1.4 电动机的设计与制作 学案（无答案）

《简易电动机》学习手册
学习目标
本项目基于真实情景展开，你将像工程师一样，和你的伙伴一起设计并制作一款具有竞争力（研发成本低、能够连续且稳定转动）的电动机。你需要把所学的知识应用于实践，并发挥创造性，设计解决方案，保证任务顺利完成。
科学
知道通电导体在磁场中受到力的作用，且其方向与电流方向和磁场方向有关；
知道换向器在电动机中的用途。
技术
学会选择合适的材料，根据设计方案制作一款符合要求的电动机；
能够将制作的电动机用于实际生活。
工程
理解有效的设计可以降低产品的时间成本和材料成本，从而提高产品的竞争力；
形成“明确问题-讨论方案-制作模型-测试模型-改进设计”的工程思维。
艺术
通过绘；制模型图等方法表现所见所闻、所感所想，激发丰富的想象力和创造力
学习对称与均衡的组合原理，进行简单的设计和装饰。
数学
学会运用控制变量法收集数据、分析数据，进而得出规律；
学会运用统计的方法对成本进行计算。
学习流程
在学习本项目的过程中，需要经历以下过程：
提出问题
本项目的任务是设计、制作一个可以稳定转动的电动机
准备阶段
了解电动机的原理，收集电动机的设计资料，准备材料
设计制作
小组合作，动手设计制作一个可以稳定转动的电动机
展示评价
向同学和老师展示你的电动机，分析你的经验和掌握的技能
拓展提升
优化电动机的设计方案，将其用于日常生活
一、提出问题
（一）导入
1821年英国著名的物理学家法拉第制成了第一个实验电动机的模型，到1889年俄国工程师杜列夫-杜波洛沃尔斯基发明第一台能够实用的三相交流电动机，经过60多年时间的研究与发展，终于使电动机得以在工业生产和日常生活中得以广泛应用。。
从电动机的发展简史中我们可以看到科学要转化为技术，转化为生产力，并不是那么轻而易举、一蹴而就的，需要付出时间、付出人力、物力和财力。难怪有人感慨的说：“现在世界上不缺科学人才，不缺科学思想和科学理论，最缺的就是将科学思想和科学理论转化为技术与生产力的人。”我们缺乏创新型的技术人才。
我们都在课本上见到过电动机的模型图，但和我们生活中见到的电动机不太相同，同学们能否像工程师一样，动手自制一款电动机呢？
（二）明确问题
现在，你就是一个小工程师，你需要和你的团队一起设计并制作一款能够连续稳定转动的电动机。为了完成这个任务，你需要做好以下准备：
掌握电动机的基本原理。
初步认识材料，了解电动机的设计方案。
知道电动机连续转动的关键结构。
根据设计图，选择合适的材料，制作电动机。
（三）评价标准
评价是为了发现存在的问题，以明确努力的方向。
在本项目的学习中，你将从电动机的设计示意图是否准确、清晰，模型是否与设计示意图吻合，研发成本是否合理，电动机转动速度和稳定性是否满足要求等方面评价自己的作品。
另外，你还需要请老师和同学评价你在小组分工合作中的表现。
二、准备阶段
活动1：认识电动机的基本原理
通电导线在磁场中受到力
⑴
如图把导线ＡＢ放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ＡＢ，看到______________________现象。
⑵
把电源的正负极对调后接入电路，使通过导线ＡＢ的电流方向与原来相反，看到_________________现象。
⑶
保持导线AB中的电流方向不变，但把蹄形磁体上下磁极调换一下，使磁场方向与原来相反，看到__________________现象。
结论：通电导线在磁场中受到的作用，力的方向跟的方向、的方向都有关系，当的方向或的方向变得相反时，通电导线受力方向也变得。
讨论探究：如果把一个通有电流的线框放到磁场中，它会怎样运动？
结论：线圈在磁场中_______________________________________；
思考：如何让线圈在磁场中可以持续转动？
结论：线圈转过平衡位置后及时改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向，就可以使线圈持续转动下去。
认识换向器：
(1）A、B是电刷，作用：与半环接触，使电源和线圈组成闭合。
(2）E、F是两个铜制半环，作用：当线圈刚转过平衡位置时，能改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动
活动2：设计简易电动机并绘制设计示意图
通过前面的学习，相信你已经基本了解电动机的基本原理以及换向器在直流电动机中的用途。下面让我们查阅一些电动机的样式，自主设计一款能够连续转动的电动机，在方框中画出设计示意图，并标明电动机的主要组成部分。
三、设计制作
1.明确问题
作为一名小小工程师，你需要和同伴一起合作，设计制作一款能够连续转动的电动机，并通过稳定性测试（重复多次，能够稳定转动）
2.讨论方案
头脑风暴，综合考虑电动机转动过程中的影响因素，优化设计方案。
3.制作模型
根据设计图，利用选择的材料，制作一个电动机，并计算制作成本，
4.测试模型
接通电源，观察电动机能否连续稳定转动，反复进行多次实验。
5.改进设计方案
将你制作的电动机和其他小组的电动机进行比较。它们有哪些相同之处？有哪些不同之处？分析对方电动机模型的设计方案，并提出改进建议，然后根据其他小组的建议改进你的设计。
设计过程：
四、展示评价
（一）制定评价标准
同学们一起来制定展示环节的评价标准，将你觉得重要的评价标准，记录在表格中。
总结性评价（小组互评）
标准
1分
2分
3分
组别
一
二
三
四
五
六
小组得分
（二）展示与交流
向全班同学介绍你的设计、制作的电动机模型。首先，你要讲明你设计的电动机模型有哪些优点。其次，为大家讲解你的设计思路和改进过程。最后，讲一讲你在设计、制作电动机模型过程中遇到了哪些困难，你是如何解决的。在下面的方框中写下你的发言要点。
五、拓展提升
日常生活中，在许多地方可以看到电动机的身影，比较一下你设计的电动机与生活中的电动机有何区别。优化改进你的电动机设计方案，试着将你的电动机改装成一个有实际用途的电子产品。