滬科版九年級物理第十七章第三節(jié) 《科學探究：電動機為什么會轉(zhuǎn)動》教學設(shè)計

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1、滬科版?17.3 科學探究：電動機為什么會轉(zhuǎn)動?教學設(shè)計 一. 根本要求： 6. 通過實驗探究 ,體驗科學研究的根本方法 ,知道電動機轉(zhuǎn)動原理。 7. 學會安裝和制作簡單的電動機。 重點內(nèi)容：知道電動機轉(zhuǎn)動原理。 難點內(nèi)容：右手螺旋定那么和電動機是如何轉(zhuǎn)動的。 教學過程: (一) 磁場對通電線圈的作用 如下圖 ,在圖甲中 ,通電線圈的ab邊和cd邊在磁場里受到力的作用 ,因兩邊中電流方向相反 ,所以兩力方向相反且不在同一條直線上 ,所以線圈就轉(zhuǎn)動起來。當轉(zhuǎn)到圖乙所示位置時 ,這兩個力恰好在同一直線上 ,而且大小相等 ,方向相反 ,線圈保持平衡。我們把這個位置叫做平衡位置。通過

2、這個實驗我們發(fā)現(xiàn) ,通電的線圈在磁場中要受力而轉(zhuǎn)動。 (二). 直流電動機 電動機就是利用通電線圈在磁場中受力而轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象制成的 ,它將電能轉(zhuǎn)化成機械能。下面我們來研究電動機是如何利用上述現(xiàn)象制成的 ,當然 ,我們先討論最簡單的一種電動機—直流電動機。 很多同學可能馬上想到通電線圈在磁場中不能連續(xù)轉(zhuǎn)動〔轉(zhuǎn)到平衡位置要停下來〕 ,而實際的電動機要連續(xù)轉(zhuǎn)動。怎樣解決這個問題呢？ 在前面的實驗中 ,我們知道：當線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時 ,不是立即停下來 ,而是在平衡位置附近擺動幾下才停下來。這是因為線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時具有一定速度 ,由于慣性它會繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動 ,但由于這時受到的磁場力又會使它返回平衡

3、位置 ,所以它要擺動幾下 ,最后在摩擦的作用下逐漸停下來。 要想讓線圈在磁場中不斷的轉(zhuǎn)動下去 ,我們就要想方法在線圈剛剛轉(zhuǎn)過平衡位置時 ,就改變線圈中兩條邊的受力方向。好在有線圈的慣性存在。要是在線圈正好在平衡位置就改變線圈的受力方向還不行呢 ,因為這時候兩個力又是一對平衡力 ,所以整個線圈仍然不能轉(zhuǎn)動下去。 如何實現(xiàn)這一想法呢？ 我們知道影響通電導(dǎo)體受力方向的兩個因素 ,從而得出：應(yīng)該在線圈剛剛轉(zhuǎn)過平衡位置時改變電流方向 ,或者改變磁感線方向。而要改變磁感線方向就是要及時交換磁極 ,顯然這不容易做到；實際的直流電動機是靠及時改變電流方向來改變受力方向的。 所以 ,使磁場中的通電線圈連

4、續(xù)轉(zhuǎn)動 ,就要每當線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置 ,就改變一次電流方向。 怎樣才能使線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置時就及時改變電流方向呢？ 用兩個半圓鋁〔銅〕環(huán)和電刷就構(gòu)成了換向器 ,靠換向器就可以解決這個問題。上圖就是換向器。兩個金屬半環(huán)分別接線圈的兩端 ,兩個電刷接電源的兩端。 換向器的作用：當線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置時 ,換向器能自動改變線圈中電流的方向 ,從而改變線圈受力方向 ,使線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動。 如甲圖所示：電刷B和半環(huán)E接觸 ,電刷A和半環(huán)F接觸 ,此時線圈中電流方向是a→b→c→d ,受力方向是ab邊受力向上 ,cd邊受力向下 ,線圈的轉(zhuǎn)動方向是順時針。 如圖乙所示：當線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時 ,此時電刷正

5、好接觸了兩個金屬半環(huán)中間的絕緣局部 ,所以線圈中沒有電流流過 ,此時線圈在磁場中也不受力的作用。 如丙圖所示：當線圈由于慣性剛剛轉(zhuǎn)過平衡位置時 ,電刷B和半環(huán)F接觸 ,電刷A和半環(huán)E接觸 ,此時線圈中電流方向是d→c→b→a ,受力方向是ab邊受力向下 ,cd邊受力向上 ,轉(zhuǎn)動方向是順時針。 如圖丁所示：當線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時 ,此時電刷正好接觸了兩個金屬半環(huán)中間的絕緣局部 ,所以線圈中沒有電流流過 ,此時線圈在磁場中也不受力的作用。由于線圈的慣性 ,當其剛轉(zhuǎn)過平衡位置時 ,就又返回到了如圖甲所示的情況了 ,這樣這個直流電動機就能連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動下去了。 通過上面的直流電動機模型我們可以發(fā)現(xiàn)

6、直流電動機的構(gòu)造主要有：磁極、線圈、換向器、電刷。 要求同學們會組裝直流電動機模型 安裝直流電動機模型時要注意：①直流電動機模型的安裝順序是從內(nèi)到外 ,從下到上的。支架→線圈轉(zhuǎn)子→電刷→定子〔磁極〕；②安裝時電刷與換向器之間的松緊、線圈轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙要適中。③安裝完畢后用手撥動一下轉(zhuǎn)子 ,觀察運轉(zhuǎn)是否處于良好狀態(tài) ,否那么應(yīng)加以調(diào)試。 直流電動機的轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)速 我們知道 ,通電導(dǎo)體在磁場中受力方向〔轉(zhuǎn)動方向〕與電流方向和磁感線方向有關(guān)。現(xiàn)在要使電動機模型中的線圈轉(zhuǎn)動方向發(fā)生改變 ,應(yīng)該將電源兩極對調(diào)或?qū)⒋盆F的兩極對調(diào)。改變轉(zhuǎn)速的方法：改變線圈中電流的大小。電流越大 ,直流電動機

7、的轉(zhuǎn)速越快。 跟熱機相比 ,電動機具有啟動、停止方便、構(gòu)造簡單、體積小、效率高、對環(huán)境污染少等優(yōu)點。 二【典型例題】 例1. 要改變直流電動機的轉(zhuǎn)動方向 ,可行方法：〔 〕 A. 適當減少電流強度 B. 適當減弱磁場 C. 改變線圈中的電流方向或把磁鐵兩極對調(diào) D. 改變線圈中電流方向的同時對調(diào)磁鐵兩極 分析：線圈的轉(zhuǎn)動方向跟通入的電流方向或磁場方向有關(guān) ,而與電流強弱、磁場強弱無關(guān) ,但不可同時改變電流方向和磁感線方向 ,故只有選項C正確。 解：選項C正確。 例2〔2019?鎮(zhèn)江〕如圖是通電金屬棒在磁場中運動的實驗場景 ,據(jù)此原理設(shè)計的家電是〔　　〕 A．電熱水壺

8、 B．電飯鍋 C．電風扇 D．電熨斗 解：圖中 ,當閉合開關(guān)后 ,可以觀察到磁場中的金屬棒在導(dǎo)軌上運動 ,這說明通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用 ,電熱水壺、電飯鍋、電熨斗都是利用了電流的熱效應(yīng)設(shè)計的 ,電風扇是利用了通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用的原理制成的 ,故C正確． 應(yīng)選C． 例3. 〔2019?黃石〕以下設(shè)備中是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受力作用的原理制成的是〔　　〕 A．電飯煲 B．電鈴 C．電動機 D．發(fā)電機 解：A、電飯煲是利用電流的熱效應(yīng)的原理制成的 ,故該選項也不符合題意； B、電鈴是利用電流的磁效應(yīng)的原理制成的

9、 ,故該選項不符合題意； C、電動機即通電能動 ,消耗電能產(chǎn)生機械能 ,故是通電導(dǎo)線在磁場中受力的作用造成的 ,故該選項正確； D、發(fā)電機是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原理制成的 ,故該選項不符合題意． 應(yīng)選C． 例4.〔2019?淮安〕如下圖 ,閉合開關(guān) ,導(dǎo)體ab發(fā)生偏移．此實驗探究的問題是〔　　〕 A．感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件 B．通電直導(dǎo)線周圍的磁場 C．影響電磁鐵磁性的因素 D．磁場對電流的作用 解：由圖可知電路中有電源 ,當開關(guān)閉合后 ,導(dǎo)體ab就成為通電導(dǎo)體 ,處于磁場中 ,會受到磁場的作用 ,故可以驗證磁場對電流的作用． 應(yīng)選：D． 例5. 〔2019?南京〕如下圖是

10、課本中的四個實驗 ,其中說明磁場對電流有力的作用的是〔　　〕 A．甲和丙 B．甲和丁 C．乙和丙 D．乙和丁 解：甲圖當閉合開關(guān)后 ,放在磁場中的導(dǎo)體AB中有電流通過 ,且導(dǎo)體會動起來 ,說明磁場對通電導(dǎo)體有力的作用 ,符合題意 乙圖當導(dǎo)體中有電流通過時 ,放在導(dǎo)體下方的小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn) ,說明通電導(dǎo)線周圍存在磁場 ,不符合題意； 丙圖閉合開關(guān)后 ,原來靜止在磁場中的導(dǎo)體運動起來 ,說明受到了磁場對電流有力的作用．故符合題意； 丁圖該實驗裝置中沒有電源 ,當放在磁場中的導(dǎo)體AB在磁場中做切割磁感線運動時 ,靈敏電流計的指針就會偏轉(zhuǎn) ,即產(chǎn)生了感應(yīng)電流 ,這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象 ,不符合題意； 應(yīng)選A． 2 / 22 / 22 / 2