苏科版九年级物理 16.3 磁场对电流的作用 电动机 教案

磁场对电流的作用 电动机
教学目标
【知识与技能】
1、了解通电导线在磁场中受到力的作用。
2、了解通电导线在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关。
3、初步认识科学与技术之间的关系。
【过程与方法】
1、经历观察和探究的过程。
2、了解直流电动机的主要结构和工作原理。
【情感态度与价值观】
l、通过了解物理知识转化成为实际技术的过程，进一步提高学习科学技才知识的兴趣。
2、培养初步的创造发明的意识。
学情分析
学生在前面刚学习了电流的磁场，知道电流周围存在磁场，并能够运用右手定则判定螺线管的磁场方向，了解了电磁铁的原理及其应用。再次基础上，通过本节的学习，将进一步深入了解电流和磁场之间的作用关系，并了解电动机的转动原理。
重点难点
教学重点、难点
1、通过观察实验，了解电动机的主要结构和工作原理。
2、了解换向器的作用。
教学过程
【导入】神奇电动玩具
【新课引入】
实物投影：老师带了个神奇电动玩具，一起来看一下。
我们来看看它的主要部件：（出示）电池、磁体、铜导线。
你们想知道它是为什么能够转起来的吗？
电池能够提供电压，并能形成电流；磁体周围存在磁场。那么磁场对电流是不是有作用呢？可以今天我们就来学习磁场对电流的作用和电动机（板书）
【活动】一、研究磁场对通电导体的作用
我们可先从简单的一根通电直导线开始，研究磁场对电流有没有作用呢？
需要那些器材？
学生讨论回答：电源、导线、金属导体、开关、磁体、滑动变阻器。
我们要对这一段导体AB进行研究。请同学们进行探究，注意开始时导体要保持静止，为使实验现象明显，请将滑动变阻器调到比较小的电阻值,请观察闭合开关瞬间时导体的运动情况。看到实验现象后马上要断开开关。请完成学案上的第1、2步骤。
学生活动：磁场对电流的作用
现象：通电导体受力向内运动。
结论：磁场对通电导体有力的作用（板书）。当没有电流时，该力也随之消失。有没有向外运动的？说明受到的力的方向有不同。那么这个力的方向可能与哪些因素有关？
学生猜想：电流方向和磁场方向。
提问：当有多个因素影响时，要采取什么方法研究其中一个因素的关系呢？
学生回答：控制变量法。
如何改变电流方向呢？如何改变磁场方向呢？
下面要求四位同学组成一个小组，讨论如何完成该探究实验，并完成步骤3、4。小组成员要进行分工，并将实验现象记录下来，最终推选一位小组长介绍你们的实验。注意看到现象后，观察开关闭合瞬间的现象，开关应马上立即断开。
学生讨论后实验。（结束后整理器材。）
请3-4个小组的同学进行论述。你们是怎样改变电流会磁场方向的？你们小组的结论是什么？
结论：改变电流方向或改变磁场方向，导体受力方向就随着改变。
【活动】二、通电线圈在磁场中来回摆动
刚才通过实验我们知道了如图所示左边导线受到的力F1是向上的，当右边导线改变电流方向时，受到的力F2是向下的。如果将金属导体将它们连成线圈，并在中部加上轴，此时这两个力在不在同一条直线上？是平衡力吗？（学生：不是）这两个力会使线圈在磁场中会怎样运动呢？线圈是由涂有绝缘漆的漆包线绕成，线圈两端的绝缘漆已被老师刮干净了，出示模型，撕纸。请按照实物图，利用桌上器材完成实验，请同学们通上直流电源。
学生实验。
现象：线圈来回摆动。（播放视频）
线圈能在磁场中转动，但不能持续转动。为什么呢？我们一起来研究一下线圈的受到的磁场力的情况。（分步图画演示：线圈转动。）图中线圈平面转到与磁场方向垂直位置时，受到的力是平衡力吗？为什么？这个位置叫做平衡位置，此时线圈平面与磁感线垂直，线圈受到的磁场力相互平衡。
线圈转到平衡位置后会立即停下吗？为什么？
（学生答：不会。由于惯性线圈会继续转动。）
继续转下去时，导体ab中的电流方向没有变化，因此它受到的力依然向哪个方向？此时，这两个力阻碍线圈的转动。现在你们能够明白线圈不能持续转动的原因了吗？
动画：线圈转动。由于有阻力等因素影响，线圈最后会停在平衡位置。
【活动】三、通电线圈在磁场中连续转动
知道了原因，要使这个线圈经过平衡位置后能够持续转动下去，就需要在这两个力上做文章，请你做小设计师，想办法对这两个力进行处理？请联系刚才所学的知识相互讨论一下。然后告诉我，并说说为什么要这么做？
学生1回答：越过平衡位置后使力消失。
学生2回答：越过平衡位置后使力的方向也随之改变。
我们先看第一种方案：要使力消失，也就是电流要为零，需及时断开开关。但是人工控制很不方便，可以采取怎样的措施，使它转过平衡位置后就没有电流了呢？
请同学们仔细观察线圈两端，已经刮掉了绝缘漆。那我能不能在刮的时候不全部刮干净呢？使线圈转到该位置时断路，没有电流，这样就可以了吗？（演示：撕半张纸。）线圈静止时下面半周和支架是接触的，那刮掉上面半周还是下面半周呢比较合适呢？学生：下面半周。
那到底行不行呢？同学们一起来试试吧。为了节省时间，同学们只需将外侧部分的绝缘漆刮掉半，并将支架向外移至C孔处。
学生实验。
当没有电流时，线圈依靠什么继续转动下去的呢？
学生回答：利用了线圈的惯性。
刚才我们做得只是一个简易直流电动机，但是实际生活中由于有摩擦阻力等因素影响，可能还是没有足够的动力转不起来。这时，就要采用方案二的方法了来提供足够的动力。根据这节课前面所学的知识，那么通过怎样的方法来改变力的方向呢？
学生：可以改变电流方向或磁场方向。
怎样改变电流方向呢？
学生回答：改变电源两极的接线。
但实际操作起来也很不方便。能不能使外部电流方向依旧，而只改变线圈里的电流方向呢？人们就发明了一个转换装置来自动改变线圈中的电流方向，那就是换向器。一起来看看换向器的结构是怎样的。（展示图片）介绍结构：两个半圆铜环各自与线圈相接，并能跟随线圈一起转动，圆环之间是绝缘的；旁边和铜环接触的是两个电刷，连接在电路中。请同学们结合课本第46页下方文字及47页插图，结合前面所学的知识，每组推派一位代表说说直流电动机的工作原理？同学相互之间可以先演练一下。
请小组推派代表介绍直流电动机的工作原理。（强调经过平衡位置时无电流，依靠惯性；越过平衡位置后，外部电流方向依旧，但蓝色导体中的电流方向发生改变，从而力的方向同时改变。）
教师配合动画演示。
能说说换向器的作用吗？
换向器的作用：当线圈刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。
同学们想不想也安装一个带有换向器的直流电动机吗？老师带过来了，我们使它转起来。（连接转动）下节课同学们就有机会进行实际安装了。
另外，改变磁场方向也可以改变力的方向，但靠手动的话也很不方便，有没有简单、科学的办法呢？由于时间关系，请同学们课后去查阅资料，并动手做做看。
刚才电动机在转动时，什么能转化为什么能？
学生回答：电能转化为机械能。（板书）
现在你们知道了开始时的小电动机工作的原理了吗？
学生回答：电动机是利用磁场对电流作用的原理工作的。
【练习】学生动手
【互动学习】
活动一 观察磁场对通电直导体的作用
（1）如图所示组装实验器材．开关断开时，使直导体AB处于静止状态．
（2）将滑动变阻器移到较小阻值，闭合开关，给直导体AB通电，直导体的运动情况是： （以蹄形磁铁为参照，用“向里、向外、向上、向下”表述，下同）．
（3）磁场方向不变，改变直导体中的电流方向，直导体的运动情况是：
（4）电流方向不变(恢复步骤2的电源连接情况)，改变磁场方向，直导体的运动情况是：
分析并得出结论：磁场对电流有 的作用，力的方向与 和 有关．

活动二 观察磁场对通电线圈的作用
观察与思考：用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图所示．闭合开关，观察到的现象是：
通电线圈 （能/不能）在磁场中转动；
通电线圈 （能/不能）在磁场中持续转动下去．

思考：怎样才能使通电线圈在磁场中持续转动？
你的方法是：
方法一：当线圈转过平衡位置后，使F1、F2

方法二：当线圈转过平衡位置后，使F1、F2

试一试使线圈持续转动．
【测试】巩固练习
【巩固训练】
1．在探究通电导体在磁场中的受力方向跟什么因素有关时，小明同学做了如图所示的三个实验．图中AB表示闭合电路的一部分导线，导线上的箭头表示电流的方向，F表示导线受力方向，S、N表示蹄形磁铁的南北极．
（1）通过实验a和b说明，通电导体在磁场中受力方向与________方向有关．
（2）通过实验a和c说明，通电导体在磁场中受力方向与________方向有关．
2. 直流电动机模型的换向器由两个铜制的 组成，并随　 　 　　一起转动，每当线圈刚转过 位置时，就能自动改变线圈中的 　 　　，从而达到使线圈连续转动的目的．
3．下列用电器中，可以将电能转化为机械能的是（ ）
A、电烙铁 B、电灯 C、电熨斗 D、电动机
4. 一台简易电动机如图所示．用硬金属丝做两个支架，分别与电池的两极相连，用漆包线绕成一个矩形线圈，以线圈引线为轴．用小刀刮去轴一端的全部漆皮，再刮去另一端的半周漆皮，并将线圈放在支架上，磁体放在线圈下．接通电源并用手轻推一下线圈，线圈就会不停的转动起来．
(1)电动机是利用 原理制成的．
(2)“刮去另一端的半周漆皮”的目的是_____(选填“改变线圈中电流方向”或“使线圈在转动过程中半周没有电流”)