开关、线圈和直流电动机模型，多媒体课件等.【教学课时】1.5课时【巩固复习】教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解)，加强学生对知识的巩固.【新课引入】我们一起来回忆一下奥斯特电生磁的实验，哪位同学可以叙述一下奥斯特的实验过程及结果？生:丹麦物理学家奥斯特在做实验时偶然发现当导线中有电流通过时，它附近的磁针指向发生了偏转，这个意外的现象引起了奥斯特极大的兴趣，他又继续做了许多实验，终于证实了电流的周围存在着磁场.师回答得很好.让我们一起回过头来看看奥斯特的实验(用多媒体课件展示奥斯特实验的实验装置及结论).奥斯特是用一根小磁针放在通电导线的旁边发现了小磁针会受到力的作用，而且电流方向改变后，小磁针的转动方向也改变.那么我们反过来想一下，假如通电导线放在磁场中会不会也受到磁场的作用力呢？（板书课题）【进行新课】知识点1磁场对通电导线的作用师通电导线周围有磁场，那么通电导线是不是也会在磁场中受到力的作用呢？学生思考、讨论教师提出的问题，并回答.生:我想会.因为奥斯特的实验证明了通电导线可以产生磁场，而且我们也知道了通电螺线管产生的磁场就相当于一个条形磁铁的磁场.那么把通电导线放在磁场中也就相当于把两个磁铁放在一起，肯定会有力的作用.因为两个磁体之间是可以相吸或相斥的.师这个同学的猜想听起来很有道理，但是正不正确呢？我们应该怎样去判断？生:用实验去验证.师那么我们应该怎样去设计这个实验呢？请同学们再讨论一下，给出一个比较好的方案来.(巡回听取学生讨论的方案)师请小组代表把你们讨论的结果告诉大家.生1:因为我们考虑到问题是要验证通电导线在磁场中有没有受到力的作用.所以我们想到实验必须有一条通电的导线，选择器材时就应该有导线，电源和开关;另外还要有提供磁场的条形磁铁.把通电导线放在磁场中看它能不能受到力的作用.生2:我们的方案和他们的大致相同.但是我们觉得用U形磁铁可能更好些，因为U形磁铁内的磁场集中些.还有我们觉得那根通电导线最好能用一个支架把它支起来，使它可以自由地摆动，这样才能更好地观察.师你们是根据什么想到这一点的呢？生2:我们是根据奥斯特的实验想到的.其中的小磁针不也是可以自由转动的吗？师同学们设计的方案都很好，特别是这组的同学考虑得非常全面，而且有根有据的.(鼓励学生深入、严谨地思考，激发学生积极主动地探究)师那么同学们看看我的这套实验仪器能不能验证你们的猜想呢？(拿出演示实验仪器)师（介绍实验仪器）像刚才那位同学说的，为了使通电导体棒能自由地摆动，我们给它做了个导轨.（安装好实验装置）导体棒放在磁场里，我们把开关合上，请同学们认真观察这根导体棒看它会怎么样？（闭合开关，演示实验）师同学们看到了什么现象.生:导体棒运动了.师怎么运动？生：向左运动.师那么这个实验说明了什么问题？生:说明了导体棒在磁场中可以运动.师能不能说得更完善些.生1:应该是通电导线在磁场中可以运动.生2:说明了通电导线在磁场中会受到力的作用，没有力的作用导线就不会运动.师这位同学总结得很好，得到的结论也比较全面.师刚才我们用实验验证了我们的猜想，我们的实验现象也很明显，导体棒是运动了，而且是向左运动的.那么同学们再思考一下，奥斯特改变电流方向，小磁针的转动方向也改变了.我们这里的导体棒是不是永远向左运动的呢？怎么样去验证你的想法？生:可以改变电流的方向来看看导体棒的运动方向有没有改变.生:可以保持电流方向不变，改变磁场方向来看看导体棒的运动方向有没有改变.师那我们再用实验来验证这些同学的想法.(先改变电流方向，示意学生看现象;保持原来的电流方向，再改变磁场方向)师同学们观察到了什么现象？由此又说明了什么？生:看到导体棒的运动方向改变了，说明了改变电流或者磁场的方向，通电导体棒的运动方向也会改变.师换句话说就是通电导线受到磁场力的方向跟电流和磁感线的方向都有关系.师刚才我们是把一根通电导体棒放在磁场中发现它会受到力的作用.那么假如我们不是放一根导体棒，而是把整个线圈放到磁场中，又会怎么样呢？(演示把线圈放到磁场中的实验)师可以观察到，线圈转动了起来，那么同学们可以讨论一下:为什么线圈是转动而不是直线运动呢？生：（讨论后总结）由于导线两边的电流方向是不一样的，那么它们受到的力也就不一样了，就像一个框被相反的力扭动一样，所以只能是转动的.师思考一下线圈为什么能不停地转动，这和我们的实验器材的结构有没有关系？生：（动手做实验，探究线圈的转动，记录实验现象并思考问题）师好了，刚才我们通过实验也验证了我们开始的猜想.那么同学们在做实验的时候有没有注意到我们的实验器材有什么特别的地方呢？生:线圈引线一端的漆皮全部刮掉了，另一端只刮上半周或下半周.师对，这是实验的特别之处，同学们回去想一下，为什么要这样做，假如把两端漆皮全部都刮去的话，又会怎么样呢？师在做实验时我们发现线圈可以不停地转动，同时我们也发现线圈引线的构造很特别，为什么要这样做，否则线圈可以不停地转动吗？下面我们继续来探讨这个问题.师(演示实验）现在我把线圈引线的绝缘漆全部刮去，看看实验的结果会怎么样.师我们发现结果是怎么样的呢？生:线圈不能连续转动.师为什么会出现这种情况呢？难道是结论有错误？(用多媒体把课本P162图20.4-3放大来给学生看.请学生思考问题）师(演示实验)我们再来看看当我把线圈放在这个位置（图乙）时它会动吗？(同时也用多媒体把线圈在乙的位置放大后显示出来)师很显然线圈没有动，这是为什么？(请学生思考讨论后回答)生1：我想线圈要在磁场中转动可能和它被放置的位置还有关系生2：我也是这样想的，在乙的位置上可能线圈的两边受到两个反向的力，那么就不能转动了.师确实是这样，在乙的位置上刚好在同一直线上受到两个大小相等、方向相反的力（相当于二力平衡），所以线圈不能转动了.我们把这个位置叫线圈的平衡位置.那么，线圈为什么在甲的位置可以转动但又不能连续地转动呢?让我们一起通过线圈的运动受力图来分析.[用多媒体把线圈在丙的位置也放大后显示出来，并且把它们的电流方向和受力方向也一起标出来（图甲、乙、丙组合起来），教师一边标出电流方向一边讲解]师好了，我们刚刚也分析了线圈不能持续转动的原因，在丙的位置线圈受力的方向恰好与它运动的方向相反.你能想出什么好办法使线圈能连续地转动吗？小组讨论，并派代表回答.生1:我们觉得线圈不能连续转动是因为转到丙这个位置时，左右两边线的电流方向和在甲时相反了.只要我们想办法让它转过平衡位置后就把左右电流方向对换，这样就可以使线圈连续转动了.生2:我们觉得可以用调换磁感线方向的方法，调换的位置、时间和上一位同学讲的一样.生3:我们觉得不用那么麻烦，我们做的实验不是可以持续转动吗？我们让电动机转到乙的位置不给导线通电，就不会产生阻碍的力了.由于惯性线圈继续转动，到了甲的位置再给它通电，那样就可以使它持续转动了.师同学们都很聪明，能够想出各种各样的办法来解决问题.但有的同学的办法很简单，有些同学的方法就比较复杂，我们可不可以开动脑筋，想出更简单，更实用的方法呢？其实直流电动机和通电线圈在磁场中转动的原理是一样的，它使用了一个叫换向器的零件来使线圈不断转动.师(指出电动机里换向器的位置，介绍它的结构特点)换向器由两个彼此绝缘的半环组成，两个半环分别与线圈的两端接通.当线圈转动通过平衡位置后，半环从与一个电刷接触，改变为与另一电刷接触，从而改变线圈中电流的方向和磁场力方向，使线圈得以持续转动.(让学生通过电动机模型，观察换向器)教师接通电源，请学生观察电动机转动时换向器的工作，分析电动机换向器的工作情况.学生分析，并举手发言（大致和上面分析的差不多）师我们要特别注意的一点是换向器两个半环之间是绝缘的，等线圈转到另一半和电刷接触时就改变了电流的方向，把另一半的动力也用到了．板书：换向器的作用：改变线圈中电流的方向，使线圈得以持续转动.知识点2电动机师我们观察了通电线圈在磁场中转动的过程，知道了电动机的工作原理.电动机转动后能带动其他机器的转动，那么电动机起到了什么作用呢？（提示:从能量的角度来考虑）生:把电能转化为机械能.师我们来欣赏一些图片（用多媒体播放机床、电梯、电扇、电动玩具、冰箱等使用电动机的电器，并播放它们由停止到运转的状态），这些图片里的东西有什么共同的特点？生1：它们都是电器.生2：它们的运转都需要用到电.生3：它们都是靠电动机来转动的.师这些同学都说得很好.（用课件形式显示几种机器如电扇、电梯、电动玩具的结构图，并圈出电动机的位置）这些机器都有一个很重要的设备——电动机.师前面我们做了通电线圈在磁场中转动的实验，模拟了电动机转动时的情况.今天我们看看真正的电动机是怎么样的.(出示直流电动机模型，并通电使它转动）师我们先来看看电动机的主要结构是怎样的？生:有能转动的线圈，还有不动的磁体.师对.电动机就是由能够转动的线圈和固定不动的磁体组成的.我们把它们叫转子和定子.教师总结：实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动.扬声器师我们学习了电动机的有关知识.现在请同学们阅读教材P163~164《科学世界》，让我们来了解一下扬声器的发声原理.扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置.图20.4-7是扬声器的构造示意图，它主要由固定的永磁体线圈和锥形纸盆构成.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.【教师结束语】这节课我们能获得那么多知识，和同学们善于思考是离不开的.同学们在讨论问题时都很认真，并且还能联系我们以前学过的东西去想问题，也越来越善于观察实验现象，总结出实验的结论，语言表达更规范.请同学在课外思考我们刚才提出的问题.本节课学习了电动机的基本构造，电动机为什么会转动以及为什么会连续转动的原因.直流电动机的工作原理是学习的重点，也是学习的难点，理解换向器的作用.课后作业完成本课时的习题.1.本课中活动设计，问题的引出和讨论交流，都能从学生的实际出发，引导学生去做、去说、去思、去发现，激发了学生的探究兴趣和探究欲望，调动了学习积极性，课堂非常活跃.学生在学习过程中，很自然的提高了科学素养.2.本节采用程序性的提问和讨论，启发学生弄清电动机线圈受力情况和停止转动的原因，以及解决问题的办法，可以培养学生的思维和创造能力.3.换向器是教学的难点，让学生通过电动机模型，观察换向器很有必要.4.通过前面几节的学习，学生识图能力应该有所提高，本节电动机原理图要尽量让学生自己看图理解.知能演练提升能力提升1.根据图示装置探究的原理,可以制成下列哪种用电器()A.电水壶 B.电风扇C.台灯 D.电磁起重机2.(多选)如图所示,在探究通电导体在磁场中受力方向与什么有关时,一位同学做了如图所示的三个实验,图中AB表示闭合电路的一部分导体,导体上箭头表示电流方向,F表示导体受力方向,N、S表示蹄形磁铁的磁极,则()A.通过甲、乙说明通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关B.通过乙、丙说明通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关C.通过乙、丙说明通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关D.通过甲、丙说明通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关3.在安装直流电动机模型的实验中,小杰同学安装了一台直流电动机模型如图所示。安装完毕,闭合开关后,线圈沿顺时针方向转动,则能使线圈沿逆时针方向转动的做法是()A.减少一节电池B.把电源和磁铁的两极同时对调C.增加一节电池D.把电源两极对调4.如图所示,a表示垂直于纸面的一根通电导线,其中通以电流时将在磁场中受到力的作用。参照图甲情况,图乙中导线a受到向左的作用力的是()5.小明同学自己做了一个直流电动机模型,接通电路后,发现电动机不转动。以下原因不可能的是()A.电源电压太低B.电源正、负极接反了C.开始时,线圈处于平衡位置D.电刷接触不良6.扬声器(喇叭)的结构图如图所示。当扬声器的线圈中通入携带声音的信息、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。下列说法正确的是 ()A.扬声器工作时,机械能转化为电能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感线D.扬声器的工作原理与电磁铁的工作原理相同7.如图所示,在直流电动机的工作过程中,“换向器”起了关键的作用,它能使线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的,从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。

8.如图所示的实验装置,在两根水平且平行的金属轨道上放一根轻质导体ab。(1)接通电源,这时会看到导体ab向左运动,这表明。

(2)若只对调磁体的磁极或只改变导体ab中的电流方向,观察到导体ab均向右运动,这表明。

(3)如果把磁体的两极对调,同时改变通过导体ab中的电流方向,会看到导体ab的运动方向跟原来(选填“相同”或“相反”)。

探究创新★9.图甲是直流电动机模型,图乙是自制简易电动机模型。现在主要讨论图乙简易电动机的制作与操作问题。(1)绕制线圈的铜丝外表有漆皮,必须对线圈引出线的两端(搁置于铜质弯钩的部位)进行刮漆处理,刮漆方法见放大图。刮漆的目的是使线圈能够,因此这一部位就相当于图甲中的(填某一部件的名称)。

(2)如果整个制作没有问题,但接上电源后线圈不动,这时应做哪些尝试?(说出两点即可)①_____________________________________________________________________;

②_____________________________________________________________________。

(3)通电后线圈能转动,如要改变转动方向,可采取的做法是①_____________________________________________________________________;

②_____________________________________________________________________。

★10.小明看到一则有关电磁炮的报道,某种电磁炮的构造如图所示,把待发的炮弹(导体)放置在处于强大磁场中的两条平行导轨上,如果给导轨通以很大的电流,使炮弹作为一个载流导体,在磁场的作用下,它沿轨道加速运动。在精密的计算机系统的操作下锁定目标,予以定点爆破,给军事史上添写了新篇章。阅读后请回答:(1)电磁炮发射的工作原理是什么?(2)在理论上要改变电磁炮的发射方向,应该采取什么措施?(3)试猜想,在理论上要继续提高电磁炮的发射速度,可以采取哪些措施?知能演练·提升1.B电水壶是利用电流的热效应工作的,故A错误;电风扇中有电动机,是利用通电导线在磁场中受到力的作用的原理,故B正确;台灯是将电能转化为光能,故C错误;电磁起重机主要部件是电磁铁,是利用电流的磁效应的原理工作的,故D错误。2.AD甲、乙中磁场方向相同,电流方向改变,导体在磁场中受力的方向也改变,说明二者有关,选项A正确;乙、丙中磁场方向与电流方向均不相同,而导体受力方向不变,不能说明导体在磁场中受力方向与电流方向或磁场方向的关系,选项B、C错误;甲、丙中电流方向相同,磁场方向改变,导体在磁场中受力的方向也改变,说明二者有关,选项D正确。3.D电动机的原理是磁场对电流的作用,而作用力的方向与导体中电流的方向和磁场方向两个因素有关,两个因素中只改变任一个因素,作用力的方向就会改变,同时改变两个因素,则作用力方向不变,因此答案为D。4.C对比A和甲可知,磁场方向不变,电流方向改变,通电导体的受力方向改变;对比B和甲可知,电流方向不变,磁场方向改变,则通电导线的受力方向改变;对比C和甲可知,磁场方向和电流方向同时改变,通电导线受力方向不变,即导体a受到向左的作用力。5.B电动机在转动时电源电压过低,电动机就不转;电刷接触不良时,没有电流通过线圈,也不转动;线圈处于平衡位置时因受平衡力而保持静止状态,也不会转动。电源正、负极接反,只改变电流方向,不影响转动与否。6.B扬声器把电信号转化为声信号,是利用通电导体在磁场中受力运动的原理来工作的,在工作中,电能转化为机械能,A错误、B正确;扬声器中的永久磁体周围存在磁场,磁感线是人们为研究磁场构建的模型,客观上并不存在,C错误;电磁铁的工作原理是通电线圈周围存在磁场,与扬声器的原理不同,D错误。7.解析在直流电动机中,换向器的作用是每当线圈转过平衡位置时,