人教版九年级物理全一册教案：第二十章第4节电动机

第4节 电动机
设计说明 首先要学生列举带电动机的电器，然后演示电动机模型通电后转动，提出问题：给电动机通电，它为什么能够转动，引入新课。通过教材中图20.4-1“通电导线在磁场中受力”这个演示实验，引导学生认真观察实验现象并分析得出：通电导体在磁场中要受到力的作用，且力的方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关系。电动机的工作原理和换向器的作用是难点，可从教材图20.4-4“小小电动机”入手，直到最后设计先演示“线圈不能连续转动”，并分析其原因，寻找解决方法，再演示“让线圈转起来”，引出利用换向器来实现线圈的连续转动。对于电动机的构造和工作原理，可采用挂图的方式，逐条讲解。本节内容由“磁场对通电导线的作用”和“电动机的基本构造”两部分构成。 教学目标 【知识与技能】 1.通过实验，了解通电导体在磁场中会受到力的作用，知道力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。 2.了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。 【过程与方法】 1.探究电动机转动的奥秘，展示奥斯特实验过程，引导学生思考，培养学生的逆向思维能力。 2.通过演示通电导体在磁场中的运动情况，以培养学生观察、分析、总结归纳规律的能力。 3.通过让学生制作线圈并让线圈转动起来，培养学生的探究精神和动手操作能力，同时享受成功的喜悦。 【情感、态度与价值观】 通过本节课的学习，使学生进一步体验观察与实验的重要性，培养学生的探究精神和动手操作能力。 重点难点 教学重点 磁场对通电导线的作用。 教学难点 电动机的构造和工作原理。 教学方法 实验探究法、讲解法、讨论法、分析归纳法、启发诱导、活动体验。 教具、学具 学生用：电源、蹄形磁体、开关、导线、铜棒(导体)、滑动变阻器、线圈、导轨。 教师用：电源、蹄形磁体、开关、导线、铜棒(导体)、滑动变阻器、线圈、导轨、通电线圈在磁场中受力转动的挂图、一段粗漆包线、一段细铁丝(或裸铜线)、一块泡沫海绵。 授课时数 1课时 教学过程 回顾思考 1.奥斯特实验说明通电导体周围存在着____，磁场的方向与____的方向有关。 2.力的作用效果：一是可以____，二是可以____。 3.磁场对放入其中的磁体能够产生____的作用。 4.力是使物体____发生改变的原因，物体的运动状态改变，一定是受到了____的作用。 导入新课 1.多媒体展示机床、电力机车、洗衣机、电扇、冰箱及各种电动玩具。 教师提出问题：电动机转动的原理是什么？ 2.回忆奥斯特电生磁的实验，用多媒体展示奥斯特实验的过程、结果及实验装置图。 教师提出问题：奥斯特实验说明电流对小磁针有力的作用，那么磁体对电流有没有力的作用呢？ 我们知道生产和生活中的许多电器都需要电动机来带动，电动机已经深入到现代社会生产生活的各个角落，下面我们就来研究电动机的工作原理，来获得正确的结论。 讲授新课 一、磁场对通电导线的作用 师：磁场的介绍中，磁体对小磁针有力的作用；奥斯特实验中，电流对小磁针有力的作用。磁体的磁场对通电导线是否有力的作用？ 【演示实验】通电导线在磁场中受到力的作用。 【演示1】把导线ab放在磁场里，接通电源。 教师请学生说出观察到的现象，引导学生讨论并得出结论。 现象：接通电源后导线向右运动了。 解释：导线通电前是静止的，通电后发生了运动，运动状态发生改变，说明受到力的作用。 由学生归纳出实验的结论：通电导体在磁场中受力而运动。 教师提出问题：通电导线在磁场中是不是永远向一个方向运动呢？ 如果不是永远向一个方向运动，那么有哪些方法可以改变它的运动方向呢？ 教师请学生进行猜想，然后利用演示实验验证学生的猜想是否正确。 学生的猜想：可能与电流的方向和磁场的方向有关。 教师根据学生的猜想进行验证，同时要求学生认真观察。 【演示2】只改变刚才实验中电流的方向，再做一次实验，观察导线的运动方向。 现象：导线向左运动。 由学生归纳出实验的结论：电流方向改变，导线运动方向改变，说明受力方向改变。 【演示3】保持刚才实验中电流的方向不变，但把蹄形磁体两极调换一下，使磁场方向与原来相反，观察导线的运动方向。 现象：导线向右运动。 由学生归纳出实验的结论：磁场方向改变，导线运动方向改变，说明受力方向改变。 教师提出问题：如果电流和磁场的方向都变得与原来相反时，通电导线受力方向会怎样？ 学生给出猜想后教师进行演示。 【演示4】同时改变电流方向和磁场方向，再做一次实验，观察导线的运动方向。 现象：导线向右运动。 由学生归纳出实验的结论：同时改变电流方向和磁场方向，导线运动方向不变，说明导线受力方向不变。 实验结论： 1.通电导线在磁场中要受到力的作用。 2.通电导线在磁场中受力的方向跟电流方向、磁场方向都有关系。 当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反。当电流的方向和磁场的方向同时改变时，通电直导线受力的方向不变。 二、电动机的基本构造 1.电动机的基本构造 能够转动的线圈，叫做转子。固定不动的磁体，叫做定子。 电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。 【问题】 如果把一个通电的线框放到磁场中，又会怎样运动？ 【实验演示】 把线框放入磁场中，接通电源，让电流通过，观察线框的运动，并对线框进行受力分析。 现象及解释通电线框在磁场中两边受力，但方向相反，发生顺时针转动当线框的平面与磁场垂直时，通电线框受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线框还会继续转动线框靠惯性越过平衡位置后，磁场力作用的结果使线框逆时针转动通电线框摆动几次后，最终静止在平衡位置
实验结论：通电线框在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动，而是来回扭转。 2.让线圈转动起来 教师提出要求：请同小组的同学们合作，利用你身边的器材，结合教材第134页“想想做做”，制作一个线圈并让该线圈转动起来。比比看哪个小组做得又快又好。 教师提醒学生注意： (1)由于线圈是铜(或铝)线绕制成的，电阻很小，线圈不转动时通过线圈的电流较大，应尽量减少线圈在通电情况下静止的时间。 (2)线圈应靠近磁极，这样线圈处于强磁场中，受到的力大，转动快。 【想想做做】自制小小电动机 一端漆皮全部刮掉，另一端只刮上半周或下半周。 这样，线圈转动越过平衡位置后，停止对线圈供电，由于惯性，线圈继续转动。转动半周后再继续供电，线圈就可以持续转下去了。 【想想议议】 在“小小电动机”的实验中，采用刮去引线漆皮的办法来控制电路的通断，只有半周获得动力。怎样使线圈后半周也有动力持续转动呢？ 如果在线圈转动的后半周，不是停止给线圈供电，而是设法改变后半周的电流方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力地转动下去。 3.如何使线圈持续转动 教师提出问题：那么怎样才能使线圈持续地转动下去呢？ 教师引导学生从线圈不能持续转动的原因入手，得出线圈转过平衡位置后，改变受力方向可使线圈持续转动。讨论得出为使线圈持续转动应采取的措施。 讨论方案会出现两种：一是线圈转到平衡位置时，及时改变磁场的方向；二是线圈转到平衡位置时，及时改变电流的方向。 教师提问：这两种方法哪一个方法更方便些？引导学生思考回答。 教师做出结论：实际上，电动机是利用换向器在线圈转到平衡位置时，自动改变线圈中的电流的方向，使线圈持续转动下去的。 教师引导学生了解换向器构造：换向器由两个铜半环组成，两个铜半环E、F分别与线圈相连，它们之间彼此绝缘，并随线圈一起转动，跟电刷A、B接触并与电源组成闭合电路。 4.教师展示直流电动机挂图 介绍换向器是如何改变电流方向的，即直流电动机的工作过程。 线圈中的电流方向是a→b→c→d，线圈在磁场中受力顺时针转动。 当线圈转动到平衡位置时，电刷与两个半环间绝缘部分接触，线圈中无电流，线圈不受力的作用，但线圈由于惯性越过平衡位置。 线圈越过平衡位置后，电刷与铜半环接触，线圈中电流方向为d→c→b→a，电流方向改变，导线ab、cd的受力方向改变，仍使线圈顺时针转动（无论线圈的哪个边，只要它处于靠近S极的一侧，电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的，线圈就可以不停地转下去）。 线圈又转至平衡位置，当线圈由于惯性越过平衡位置，通过换向器改变了线圈中电流方向，这样线圈就会持续转动下去。 5.电动机的工作原理及能量转化 （1）电动机的工作原理：电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。 教师提问：你能说出电动机工作时能量是如何转化的吗？ 引导学生根据通电而运动，消耗电能得到机械能回答。 （2）电动机工作时的能量转化：电能转化为机械能。 6.扬声器是怎样发声的 学生自主学习教材第136页“科学世界”，了解扬声器的发声原理。 (1)作用：扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置。 (2)构造：由永久磁体、线圈、锥形纸盆构成，如图甲所示。 甲　　　　　　　　　　　　　乙 (3)原理：当线圈中通过如图乙所示的电流时，线圈受到磁体的吸引向左运动；当线圈中通过相反方向的电流时，线圈受到磁体的排斥向右运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的大小和方向不断变化，电流的方向影响纸盆运动的方向；电流的大小影响纸盆振动的幅度，于是扬声器就发出了随电流变化的声音。 课堂小结:师生共同回忆本节课的内容。 当堂达标 1.关于通电导线在磁场中受力方向的说法正确的是（　　） A.只与磁场方向有关 B.只与电流方向有关 C.同时与磁场方向和电流方向有关 D.以上说法都正确 答案：C 2 .如图所示是实验室电流表的内部结构图，处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会带动指针一起偏转。线圈中电流越大，指针偏转角度就越大。关于该现象，下列说法正确的是（　　） A.该电流表是利用电磁感应原理工作的 B.线圈中有电流通过时，把机械能转化为电能 C.改变线圈中的电流方向，指针的偏转方向不会改变 D.线圈中电流越大，其所受磁场力就越大 答案：D 3.在安装直流电动机模型的实验中，小杰同学安装了一台如图所示的直流电动机模型。安装完毕，闭合开关后，线圈沿顺时针方向转动，则能使线圈沿逆时针方向转动的做法是（ ） A.减去一节电池 B.把电源和磁铁的两极同时对调 C.增加一节电池 D.把电源两极对调 答案：D 4.如图是探究“通电导线在磁场中受力”的实验装置。瞬间接通电路，原来静止的导线ab向右运动。要使导线ab向左运动，可行的措施是（ ） A.将磁体的N、S极对调 B.增大电源电压 C.换用磁性更强的磁体 D.将磁体的N、S极对调，同时改变电流的方向 答案：A 5. 白炽灯是一种电流通过灯丝，灯丝发热发光的照明电器，将强磁体靠近通电白炽灯的灯丝，如图所示，可以观察到灯丝________，说明________，由此原理可以制成________。 答案：晃动 通电导体在磁场中受力 电动机 6. 做奥斯特实验时（如图），若将小磁针替换成一根与导线ab部分平行的直导线cd并通电。请根据已学知识推测，通电导线ab与cd之间________（选填“有”或“没有”）相互作用力，依据是________。 答案：有 磁场对电流有力的作用 7.同学们在制作电动机模型时，把一段粗漆包线绕成约3 cm×2 cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3 cm。然后，用小刀刮去两端引线的漆皮。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁，如图所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会不停地转下去。 （1）在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，刮线的要求是______（选填字母）。 A.两端全刮掉　 B.一端全部刮掉，另一端只刮半周 （2）线圈在转动过程中________能转化为 ________能。 （3）小华组装好实验装置，接通电源后，发现线圈不能转动，写出一个可能造成该现象的原因： _________________________________________________ 。 答案：（1）B （2）电 机械 （3）电源电压太低（磁场太弱、线圈处于平衡位置等） 板书设计 第4节　电动机