17.3科学探究：电动机为什么会转动 课件(共41张PPT) 2022-2023学年沪科版物理九年级

(共41张PPT)
第十七章 从指南针到磁悬浮列车
第三节 科学探究：电动机为什么会转动
复习巩固一
一 复习巩固
思考下列问题：
（1）奥斯特实验中，导线通电后使磁针偏转，断电后磁针
回到原位置，说明了什么问题？
（2）奥斯特实验中，改变电流方向，磁针偏转方向改变,说
明了什么问题？
（1）导线通电后使磁针偏转，断电后磁针回到原位置，
说明通电导线周围存在磁场。
（2）改变电流方向，磁针偏转方向改变，说明磁场方向
跟电流方向有关。
复习巩固二
1、通电螺线管的外部磁场和条形磁体磁场相似。
2、通电螺线管的极性与管中电流的方向有关。
叙述螺线管的外部磁场的特点和方向。
安培定则：
用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方
向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。
复习巩固三
叙述安培定则的内容。
一 情景导入
讨论：
下列用电器，通电后有什么共同的特点？
思考：
电流通过电动机，电动机为什么会转动？
◎认识电动机的构造，了解电动机在日常生活中的应用；
◎知道通电导体在磁场中受到了的作用，知道其受力方向
与电流方向、磁场方向有关；
学习目标
二 新课教学
◎知道电动机转动的原理，知道换向器的作用，知道电动
机工作时的能量转化。
重点
磁场对电流的作用，
电动机的工作原理；
难点
通电导体在磁场中受力的条件，
电动机持续转动的原因。
重点难点
一、观察并研究电动机的结构
1、电动机在生产、生活中的应用
吊车
车床
刨床
水泵
（1）在生产中的应用
例如，车床、刨床、水泵、吊车都由电动机带动。
榨汁机
剃须刀
录音机
电动小狗
（2）在生活中的应用
例如，电动剃须刀、录音机、榨汁机、电动玩具都由电动机带动。
2、电动机的基本构造
观察实验室电动机模型由哪些基本的部件组成。
实验室电动机模型
归纳：
实验室电动机模型由电磁铁、线圈两部分组成。
线圈称为转子、电磁铁称为定子。
磁体
线圈
2、电动机的基本构造
基本构造：
电动机由定子（电磁铁）和转子（线圈）组成。
电动机
装有电磁铁的定子
嵌有线圈的定子
想一想
即：通电导体对磁体有力的作用，反过来，磁体对通电导体有无力的作用呢？
制作人：段刚
磁体周围存在磁场，磁体在磁场中会受到磁场力的作用
通电的导线能产生磁场，使磁针或磁体偏转（运动）
逆向思维——磁体能否使通电的导线运动呢？
说明磁针或磁体在通电导线的磁场中会受到磁力的作用
二、磁场对通电导体的作用
1、实验探究：磁场对通电导体的作用
（1）提出问题
通电导体在磁场中是否受力的作用？
如果受力的作用，力的方向与什么因素有关？
（2）猜想假设
结合奥斯特实验的发现——电流周围存在着磁场,并
通过磁场对磁体发生作用，即电流对磁体有力的作用
进行猜想。
猜想：
通电导体的转动可能与 和 有关；
磁场可能会对通电线圈产生 而使线圈转动。
磁场
电流
力
（3）设计实验与制订计划
思考：
（1）如何证明通电导体在磁场中受到力的作用？
（2）探究通电导体在磁场中的的受力方向采用的研究方法？
（3）如何改变通电导体的电流方向？
（4）如何改变磁场的方向？
讨论：
（1）若通电导体在磁场中运动，证明受到力的作用；
（2）采用控制变量法研究通电导体在磁场中的的受力方向；
（3）对调电源的正负极接线柱改变电流的方向；
（4）对调磁极的位置来改变磁场的方向。
1、闭合开关观察，原来静止在磁场中的导体运动情况。
2、磁场方向不变，改变电流方向，观察磁场中导体运动方向。
3、电流方向不变，改变磁场方向，观察磁场中导体运动方向。
制作人：段刚
二、探究磁场对通电直导线的作用
1.磁场方向不变
2.电流方向改变
3.导体运动方向
发生了改变
1.闭合开关
2.通电导体
发生运动
1.电流方向不变
2.磁场方向改变
3.导体运动方向
发生了改变
N
I
F
甲
S
I
乙
F
N
S
I
F
丙
N
S
实验现象
S
I
F
丁
S
N
1.磁场方向改变
2.电流方向改变
3.导体运动方向
不变
结论：
通电导体在磁场中受到力的作用。
思考：
通电导体在磁场中所受力的方向与哪些因素有关呢？
作用力的方向跟电流方向和磁场方向有关。
磁场方向、电流方向、受力方向三者的关系可用左手定则来判定：
内容：
伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，使四个手指所指方向为电流方向。那么大拇指所指的方向就是通电导体受力方向。
2、通电导体在磁场中受力的特点
讨论：
当通电导体在磁场中受到力的作用时，通电导体的
受力方向与电流的方向和磁场方向的关系。
归纳：
当通电导体在磁场中受到力的作用时，通电导体的
受力方向与电流的方向垂直，也与磁场的方向垂直。
N
N
I
F
甲
S
I
乙
F
N
S
I
F
丙
N
S
思考：
任何情况下通电导体在磁场中都受到力的作用吗？
通电导线在磁场中受力运动
N
S
通电线圈在磁场中受力转动
如果把导线改为线圈情况又如何呢？
实验分析
N
I
F
F
S
通电线圈在磁场中会发生逆时针转动
N
F
F
S
当线圈的平面与磁场垂直时，通电线圈受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动
N
S
F
F
线圈靠惯性越过平衡位置的后，磁场力作用的结果使线圈顺时针旋转
N
F
F
S
通电线圈最后静止在平衡位置
三、电动机的结构及工作原理
1、电动机的构造
观察直流电动机，了解直流电动机的构造。
直流电动机的构造:磁体、线圈、换向器、电刷、轴、轴承。
换向器
线圈的简化：
一组线圈
一个线圈
一段导体
线圈组
2、电动机的原理
思考：
通电线圈在磁场中受力情况是怎样的？
电动机的原理：通电线圈在磁场中受力发生转动。
结论：
通电导体在磁场中受到力的作用而运动，通电线圈相当 于几段导体，在磁场中也受到力的作用发生转动。
3、电动机的工作原理
观看图片，了解直流电动机的工作原理。
工作原理：
（1）线圈处于此位置时，半环2跟电刷4接触，半环1跟电刷3接触，通电后线圈中电流从半环2流向半环1，线圈的AB 边受到一个向上力，CD边受到一个向下的力，线圈顺时针方向转动。
2
1
3
4
a
（2）线圈处于此位置时，两电刷跟
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。但线圈由于惯性会继续转
动，从而越过平衡位置。
（3）线圈处于此位置时，半环1变
为跟电刷4接触，半环2变为跟
电刷3接触。由于换向器的作用，
线圈中电流变为从半环1流半
环2。线圈仍然沿顺时针方转
动。
b
2
1
4
3
C
（4）线圈处于此位置时，两电刷跟
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
位置后，线圈中的电流方向又
从半环2流向半环1。
平衡位置：
如图b、图d所示，线圈平面与磁感线垂直的位置被称为平衡位置，此时线圈中无电流，线圈不受磁场力的作用。
d
直流电动机
电动机是把电能转化为机械能的动力机器
使用直流电的电动机叫做直流电动机
磁场对电流的作用（或通电线圈在磁场中受力转动）是电动机的基本原理
小知识
方向不变的电流叫做直流电，如干电池、蓄电池提供的电流都是直流电。
直流电动机的转速可由电流大小来控制；转动方向可由电流方向和磁极的位置来控制。
【方法归纳】直流电动机不转的四类原因及解决措施
原因种类 具体故障 处理方法
电路原因 电刷与半环接触不良 将半环、电刷表面氧化层刮去,使二者接触良好
电流太小 增大电源电压
线圈内部开路 更换线圈
半环变形,电刷同时接触同一个半环,使线圈被短路 调好半环位置
原因种类 具体故障 处理方法
磁场原因 磁体的磁性弱 换强磁体
机械原因 线圈被卡住,电刷与半环接触太紧或线圈转轴受到的摩擦力太大 调节松紧,减少摩擦
位置原因 线圈刚好处在平衡位置 用手转动线圈使其转过平衡位置
4、换向器的构造和作用
思考：
当线圈转过平衡位置时，为什么能自动改变线圈中的电流方向？
能够完成这一任务的装置叫做换向器
4、换向器的构造和作用
观察换向器的构造，了解换向器的作用。
铜半环
电刷
（1）构造：在通电线圈两端连
着铜半环E、F，它们之间
有一窄缝，彼此绝缘。这
两个互相绝缘的半环称为
换向器。
（2）作用：每转过平衡位置时，
换向器能自动改变线圈中的
电流方向，从而改变线圈的
受力方向，使线圈连续转动。
5、电动机工作时的能量转化
思考：
电动机工作时，从能量转换角度来讲，电动机消耗什么能，得到什么能？
能量转换：
电动机工作时，消耗电能，得到机械能，将电能转化为机械能。
6、电动机的优点和缺点
优点：
1、起动和调速性能好，调速范围广平滑，过载能力较强，受电磁干扰影响小；
2、直流电机具有良好的启动特性和调速特性；
3、直流电机的转矩比较大；
4、维修比较便宜；
5、直流电机的直流相对于交流比较节能环保。
缺点：
1、制造比较贵，有碳刷；
2、结构复杂，使用维护不方便，而且要用直流电源；
3、电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使电
动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大；
4、换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。
课堂小结
1、电动机在生产、生活中的应用：
车床、刨床、水泵、电动剃须刀、录音机
2、基本构造：
电动机由定子（电磁铁）和转子（线圈）组成。
一、观察并研究电动机的结构
二、磁场对通电导体的作用
1、实验探究：磁场对通电导体的作用
（1）通电导体在磁场中受到力的做用，受力方向跟电流的
方向、磁场方向有关；
（2）当电流方向或磁场方向改变时，通过导体受力的方向
也随之改变；
（3）当电流方向和磁场方向同时改变时，通电导体受力的
方向不改变。
2、通电导体在磁场中受力的特点
特点：
当通电导体在磁场中受到力的作用时，通电导体的受力方向与电流的方向垂直，也与磁场的方向垂直。
三、电动机的结构及工作原理
1、直流电动机的构造:
磁体、线圈、换向器、电刷、轴、轴承
2、电动机的原理：
通电线圈在磁场中受力发生转动
3、换向器的构造和作用
（1）构造：在通电线圈两端连着铜半环E、F，它们之间有一
窄缝，彼此绝缘。这两个互相绝缘的半环称为换向器。
（2）作用：每转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中的
电流方向，从而改变线圈的受力方向，使线圈连续转动。
4、电动机工作时的能量转换：
将电能转化为机械能。
1．磁场对电流作用力的方向与＿＿＿＿方向和＿＿＿＿方向有关。
电流
磁场
2．电动机的工作原理是＿＿＿＿＿＿＿＿＿，电动机在工作过程中＿＿＿能转化为＿＿＿＿能。
磁场对电流的作用
电
机械
3．最简单的直流电动机的换向器是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，它的作用是改变通过＿＿＿＿的电流方向，以便电动机能够连续转动。
两个彼此绝缘的金属半环
线圈
4．一台直流电动机，它的额定电压220伏，电功率27千瓦，正常工作时电流是多大？工作半小时消耗电能多少千瓦时？
解：
＝45A
W＝Pt
＝27千瓦×0.5时
＝13.5千瓦时
练习
制作人：段刚
5、要使直流电动机的线圈持续转动，必须设法使线圈转到________位置，就自动地改变线圈中的 __ ,能够完成这一任务的装置叫做___________.
平衡
换向器
6、要改变直流电动机的转动方向，以下说法中错误的是（ ）
A、改变线圈中电流方向
B、改变磁感线方向
C、同时改变线圈中的电流方向和磁感线方向
D、改变线圈中的电流方向或磁感线方向
C
电流方向
7、直流电动机中的换向器起了什么作用？
8、要使直流电动机转速加快，可采取什么措施？
改变线圈中的电流方向，以让线圈持续转动。
可以加大电流或增加磁场强度。