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第六章 电 能
华师大版九年级上册
第1节 电能的转化（2）
－－－ 安培力、电动机
教学目标
科学观念：了解直流电动机的工作原理；知道矩形通电线圈在
磁场中的转动情况；知道换向器的作用及工作原理；
科学思维：在与小组成员合作完成实验中、在班级讨论交流中，
培养学生的交流与合作的意识和能力；
探究实践：在引领学生认知的过程中，培养学生的实验设计能
力、动手能力、观察能力、分析推理能力和表达信息的能力。
态度责任：在探究过程中，进一步强化积极动手、认真观察、
动脑思考的探究习惯。
新知导入
复习：
1、发电机的工作原理是什么？能量转化情况如何？
2、什么是安培力？安培力方向、大小与分别什么因素有关？
电磁感应
机械能→电能
安培力：通电导体在磁场中受到的力。
安培力方向与磁场方向、电流方向等因素有关，安培力大小与磁场强弱、电流大小等因素有关。
3、说一说，如何判断安培力方向与磁场方向、电流方向之间的关系？
左手定则：
伸开左手，使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。
活动
用左手定则试一试：
1）如图将导体AB放入磁场中，闭合开关，导体AB中电流方向如何？将如何运动？
2）将一个通电的矩形线圈abcd放入磁场中，线圈的ab、cd边将怎样转动？
导体中电流由A流向B，导体AB将向左运动。
ab边的电流方向为由a向b，根据左手定则，ab边竖直向上运动，而cd边的电流方向为c流向d，cd这竖直向下运动，导致线圈abcda顺时针转动到竖直位置。此后，线圈上下两边受到平衡力作用，但由于惯性，线圈会摆动几下，最后竖直位置静止。
实验：
观察通电线圈在磁场中的转动
1）图6.1.5中有一个小型线圈，它能放在蹄形磁铁两极间的磁场中，若给线圈通以电流，观察将有什么现象发生。
线圈转过约90°角度后，摆几下，最后在竖直位置停下。
（点击图片播放）
实验
观察通电线圈在磁场中的转动
2）若改变通入线圈的电流方向，则又如何？
线圈沿原来的方向继续转动下去。
（点击图片播放）
实验
观察通电线圈在磁场中的转动
3）观察直流电动机模型（图6.1.6）。通电后，电枢线圈向什么方向转动？若改变通入电枢线圈的电流方向，其转向有什么不同？
改变电流方向，线圈的转动方向不变。
（点击图片播放）
讨论交流
说一说：若要使图甲中线圈abcd顺利转到图乙位置，应该如何做？
根据左手定则可知，图甲中线圈会按顺时针方向
转至竖直位置，然后摆动几下而静止在竖直位置；但
由于线圈有惯性而摆动，当线圈cd边由最下方摆动偏
向左侧时，若此时cd边的电流方向是d流向c时，cd的
受力方向与原来水平位置时相反，即向竖直向上方向
运动，ab也同理，这样线圈就能达到乙图位置。
换向器、电刷
新知讲解
一、直流电动机
1、直流电动机：
用直流电供电的电动机。
2、直流电动机的原理：
通电线圈在磁场里受力而转动。
3、能量转换：
电能→机械能
4、直流电动机的构造：
构造
定子
转子
换向器：
磁体
线圈
两个铜半环
电刷
衔接换向器
新知讲解
二、直流电动机工作过程
1、平衡位置：
通电线圈的平面与磁感线垂直时，线圈受到磁场力为一对平衡力，此时线圈的位置为平衡位置。
受力位置 平衡位置
新知讲解
2、换向器的作用
如图，给图甲中的通电时，线圈顺时针方向偏转，当线圈转到平衡位置时，线圈依靠惯性会继续偏转过一个角度。
此时，如果马上改变线圈中的电流方向，则线圈会保持转动。
若每当线圈恰好转过平衡位置时，就立即改变线圈中的电流方向，线圈就会持续不断地转动下去。
这时就需要一个特殊的装置：换向器。
换向器的作用：当线圈刚偏过平衡位置时，立即改变线圈中的电流方向，使线圈持续转动下去。
（甲） （乙） （丙）
新知讲解
（甲） （乙） （丙）
3、电刷的作用
如图，电路中通电线圈在磁场中持续转动，则会出现导线缠绕的问题。为了解决这个问题，我们需要一个特殊装置，使导线与线圈间灵活连接，这个装置就是电刷。
电刷的作用：可以使导线中能及时通、断电，又避免导线缠绕在一起。
新知讲解
4、换向器、电刷与线圈间的合理连接：
换向器由固定在电枢线圈转轴上的两个彼此绝缘的半圆金属环所组成，这两个半圆金属环分别与电枢线圈的两端相连接，电流通过与换向器接触的两个电刷流入电枢线圈。
如图中，电流方向：B→E→a→b→c→
d→F→A,线圈顺时针方向偏转，转过90°到达平衡位置时，A、B正对E、F的空隙处，线圈没电。线圈偏转过平衡位置时，B与F接触，A与E接触，电流方向变为：B→F→d→c→b
→a→E→A,线圈中电流改变了，线圈持续转动下去，导线也不会缠绕。
E、F为换向器的两个半环；A、B为电刷。
新知讲解
5、直流电动机工作过程简介：
（a）
（a）电流从线圈a端流入，
线圈沿顺时针方向转动。
（b）
（b）线圈转到平衡位置，无电流
流入线圈，但由于惯性继续转动。
新知讲解
（c）电流从线圈d端流入，
线圈沿顺时针方向转动。
（c）
（d）线圈又转动平衡位置，无电
流流入线圈，但由于惯性继续转动。
（d）
直流电动机工作示意图：
新知讲解
6、直流电动机的应用：
1）直流电动机的优点：
与内燃机等相比，直流电动机具有以下优点：①结构简单， 启动快，倒转、变速方便的特点：②高效率、低噪声、无尾气排放。
2）直流电动机的应用：
直流电动机是把电能转化为机械能的装置，广泛应用于交通运输工具，如作为电气列车、地铁 等轻轨列车以及无轨电车、电动汽车、电动自行车等车辆的动力设备。
讨论交流
1、若把直流电动机模型上的两个接线柱用导线连接在灵 敏电流计上组成闭合电路（图 6.1.11），则 ：
（1）用手指转动电动机的电枢线圈时，猜想会有什么现象产生。
（2）这时的电动机已转换成什么角色？从能的转化观点来看，它实现着怎样的能量转化过程？
（3）若使电枢线圈向一个方向连续转 动，灵敏电流计指
针的偏转方向将发生怎样的变化？
灵敏电流计的指针会发生偏转。
变成发电机，机械能转化为电能。
灵敏电流计的指针方向与原来相反。
讨论交流
2、图6.1.12所示的是自行车上的“摩电灯”，依靠自行车车轮的转动带动“摩电灯”上端的转轮转动，就能使车头上的照明灯发光。
你能猜想出“摩电灯”内部的结构吗？
它是一个电动机还是一个发电机？
主要部件为磁铁和线圈。
发电机。
电动机与发电相主要部件相同，都为磁铁和线圈。
新知讲解
直流电动机 交流发电机
构 造 相同 主要部件都是磁体和线圈
不 同 需要换向器（两个铜半环）通过电刷连接电路，外电路上有电源。
用两个铜环和电刷连接电路，外电路上无电源。
原 理 相同 均受磁场方向影响
不同 磁场对通电导体（线圈）的作用 电磁感应现象
能量转化 电能转化为机械能 机械能转化为电能
7、电动机与发电机比较：
课外活动：
课外活动指导（教材第117页活动）：
组装直流电动机模型
1、参照图6.1.6，先安装转子，把转子两端套在两个支架的插孔中，把支架用螺丝固定在底座上。
2、然后安装两个电刷，用螺丝把它们固定在底座上时，要使它们与换向器有良好接触，但不要压得太紧，以免造成转子转动不灵活，同时把连接导线的接线柱装好。
3、最后安装定子，用螺丝把它固定在底座上时，
要注意用手把转子转动一下，看看电枢线圈与定
子间的相对位置是否恰当。
组装
4、检查一下电动机模型整体安装是否符合要求，是否有部件遗漏，螺丝是否都拧紧了，然后调节转子位置，使两个电刷恰好分别与换向器的两个半圆金属环相接触。
5、按电路图（图6.1.9），把直流电动机模型、滑动变阻器、开关和电源用导线连接起来。闭合开关，用手帮助转动一下转子，观察转子是否会连续转动。
若不转动，立即断开开关，检查电路连接情况以及电刷与换向器的接触是否良好，再进行试验。
实验
6、如果改变流入电枢线圈的电流方向，重复试验，观察转子的转向有什么不同。
7、如果把定子上方磁铁的磁极位置对调，重复试验，观察转子的转向会有什么不同。
8、在电动机模型转动的情况下，如果适当改变滑动变阻器滑片的位置，观察电动机的转速有什么变化。这一变化说明了什么？
方向与原来相反
方向与原来相反
改变滑片位置，若电流增大，则转速加快，若电流减小，则转速减慢。
说明电动机转速快慢可由电流大小控制。
课堂练习
1、关于直流电动机，下列说法正确的是（ ）
A．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
B．电动机工作过程中，线圈中也产生感应电流
C．改变电流大小可以改变线圈转动的方向
D．同时改变电流方向和磁场方向可以改变线圈转动方向
B
课堂练习
2、 如图所示的四个装置可以用来研究有关物理现象或说明有关原理，下列表述正确的是（ ）
A. 可用来研究电磁感应现象
B. 可用来说明电动机原理
C. 可用来说明发电机原理
D. 可用来研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系
D
课堂练习
3、如图为实验室常用电流表的内部结构图。多匝金属线圈悬置在磁体的两极间，线圈与一根指针相连。当线圈中有电流通过时，它受力转动带动指针偏转，便可显示出电流的大小。下列与此工作原理相同的电器设备是（ ）
A. 电烙铁 B. 电铃
C. 发电机 D. 电动机
D
课堂练习
4、如图所示，通电导线放置在磁场中，不能受到磁场作用力的是（ ）
B
课堂练习
5、如图所示为“装配直流电动机模型”实验的电路图。实验时，闭合开关S线圈转动，再将滑动变阻器滑片P向右移动，电动机转速将变________；若开关S闭合后线圈不转，则他应该检查：
① ；
② 。
慢
线圈中是否有断路；
电刷与换向器的摩擦是否太大及轴与轴架的摩擦是否太大等
课堂练习
6、小强同学将一个电风扇与小灯泡按如图的电路连接并进行实验，用手快速拨动风扇叶片，这时发现小灯泡发光，电风扇居然变成了“发电机”。关于该实验，下列说法正确的是（ ）
A．电风扇发电的原理是通电导线在磁场中受到力的作用
B．电风扇发电的原理是电磁感应
C．电风扇发电过程是把电能转化为机械能
D．小灯泡发光是把光能转化为电能
B
课堂练习
7、冬冬学习了磁的相关知识，回到家里，他取下台灯灯罩，把一个 U 形磁铁放到正在发光的白炽灯泡外面（如图所示），他惊讶地发现了灯丝在晃动；移去磁铁后，灯丝不再晃动，由此冬冬猜想到：灯丝的晃动可能是因为灯丝是铁磁性物质，所以被磁铁吸引所致。
你认为冬冬的观点是否正确 ？
请说明理由 。
不正确
发光的灯泡中有电流通过，电流处于磁场中，要受到力的作用，会引起灯丝的运动；家庭中用电器通过的是交流电，也就是电流的方向发生周期性的改变，所以灯丝受到的力的方向再改变，于是会引起灯丝在晃动。
课堂总结
直流电动机：
1、制作原理：利用通电线圈在磁场里转动的原理；
2、能量转换：电能转化为机械能；
3、换向器：自动改变线圈内的电流方向，使线圈持续转动。
4、构造：磁体（定子）、线圈（转子）、换向器、电刷
板书设计
直流电动机：
1、制作原理：利用通电线圈在磁场里转动的原理；
2、能量转换：电能转化为机械能；
3、换向器：自动改变线圈内的电流方向，使线圈持续转动。
4、构造：磁体（定子）、线圈（转子）、换向器、电刷
作业布置
1、复习本课时主要内容；
2、完成作业本中相应练习；
3、完成学案中“课后巩固”；
4、复习“电解水的相关内容，”预习“电流的热效应、化学效应”相应内容。
谢谢
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