第三節科學探究:電動機為什么會轉動

教學目標

知識目標1.了解磁場對通電導線的作用。2.了解直流電動機的結構和工作原理。3.了解直流電動機的優點及其應用。能力目標經歷制作模擬電動機的過程,通過實驗探究直流電動機的結構和工作原理。素養目標通過了解物理知識如何轉化成實際技術應用,進一步提高學生學習科學技術知識和應用物理知識的興趣。

教學重難點

教學重點1.電動機的工作原理。2.直流電動機的能量轉化。教學難點明確電動機是怎樣轉動的以及電動機能夠持續轉動的原因。

教學過程

一、新課導入電動車、電梯、電扇、冰箱、洗衣機,以及各種電動玩具都離不開電動機。電動機的應用非常廣泛,種類也很多,但它們工作的原理是一樣的,都是由電動機帶動運轉的。可電動機為什么會轉動呢?二、教學步驟探究點1觀察并研究電動機的結構[閱讀課本]P149“(一)觀察并研究電動機的結構”[思考]通過觀察,你認為電動機主要是由哪些部件組成的呢?[提示]大家很容易觀察到磁體和線圈,這是電動機的兩個主要部件,還有兩個部件分別叫換向器和電刷。[思考]通電后繼續觀察,哪些部件是固定的?哪些部件可以轉動?[提示]磁體是固定的,通電后線圈轉動;電刷是固定的,通電后換向器隨著線圈一起轉動。[思考]繼續觀察,通電后電流是怎樣流過電動機的呢?[提示]根據電流的流向觀察,電流是從電源的正極流向電刷——換向器——線圈——換向器——電刷——電源的負極這樣流過電動機的。[思考]通電后電動機不能轉動,你會檢查哪些地方呢?[提示]先用手撥動一下線圈,如果還不能正常轉動,需檢查電源、開關等各部件是否完好,檢查電刷是否松動等。[思考]電動機轉動的原因是什么呢?[提示]線圈中有電流流過,線圈在磁場中,受到了力的作用所以轉動。[思考]你能設計實驗驗證自己的猜想嗎?[提示]將正在轉動的電動機切斷電源,觀察電動機是否轉動;拿走磁體,觀察電動機是否轉動。[歸納提升]電動機的轉動跟磁體和電流有關。由于磁場對通電線圈產生力的作用,電動機才會轉動起來。探究點2轉動的原理[閱讀課本]P150“(二)轉動的原理”[思考]實驗中用金屬桿代替了電動機中的什么部件?這樣做的優點是什么?[提示]通電金屬桿放在磁場中,觀察金屬桿是否受力運動,金屬桿相當于電動機中的線圈。這種設計把復雜的線圈簡化成一根金屬桿,采用了“簡化”的思想方法,忽略次要因素,抓住核心因素,使復雜問題簡單化,同時又不影響問題研究的結果。[思考]通過什么現象判斷金屬桿受到磁場力的作用呢?你認為會對實驗現象產生影響的因素有哪些?[提示]金屬桿運動說明受到了磁場力的作用。影響因素主要是金屬桿和導軌之間的摩擦力,所以一般用輕質的鋁金屬桿,實驗前將導軌和金屬桿拉直,減小摩擦帶來的影響。[思考]實驗時,開關可以長時間閉合嗎?[提示]通電后電路相當于短路,短暫閉合開關觀察現象,然后立即斷開開關。[思考]不同組的實驗,金屬桿的運動方向不同,你認為這是什么原因呢?[提示]磁場有方向,電流也有方向,可能與這兩個因素有關。[思考]如何設計實驗驗證呢?[提示]采用控制變量法。一次控制電流的方向不變,改變磁場的方向;一次控制磁場的方向不變,改變電流的方向。[歸納提升]磁場對通電導體具有力的作用,其力的方向與磁場和電流的方向有關。只改變磁場方向或電流方向,通電導體的受力方向改變,當磁場方向和電流方向同時改變時,通電導體的受力方向不變。[習題]如圖是“探究通電導線在磁場中受力”的實驗裝置。瞬間接通電路,原來靜止的導線ab向右運動。要使導線ab向左運動,可行的措施是 ()A.將磁體N、S極對調B.增大電源電壓C.換用磁性更強的磁體D.將磁體N、S極對調,同時改變電流的方向[分析]通電導體在磁場中的受力方向與電流方向和磁場方向有關。只改變磁場方向或電流方向,運動方向改變;電流方向和磁場方向同時改變,運動方向不變。導體在磁場中受力方向與電源電壓和磁性強弱無關。[答案]A[思考]你有辦法讓金屬桿在軌道上持續往復運動嗎?[提示]如果能夠及時地改變電流方向,就能改變金屬桿的受力方向,金屬桿的運動方向也會發生改變。探究點3電動機怎樣轉動[閱讀課本]P151“(三)電動機怎樣轉動”[思考]觀察一下電動機為什么能持續轉動呢?[提示]觀察電動機的換向器,換向器由兩個銅半環組成,銅半環分別跟線圈兩端相連,它們彼此絕緣。[思考]用手使線圈緩慢轉動,觀察換向器是如何改接電源正、負極的呢?[提示]換向器隨線圈一起轉動的過程中,交替跟兩個電刷接觸,使得每當線圈轉到一定的位置時,就會自動改接電源的正、負極,從而改變線圈中的電流方向。[思考]換向器改變線圈中的電流方向后,為什么線圈就能持續轉動了呢?[提示]磁場方向不變,電流方向改變,線圈的受力方向就會改變。[思考]閱讀P151“圖17-26電動機的工作原理(a)”AB邊和CD邊受力方向不同的原因是什么?[提示]通過AB邊和CD邊的電流方向相反,磁場方向相同,所以受力方向不同,線圈發生轉動。[思考]閱讀P151“圖17-26電動機的工作原理(b)”AB邊和CD邊不再受力的原因是什么?線圈能夠轉過此位置利用了什么?[提示]電刷與換向器的絕緣部分接觸,沒有電流流過線圈,線圈也不再受到力的作用,但由于慣性線圈繼續轉動越過這個位置,這個位置叫做平衡位置。[思考]閱讀P151“圖17-26電動機的工作原理(c)”,線圈越過平衡位置后,AB邊和CD邊的受力方向有沒有改變?AB邊和CD邊的位置有沒有改變?[提示]觀察圖片可以發現:AB邊的受力方向由向上變成了向下,CD邊的受力方向由向下變成了向上;AB邊和CD邊的位置也發生了互換。[思考]閱讀P151“圖17-26電動機的工作原理”,電動機的線圈每轉動一周,線圈中的電流方向改變幾次?[提示](d)圖再次回到平衡位置,循環到(a)圖,繼續下一個周期。所以線圈每轉動一周,電流的方向改變一次,兩次越過平衡位置。[歸納提升]電動機的工作原理:通電線圈在磁場中受到力轉動。換向器及時改變電流方向,使得線圈持續轉動。[習題]如圖所示是直流電動機的模型,閉合開關后線圈順時針轉動。現要使線圈逆時針轉動,下列方法中可行的是 ()A.只改變電流大小B.只改變電流方向C.對換磁極同時改變電流方向D.換用磁性更強的磁鐵[分析]直流電動機的轉動方向與線圈中的電流方向和磁場方向有關,若使通入直流電動機的電流方向改變或磁場的方向改變,則它的轉動方向將改變。但是如果同時改變電流的方向和磁場的方向,線圈的轉動方向將不變。[答案]B探究點4制作簡易電動機[閱讀課本]P152“制作簡易電動機”[思考]為什么要將漆包線兩端線頭的漆刮去半邊?[提示]當線圈轉動時可以改變線圈中的電流方向,作用相當于換向器。[思考]拿一塊條形磁體在上方,其目的是什么?[提示]電動機的原理是通電線圈在磁場中受力轉動,條形磁體可以提供磁場。[思考]如果線圈不動,為什么需要推一下?[提示]線圈在平衡位置時,沒有電流通過,線圈不受到力的作用,推一下越過平衡位置,線圈中就會有電流通過。[習題]如圖所示的直流電動機模型,把線圈兩端導線的漆按圖中方法刮去,通電后線圈(選填“能”或“不能”)持續轉動,如果通過線圈的電流變大,線圈的轉動速度將變,如果改變線圈中的電流方向,線圈的轉動方向將(選填“改變”或“不改變”)。

[分析]把線圈兩端導線的漆按圖中方法刮去,通電后線圈轉到平衡位置時,電流被切斷,線圈可以利用慣性繼續轉動,所以通電后線圈能持續轉動;電流變大,線圈轉速將變快;改變線圈中電流的方向,線圈的轉動方向將改變。[答案]能快改變三、板書設計第三節科學探究:電動機為什么會轉動1.電動機的結構(1)磁體(2)線圈(3)換向器(4)電刷2.電動機轉動的原理(1)通電導體在磁場中受到力的作用(2)受力方向與電流方向和磁場方向有關3.電