教科版九年级物理 第八章2.磁场对电流的作用教案

第2节 磁场对电流的作用
素养目标
1.知道磁场对通电直导线有力的作用.
2.知道磁场方向、直导线中的电流方向、直导线的受力方向三者之间的关系.
3.知道磁场对通电线圈有力的作用.
4.理解换向器的作用.
5.知道直流电动机的工作原理.
重点难点
重点:磁场方向、直导线中的电流方向、直导线的受力方向三者之间的关系.换向器的作用.
难点:换向器的作用.
教学过程
新课导入
情景引入1
电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具．它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行．电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力．你知道电动机的工作原理吗？从学生的质疑中导入新课。
情境导入2
这些物体通电后都可以运动，为什么？引入电动机。
复习导入
师：我们一起来回忆一下奥斯特电生磁的实验，哪位同学可以叙述一下奥斯特的实验过程及结果？
生：丹麦物理学家奥斯特在做实验时偶然发现当导线中有电流通过时，它附近的磁针指向发生了偏转，这个意外的现象引起了奥斯特极大的兴趣，他又继续做了许多实验，终于证实了电流的周围存在着磁场.
师：回答得很好.让我们一起回过头来看看奥斯特的实验(用多媒体课件展示奥斯特实验的实验装置及结论). 奥斯特是用一根小磁针放在通电导线的旁边发现了小磁针会受到力的作用，而且电流方向改变后，小磁针的转动方向也改变.那么我们反过来想一下，假如通电导线放在磁场中会不会也受到磁场的作用力呢？
课堂探究
一、磁场对通电导线的作用
1.引导学生猜想磁场对通电导线有没有力的作用,完成填空：
磁体与磁体之间通过　磁场　产生力的作用,又由于　通电导线的周围存在着磁场　,故磁场对通电导线有力的作用.
2.磁场对通电导线有怎样的力的作用呢 指导学生动手做实验,并完成下列各题,按图822组装实验.
①先将金属棒(铜棒或铝棒)放在磁场中;然后闭合开关,给金属棒通电,会发现：　金属棒运动了起来　.
②实验现象说明了：　通电直导线在磁场中会受到力的作用　.这个力是磁场施加给电流的力,金属棒在磁场力的作用下发生运动.
③金属棒在磁场中受到的磁场力的方向和哪些因素有关呢
学生猜想:　磁场方向　和　电流方向　.
④验证猜想的方法：　先保持磁场方向不变,对调电池的正负极,改变电流方向,闭合开关,观察导线的运动方向与原来有无不同;然后保持电流方向不变,把蹄形磁体的极性上下对调,闭合开关,观察导线的运动方向与原来有无不同　.
⑤交流总结,得出结论:通电导体在磁场中受力的方向与　磁场方向　和　导线中电流的方向　有关.
3.从能量角度来看,磁场对电流的作用,表明　电能　可以转化为　机械能　.据此科学家提出了　电动机　的设想,并早已变为了现实.
二、让线圈在磁场中转起来
1.阅读教材并观察图823,填空:
电动机和　发电机　有类似的结构,可以把通电线圈放在磁场中,使之转动,从而将　电能　转化为　机械能　.
2.通电线圈在磁场中是如何运动的 指导学生动手做实验,并完成下列各题:
①如图824所示,让电流通过线圈,观察线圈的转动情况.线圈能持续转动吗
　不能持续转动　.
②结合图825,引导学生分析在下面两种情况下,通直流电后矩形线圈的各边在磁场中的受力方向,及受力后线圈的运动情况,完成填空:
a.线圈平面与磁场方向平行时,ab边和cd边中的电流方向相反,受到力　方向相反但不在同一直线上　,在这两个力的作用下,线圈将　转动　;
b.线圈平面转动90°,到了线圈平面和磁场方向垂直时,ab边和cd边中的电流方向相反,受到力的　方向相反且在同一直线上　,此时两个力是一对平衡力,此位置叫　平衡位置　.由于　惯性　,线圈转过该位置,不过由于受到力的作用将　阻碍　它沿原方向继续转动,线圈将重新返回平衡位置,最终　停下来　.
③通直流电后,线圈在磁场中能够持续转动下去吗
　不能,线圈最后停在平衡位置　.
3.怎样才能使线圈持续转动呢 讨论并阅读教材,填空:
在线圈刚转过　平衡位置　时,立即　改变线圈中的电流方向　,则由于受力方向改变,线圈就可以按原来的方向继续转动.
4.鼓励引导学生动手制作电动机,完成下列各题:
①制作电动机时,为什么要将作为转动轴的漆包线同侧的半边漆皮刮掉
　为了使线圈转过平衡位置时,不受到阻碍它沿原方向继续转动的力　.
②这个装置是如何控制电流方向的
　线圈在转动的过程中,每一圈都有半圈没有电流,使得线圈转过平衡位置后,不受到阻碍它沿原方向继续转动的力,由于惯性转过下半圈,然后线圈继续受到使它按原方向转动的力,从而保证了持续转动　.
5.结合图826,阅读教材,引导学生学习认识换向器,完成下列各题:
①换向器的结构:两个　彼此绝缘　的铜制半环随线圈一起转动、两个　与半环分别接触的电刷　,使电源和线圈组成闭合回路.这两个半圆环叫做　换向器　.
②换向器的工作原理:线圈刚转过平衡位置时,由于　电刷改变了与两个半环的接触　,就改变电流方向,从而使线圈持续转动下去.
6.阅读教材,完成填空:
直流电动机的工作原理:　利用磁场对电流的作用使线圈转动,同时利用换向器及时改变线圈中的电流方向,从而保持线圈持续转动　.
三、电动机与人类文明
1.家庭中的　电风扇　、　洗衣机　、　空调器　;生产中的水泵、　起重机　、机床、　电力机车　等都是由电动机驱动的.
板书设计
第2节　磁场对电流的作用
一、磁场对通电导线的作用
1.通电导线在磁场中受到力的作用.力的方向与电流方向和磁场方向有关.
2.能量转化:电能转化为机械能.
二、让线圈在磁场中转动起来
　通电线圈在磁场中受力转动.
三、电动机
1.换向器:两个铜制半环
作用:每当线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流的方向
2.电动机
结构:线圈、换向器、电刷.
3.直流电动机的工作原理:利用磁场对电流的作用使线圈转动,同时利用换向器及时改变线圈中的电流方向,从而保持线圈持续转动.
当堂检测
1.根据图示装置探究的原理，可以制成下列哪种用电器(　B　)
A.电水壶 B.电风扇 C.台灯 D.电磁起重机
2.在安装直流电动机模型的实验中，小杰同学安装了一台直流电动机模型如图所示。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(　D　)
A.减少一节电池
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
3.如图所示，a表示垂直于纸面的一根通电导线，其中通以电流时将在磁场中受到力的作用。参照甲图情况，乙图中导线a受到向左的作用力的是(　C　)
4.小明同学自己做了一个直流电动机模型，接通电路后，发现电动机不转动。以下原因不可能的是(　B　)
A.电源电压太低
B.电源正、负极接反了
C.开始时，线圈处于平衡位置
D.电刷接触不良
5.如图所示的实验装置，在两根水平且平行的金属轨道上放一根轻质导体ab。
(1)接通电源，这时会看到导体ab向左运动，这表明　通电导体在磁场中会受力的作用　。
(2)若只对调磁体的磁极或只改变导体ab中的电流方向，观察到导体ab均向右运动，这表明　通电导体在磁场中受力的方向与磁场方向和电流方向均有关　。
(3)如果把磁体的两极对调，同时改变通过导体ab中的电流方向，会看到导体ab的运动方向跟原来　相同　(选填“相同”或“相反”)。
6.如图所示，在直流电动机的工作过程中，“换向器”起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的　电流方向　，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。电动机工作时是把电能转化为　机械能　。
教学反思
备课资源
电动机的发明过程
电动机使用了通电导体在磁场中受力的作用的原理（这是不同于电流的磁效应的说法），发现这一原理的是丹麦物理学家—奥斯特，1777年8月14日生于兰格朗岛鲁德乔宾的一个药剂师家庭。1794年考入哥本哈根大学，1799年获博士学位。1801～1803年去德、法等国访问，结识了许多物理学家及化学家。1806年起任哥本哈根大学物理学教授，1815年起任丹麦皇家学会常务秘书。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。
1829年起任哥本哈根工学院院长。1851年3月9日在哥本哈根逝世。他曾对物理学、化学和哲学进行过多方面的研究。由于受康德哲学与谢林的自然哲学的影响，坚信自然力是可以相互转化的，长期探索电与磁之间的联系。1820年4月终于发现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》为题发表了他的发现。这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动，导致了大批实验成果的出现，由此开辟了物理学的新领域——电磁学。
1812年他最先提出了光与电磁之间联系的思想。1822年他对液体和气体的压缩性进行了实验研究。1825年提炼出铝，但纯度不高。在声学研究中，他试图发现声所引起的电现象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位热情洋溢重视科研和实验的教师，他说：“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所有的科学研究都是从实验开始的。”因此受到学生欢迎。他还是卓越的讲演家和自然科学普及工作者，1824年倡议成立丹麦科学促进协会，创建了丹麦第一个物理实验室。1908年丹麦自然科学促进协会建立“奥斯特奖章”，以表彰做出重大贡献的物理学家。1934年以“奥斯特”命名CGS单位制中的磁场强度单位。1937年美国物理教师协会设立“奥斯特奖章”，奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。
1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前，奥斯特已发现如果电路中有电流通过，它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。这是一项重大的突破。只是最初它的实际用途还非常有限，因为当时除了用简陋的电池以外别无其他方法发电。
1873年，比利时人格拉姆发明大功率电动机，电动机从此开始大规模用于工业生产。