沪科版九年级物理《17.3 科学探究：电动机为什么会转动》教学设计

沪科版《17.3 科学探究：电动机为什么会转动》教学设计
一. 基本要求：
6. 通过实验探究，体验科学研究的基本方法，知道电动机转动原理。
7. 学会安装和制作简单的电动机。
重点内容：知道电动机转动原理。
难点内容：右手螺旋定则和电动机是如何转动的。
教学过程:
(一) 磁场对通电线圈的作用
如图所示，在图甲中，通电线圈的ab边和c ( http: / / www.21cnjy.com )d边在磁场里受到力的作用，因两边中电流方向相反，所以两力方向相反且不在同一条直线上，所以线圈就转动起来。当转到图乙所示位置时，这两个力恰好在同一直线上，而且大小相等，方向相反，线圈保持平衡。我们把这个位置叫做平衡位置。通过这个实验我们发现，通电的线圈在磁场中要受力而转动。
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(二). 直流电动机
电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的 ( http: / / www.21cnjy.com )现象制成的，它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。
很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动（转到平衡位置要停下来），而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢？
在前面的实验中，我们知道：当线圈转到平衡位 ( http: / / www.21cnjy.com )置时，不是立即停下来，而是在平衡位置附近摆动几下才停下来。这是因为线圈转到平衡位置时具有一定速度，由于惯性它会继续向前转动，但由于这时受到的磁场力又会使它返回平衡位置，所以它要摆动几下，最后在摩擦的作用下逐渐停下来。
要想让线圈在磁场中不断的转 ( http: / / www.21cnjy.com )动下去，我们就要想办法在线圈刚刚转过平衡位置时，就改变线圈中两条边的受力方向。好在有线圈的惯性存在。要是在线圈正好在平衡位置就改变线圈的受力方向还不行呢，因为这时候两个力又是一对平衡力，所以整个线圈仍然不能转动下去。
如何实现这一想法呢？
我们知道影响通电导体受力方向的两个因素 ( http: / / www.21cnjy.com )，从而得出：应该在线圈刚刚转过平衡位置时改变电流方向，或者改变磁感线方向。而要改变磁感线方向就是要及时交换磁极，显然这不容易做到；实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。
所以，使磁场中的通电线圈连续转动，就要每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向。
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怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢？
用两个半圆铝（铜）环和电刷就构成了换向器，靠换向器就可以解决这个问题。上图就是换向器。两个金属半环分别接线圈的两端，两个电刷接电源的两端。
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。
如甲图所示：电刷B和半环E接触，电 ( http: / / www.21cnjy.com )刷A和半环F接触，此时线圈中电流方向是a→b→c→d，受力方向是ab边受力向上，cd边受力向下，线圈的转动方向是顺时针。
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如图乙所示：当线圈转到平衡位置时，此时电刷正好接触了两个金属半环中间的绝缘部分，所以线圈中没有电流流过，此时线圈在磁场中也不受力的作用。
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如丙图所示：当线圈由于惯性刚刚转过 ( http: / / www.21cnjy.com )平衡位置时，电刷B和半环F接触，电刷A和半环E接触，此时线圈中电流方向是d→c→b→a，受力方向是ab边受力向下，cd边受力向上，转动方向是顺时针。
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如图丁所示：当线圈转到平衡位置时，此时电刷正 ( http: / / www.21cnjy.com )好接触了两个金属半环中间的绝缘部分，所以线圈中没有电流流过，此时线圈在磁场中也不受力的作用。由于线圈的惯性，当其刚转过平衡位置时，就又返回到了如图甲所示的情况了，这样这个直流电动机就能连续不断的转动下去了。
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通过上面的直流电动机模型我们可以发现直流电动机的构造主要有：磁极、线圈、换向器、电刷。
要求同学们会组装直流电动机模型
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安装直流电动机模型时要注意 ( http: / / www.21cnjy.com )：①直流电动机模型的安装顺序是从内到外，从下到上的。支架→线圈转子→电刷→定子（磁极）；②安装时电刷与换向器之间的松紧、线圈转子与定子之间的间隙要适中。③安装完毕后用手拨动一下转子，观察运转是否处于良好状态，否则应加以调试。
直流电动机的转动方向与转速
我们知道，通电导体在磁场 ( http: / / www.21cnjy.com )中受力方向（转动方向）与电流方向和磁感线方向有关。现在要使电动机模型中的线圈转动方向发生改变，应该将电源两极对调或将磁铁的两极对调。改变转速的方法：改变线圈中电流的大小。电流越大，直流电动机的转速越快。
跟热机相比，电动机具有启动、停止方便、构造简单、体积小、效率高、对环境污染少等优点。
二【典型例题】
例1. 要改变直流电动机的转动方向，可行方法：（ ）
A. 适当减少电流强度
B. 适当减弱磁场
C. 改变线圈中的电流方向或把磁铁两极对调
D. 改变线圈中电流方向的同时对调磁铁两极
分析：线圈的转动方向跟通入的电流方向或磁场方向有关，而与电流强弱、磁场强弱无关，但不可同时改变电流方向和磁感线方向，故只有选项C正确。
解：选项C正确。
例2（2014 镇江）如图是通电金属棒在磁场中运动的实验场景，据此原理设计的家电是（　　）
A．电热水壶 B．电饭锅 C．电风扇 D．电熨斗
解：图中，当闭合开关后，可以观察到磁场 ( http: / / www.21cnjy.com )中的金属棒在导轨上运动，这说明通电导体在磁场中受到力的作用，电热水壶、电饭锅、电熨斗都是利用了电流的热效应设计的，电风扇是利用了通电导体在磁场中受到力的作用的原理制成的，故C正确．
故选C．
例3. （2014 黄石）下列设备中是根据通电导体在磁场中受力作用的原理制成的是（　　）
A．电饭煲 B．电铃 C．电动机 D．发电机
解：A、电饭煲是利用电流的热效应的原理制成的，故该选项也不符合题意；
B、电铃是利用电流的磁效应的原理制成的，故该选项不符合题意；
C、电动机即通电能动，消耗电能产生机械能，故是通电导线在磁场中受力的作用造成的，故该选项正确；
D、发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，故该选项不符合题意．
故选C．
例4.（2014 淮安）如图所示，闭合开关，导体ab发生偏移．此实验探究的问题是（　　）
A．感应电流产生的条件
B．通电直导线周围的磁场
C．影响电磁铁磁性的因素
D．磁场对电流的作用
解：由图可知电路中有电源，当开关闭合后，导体ab就成为通电导体，处于磁场中，会受到磁场的作用，故可以验证磁场对电流的作用．
故选：D．
例5. （2014 南京）如图所示是课本中的四个实验，其中说明磁场对电流有力的作用的是（　　）
A．甲和丙 B．甲和丁 C．乙和丙 D．乙和丁
解：甲图当闭合开关后，放在磁场中的导体AB中有电流通过，且导体会动起来，说明磁场对通电导体有力的作用，符合题意
乙图当导体中有电流通过时，放在导体下方的小磁针发生了偏转，说明通电导线周围存在磁场，不符合题意；
丙图闭合开关后，原来静止在磁场中的导体运动起来，说明受到了磁场对电流有力的作用．故符合题意；
丁图该实验装置中没有电源，当放在磁场中 ( http: / / www.21cnjy.com )的导体AB在磁场中做切割磁感线运动时，灵敏电流计的指针就会偏转，即产生了感应电流，这是电磁感应现象，不符合题意；
故选A．