2021-2022学年度北师版九年级物理下册教案 第14章 第6节 直流电动机

第6节　直流电动机
教学目标
【知识与技能】
1．知道直流电动机的原理和主要构造．
2．知道换向器在直流电动机中的作用．
3．了解直流电动机的优点及其应用．
【过程与方法】
通过交流讨论，总结出直流电动机的工作原理．
【情感、态度与价值观】
培养学生把物理理论应用于实际的能力．
重点难点
【重点】
1．知道直流电动机的原理和主要构造．
2．知道换向器在直流电动机中的作用．
【难点】
直流电动机的工作原理．
教学过程
知识点一　直流电动机的原理
【自主学习】
阅读课本P159－161，完成以下问题：
1．线圈越过平衡位置后，不能继续转动，因为所受到的力的方向与原来相反，所以又会回到平衡位置．
2．电动机中安装有换向器，其作用是改变后半周线圈中电流的方向，从而改变线圈的受力方向．
【合作探究】
演示一　把一段直径约为0.6 mm的漆包线绕成尺寸约为4 cm×2.5 cm的矩形线圈，圈数6匝．在线圈的两端各伸出约2 cm做转动轴．然后，用砂纸除去线圈两个轴上的漆层，使它能够导电．用金属丝做两个支架，固定在木板上．支架间放入一个永磁体，并且让一个磁极朝上．把矩形线圈的轴放到支架上，让线圈的平面处于竖直方向．用导线把两节干电池接到支架上，闭合开关后，会看到线圈开始转动，但是只能转动90°.
线圈为什么会转动？又为什么不会连续地转动下去？
答：线圈开始通电时，上下两个边的漆包线中电流的方向是相反的．因此在同一磁场中，一个边受到向前的磁场力，而另一个边受到向后的磁场力，这两个力不在同一条直线上，于是就使线圈开始转动．转过90°角时，这两个力变成在一条直线上，这个位置叫平衡位置．线圈的惯性使它可以冲过平衡位置，但不能持续转动．
演示二　如图所示，是一个教学用的电动机．先让线圈处于水平位置，然后通电，将看到它能够连续地转动．
为什么这种装置能够使线圈连续转动？换向器和电刷起了什么作用？
答：在电动机中，巧妙地设计了两个半圆形的铜制换向器，它与电刷配合，解决了不能连续转动的问题．其原理如下．
(1)下图是开始通电时的状态，换向器F与电刷A接触，换向器E与电刷B接触．线圈的ab边内电流方向由b向a，受到向上的磁场力，cd边内电流方向由d向c，受到向下的磁场力，于是线圈开始沿顺时针方向转动．
(2)转过90°后到达平衡位置，如下图所示．
(3)线圈的惯性使它冲过平衡位置，于是换向器就改变了所接触的电刷，E与A接触、F与B接触，如下图所示．这时ab边内电流方向由a向b，受力方向变成向下，cd边内电流方向由c向d，受力方向变成向上，于是线圈就继续沿顺时针方向转动180°.
(4)转到下图所示的平衡位置时，又靠惯性冲过去，就回到了开始时的状态．
【教师点拨】
电动机工作原理：通电导体在磁场中受到力的作用使线圈转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，以保持线圈的持续转动．
【跟进训练】
1．(多选)要改变直流电动机转向，可以采用(　AB　)
A．改变电流方向，其他不变
B．改变磁场方向，其他不变
C．增大电流强度
D．同时改变电流方向和磁场方向
2．如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动．现要线圈逆时针转动，下列方法中可行的是(　A　)
A．只改变电流方向
B．只改变电流大小
C．换用磁性更强的磁体
D．对换磁极同时改变电流方向
知识点二　实用的电动机
【自主学习】
阅读课本P161－162，完成以下问题：
1．实际使用的直流电动机由定子和转子两部分组成．
2．转子的线圈有许多组，并且嵌在圆柱形铁芯上．换向器是由许多对铜片组成的．定子由机壳和电磁铁组成，转子安装在定子里．两个电刷是用石墨与铜粉压制而成的．
【合作探究】
演示三　电动机
1．电动机有哪些优点？
答：构造简单、制造方便、体积小、效率高、便于控制、种类繁多，能满足不同的需要．
2．电动机有哪些应用？
答：电风扇、洗衣机等家用电器中的电动机，多数是交流电动机；电动玩具、录音机等小型电器则多数使用直流电动机．
课堂小结
1．直流电动机的工作原理：电动机是根据通电线圈在磁场中受力的作用而发生转动的原理制成的．
2．直流电动机构造：
(1)转子
(2)定子
(3)换向器和电刷
3．电动机种类：电风扇、洗衣机使用交流电动机．电动玩具为直流电动机．
练习设计
完成本课对应训练．
温馨提示：实验视频见课件．