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

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1、教育資源 滬科版《17.3科學(xué)探究：電動機(jī)為什么會轉(zhuǎn)動》教學(xué)設(shè)計 一.基本要求： 6 .通過實(shí)驗(yàn)探究，體驗(yàn)科學(xué)研究的基本方法，知道電動機(jī)轉(zhuǎn)動原理。 7 .學(xué)會安裝和制作簡單的電動機(jī)。 重點(diǎn)內(nèi)容：知道電動機(jī)轉(zhuǎn)動原理。 難點(diǎn)內(nèi)容：右手螺旋定則和電動機(jī)是如何轉(zhuǎn)動的。 教學(xué)過程： （一）磁場對通電線圈的作用 如圖所示，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(dāng)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。 通過這個實(shí)

2、驗(yàn)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(jī) 電動機(jī)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(jī)械能。下面我們來研究電動機(jī)是如何利用上述現(xiàn)象制成的，當(dāng)然，我們先討論最簡單的一種電動機(jī)一直流電動機(jī)。 很多同學(xué)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(shí)際的電動機(jī)要連續(xù)轉(zhuǎn)動。怎樣解決這個問題呢？ 在前面的實(shí)驗(yàn)中，我們知道：當(dāng)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?yàn)榫€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位置，所以它要擺動幾下，最后

3、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，我們就要想辦法在線圈剛剛轉(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?yàn)檫@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(shí)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(shí)際的直流電動機(jī)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續(xù)轉(zhuǎn)動，就要每當(dāng)線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置，就改變一次電

4、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(dāng)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(dāng)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)中間的絕緣部分，所以線圈中沒有電流流過，此時線圈在

5、磁場中也不受力的作用。 如丙圖所示：當(dāng)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dfc-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(dāng)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)中間的絕緣部分，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(dāng)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(jī)就能連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動下去了。 通過上面的直流電動機(jī)模型我們可以發(fā)現(xiàn)直流電動機(jī)的構(gòu)造主要有：磁極、線圈、換向器、電刷。 要求同學(xué)們會組裝直流電動機(jī)模型 安裝直

6、流電動機(jī)模型時要注意：①直流電動機(jī)模型的安裝順序是從內(nèi)到外，從下到上的。支架f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(yùn)轉(zhuǎn)是否處于良好狀態(tài)，否則應(yīng)加以調(diào)試。 直流電動機(jī)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)?，F(xiàn)在要使電動機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速越快。 跟熱機(jī)相比，電動機(jī)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(diǎn)。 教育

7、資源 二【典型例題】 例1.要改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，可行方法：（） A.適當(dāng)減少電流強(qiáng)度 B.適當(dāng)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(qiáng)弱、磁場強(qiáng)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。 據(jù)此原理設(shè)計的家電是 （ ） 例2（2019?鎮(zhèn)江）如圖是通電金屬棒在磁場中運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)場景， A.電熱水壺B.電飯鍋C.電風(fēng)扇D.電熨斗 解：圖中，當(dāng)閉合開關(guān)后，可以觀察到磁場中的金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動，這說明通電導(dǎo)體在磁場中

8、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(fēng)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. 故選C. 例3.（2019?黃石）下列設(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(jī)D.發(fā)電機(jī) 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，故該選項不符合題意； C、電動機(jī)即通電能動，消耗電能產(chǎn)生機(jī)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(jī)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. 故選C. 例4.（2

9、019?淮安）如圖所示，閉合開關(guān)，導(dǎo)體ab發(fā)生偏移.此實(shí)驗(yàn)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(dāng)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(yàn)證磁場對電流的作用. 故選：D. 例5.（2019?南京）如圖所示是課本中的四個實(shí)驗(yàn)，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(dāng)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(dāng)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(yùn)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(shí)驗(yàn)裝置中沒有電源，當(dāng)放在磁場中的導(dǎo)體AB在磁場中做切割磁感線運(yùn)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； 故選A.