20.5跨学科实践_制作简易直流电动机--2025-2026学年人教2024版物理九年级全册教学同步课件(27页PPT)

(共27张PPT)
20.5跨学科实践_
制作简易直流电动机
第二十章 电与磁
人教版2024版物理九年级全册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
跨学科实践_制作简易直流电动机教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
学生能够综合运用物理学科知识，深入理解直流电动机的工作原理，即通电线圈在磁场中受力转动，以及换向器改变电流方向实现持续转动的机制。
熟练掌握电动机制作所需材料的特性与用途，运用数学知识进行简单计算，如根据电源电压选择合适规格的导线和线圈匝数，合理规划电动机各部件的尺寸比例 。
学会运用工程技术思维和工具，完成简易直流电动机的制作，掌握焊接、组装等基本操作技能，能够对制作完成的电动机进行调试和优化。
（二）过程与方法目标
通过小组合作完成简易直流电动机的制作任务，显著提升团队协作、沟通交流和分工合作的能力，学会在团队中发挥各自优势，共同解决问题。
在制作过程中，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，学会运用多学科知识解决实际问题，如物理原理指导结构设计，数学计算辅助材料选型，技术手段实现制作过程 。
经历从设计构思、材料准备、实际制作到调试优化的完整项目过程，掌握项目式学习的方法，提高实践操作和创新设计能力。
（三）情感态度与价值观目标
充分激发学生对跨学科知识学习和实践的兴趣，体会知识融合在实际创造中的魅力和实用性，增强学生对科学探究和技术创新的热情。
培养学生严谨认真、科学求实的态度，以及勇于面对困难、敢于创新和尝试的精神，在遇到制作难题时保持积极探索的心态。
增强学生的成就感和自信心，通过成功制作简易直流电动机，让学生感受到自己的创造能力，提升对学习和实践的积极性。
二、教学重难点
（一）教学重点
综合运用物理知识理解直流电动机的工作原理，并将其应用于制作过程中的结构设计和功能实现。
掌握简易直流电动机的制作步骤和关键技术，如线圈的绕制、换向器的制作与安装、部件的连接与固定等。
学会对制作完成的电动机进行调试，分析和解决制作过程中出现的问题，如电动机不转动、转动不顺畅等。
（二）教学难点
协调多学科知识，解决制作过程中出现的复杂问题，如如何优化线圈绕制方式和匝数以提高电动机的转速和扭矩，如何保证换向器稳定工作 。
确保制作的电动机既满足功能需求，又符合安全规范，如合理选择电源电压，正确连接电路，避免短路和触电风险。
培养学生的创新思维，在完成基础制作的前提下，对电动机进行改进和创新设计，如尝试不同的磁场方案或动力传输方式。
三、教学方法
项目驱动法：以制作简易直流电动机为项目任务，驱动学生主动学习和探索，在完成任务的过程中掌握知识和技能，激发学生的学习动力。
小组合作法：组织学生分组进行制作，促进学生之间的交流与合作，发挥团队优势，共同攻克制作过程中的难题，培养学生的合作能力。
讲授与指导法：针对制作过程中涉及的物理原理、技术要点和安全规范，进行有针对性的讲解和指导；在学生制作过程中，巡回指导，及时解决学生遇到的问题。
案例分析法：展示优秀的简易直流电动机制作案例，引导学生分析其优点和可借鉴之处，启发学生的制作思路，拓宽学生的创新视野。
四、教学过程
（一）项目导入（10 分钟）
情境创设：播放一段精彩的机器人舞蹈视频，视频中的机器人通过内置的电动机实现灵活运动。播放结束后，提问学生：“机器人是如何实现各种动作的？电动机在其中起到了什么作用？” 引发学生的思考和讨论，激发学生对电动机制作的兴趣 。
明确任务：向学生明确本次跨学科实践的任务 —— 制作一个简易直流电动机。展示提前制作好的简易直流电动机成品，进行现场演示，让电动机转动起来，展示其工作效果。强调制作要满足能够稳定转动、结构牢固等基本要求 ，同时鼓励学生发挥创意进行优化和改进。
（二）知识回顾与拓展（20 分钟）
物理知识回顾：带领学生回顾直流电动机的工作原理，包括通电线圈在磁场中受力的原因、左手定则判断受力方向、换向器的作用等物理知识，重点强调电动机持续转动的条件 。通过提问和互动，了解学生对原理的掌握情况。
技术与数学知识拓展：
技术知识：讲解制作电动机所需的材料和工具，如漆包线、磁铁、电池、导线、小刀、钳子等，介绍每种材料的特性和用途；示范线圈绕制、导线焊接、部件固定等基本技术操作，强调操作规范和安全注意事项，如焊接时防止烫伤，使用小刀刮漆包线时注意安全 。
数学知识：讲解如何运用数学知识进行简单计算，如根据电源电压和导线电阻估算合适的线圈匝数，通过测量和计算确定电动机各部件的尺寸比例，确保结构合理稳定 。通过简单的例题演示计算过程，让学生掌握计算方法。
创新设计思路启发：展示一些不同设计的简易直流电动机案例，如采用不同形状的磁铁、特殊的线圈绕制方式等，启发学生思考如何在基础制作的基础上进行创新设计，鼓励学生提出独特的想法和方案。
（三）小组设计与实践（60 分钟）
分组与分工：将学生分成 [X] 个小组，每组 4 - 6 人。小组成员进行分工，如组长负责组织协调和进度把控，材料员负责领取和管理材料，技术员负责技术操作指导，记录员负责记录制作过程和遇到的问题，创新员负责提出创意和改进方案等。
设计讨论：各小组根据任务要求和所学知识，讨论简易直流电动机的制作方案。包括确定线圈的绕制方式和匝数、换向器的制作方法、磁铁的安装位置、电动机的整体结构等。教师巡视各小组，参与讨论，提供必要的指导和建议，帮助学生完善设计方案 。
制作实践：小组根据设计方案开始制作简易直流电动机。成员各司其职，按照操作规范进行材料加工、部件制作和组装。教师在教室巡回指导，密切关注学生的制作过程，及时纠正不规范操作，解答学生的疑问，帮助学生解决遇到的技术难题，如线圈短路、换向器接触不良等 。
调试优化：制作完成后，各小组对电动机进行调试。接通电源，观察电动机的转动情况，如是否转动、转速快慢、转动是否稳定等。如果电动机不能正常工作，引导学生运用所学知识进行故障排查，如检查电路连接是否正确、换向器是否正常工作、磁场强度是否合适等，并进行相应的优化改进 。
（四）成果展示与评价（25 分钟）
小组汇报：各小组由代表进行成果展示，介绍小组制作的简易直流电动机的设计思路、创新点、制作过程中遇到的问题和解决方法，以及最终的工作效果。展示形式可以是实物演示、操作讲解、制作过程视频播放等 。
师生评价：其他小组和教师对每个小组的作品进行评价，从电动机的工作性能（如转速、稳定性）、结构设计（如合理性、牢固性）、创新创意（如独特的设计和改进）、团队协作等方面进行打分和点评，提出改进建议。评价过程中，引导学生发现他人作品的优点，学习借鉴，同时反思自己小组作品的不足之处 。
总结提升：教师对本次跨学科实践活动进行总结，强调制作过程中跨学科知识运用的重要性，对学生的表现进行整体评价和鼓励，针对共性问题进行集中讲解和指导，如常见的制作错误和改进方法 。
（五）课后拓展（布置作业）
让学生根据课堂评价和建议，进一步优化自己小组制作的简易直流电动机，尝试不同的改进方案，观察效果变化 。
鼓励学生查阅资料，了解电动机在现代科技中的更多应用和发展趋势，如新能源汽车电机、无人机电机等，并撰写一篇关于电动机应用与发展的小报告 。
这份教案以实践项目推动学生跨学科学习。若你对教学环节时长、制作难度设定、评价方式等方面有新想法，欢迎随时和我说。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
1. 理解简易电动机中换向器的替代设计原理。（重点）
2. 用物理学原理解释自制电动机的工作过程。（重点）
学习目标
知识点1　项目提出
知识全解
生活场景：
玩具总动员：遥控赛车、轨道火车
生活小帮手：电动牙刷、USB小风扇
未来科技：无人机螺旋桨、智能机器人关节
这些装置为什么会自己动起来？它们的“心脏”藏在哪里？
生活观察：直流电动机无处不在
知识点1　项目提出
知识全解
现象聚焦：电动机的“卡顿”问题
回忆旧知：通电线圈在磁场中受力转动
普通线圈转动半圈后反向受力→无法持续转动
复杂换向器制作困难
挑战任务：
"能否用初中实验室材料，设计简易‘换向装置’让线圈转不停？"
知识点2　项目分析
知识全解
破解电动机持续转动的四大关键
① 线圈材料选择
使用漆包线
绝缘性：避免线圈匝间短路
可操控性：刮漆部位精准控制电流通断
漆包线粗细选择：
粗漆包线：机械强度高，转动更稳定
细漆包线：电阻大易发热，适合微型电机
知识点2　项目分析
知识全解
② 磁体与支架设计
强磁体必要性：
产生强磁场 → 增大线圈受力
固定为定子：简化结构，降低制作难度
支架材料要求：
重金属丝：导电性+支撑稳定性
避免使用铁质支架：防止磁干扰
破解电动机持续转动的四大关键
知识点2　项目分析
知识全解
③ 转子的运动控制
线圈作为转子：
矩形设计（3cm×2cm）：增大受力臂，提高转矩
匝数选择（5-10匝）：
匝数过少 → 磁场力不足
匝数过多 → 重量增加导致惯性不足
破解电动机持续转动的四大关键
知识点2　项目分析
知识全解
④换向功能的替代方案
刮漆法实现半周通电 ：
左端全刮：确保与支架始终导电 → 电流输入
右端半周刮：
上半周接触 → 通电受力转动
下半周断开 → 靠惯性通过
破解电动机持续转动的四大关键
知识点2　项目分析（常见问题库）
知识全解
现象 可能原因 解决方案
线圈不转动 刮漆不彻底（绝缘漆残留）
磁极方向与线圈平面垂直 重新刮漆至铜线裸露
调整磁体N、S极方向
转动不连续 惯性不足（线圈过重/匝数过多）
支架摩擦过大 减少线圈匝数至5-8匝
涂抹润滑油
转速过慢 电池电压不足
磁体磁性减弱 更换新电池（1.5V→3V）
叠加多个磁体增强磁场
知识点3 项目实施
知识全解
四步打造你的专属电动机！
步骤1：绕制线圈——制作核心转子
视觉化操作指南 ：
选材裁剪：
取直径约0.5mm的粗漆包线，剪取长度约30cm
工具：直尺标记3cm×2cm区域，硬纸板辅助定型
绕线技巧：
沿3cm边绕5-10匝，保持匝间紧密无重叠
匝数建议：选5匝
转轴预留：两端各留2cm直导线作为转轴
知识点3 项目实施
知识全解
步骤2：刮漆处理——破解换向密码
左端：
用刀片彻底刮净绝缘漆，露出铜色金属光泽
右端：
仅刮除半周（180°）绝缘漆
方法：转轴平放桌面，刮朝上一侧的半周
验证：用万用表检测刮漆区导电性
安全警示 ：
"刮漆时刀片向外推，戴防护手套！"
四步打造你的专属电动机！
知识点3 项目实施
知识全解
步骤3：组装支架——搭建导电桥梁
1. 支架制作：
材料：直径1mm以上铜丝或铁夹子金属丝
弯折要求：
高度匹配线圈转轴（约2cm高）
顶部开V型槽（减少转轴摩擦）
2. 电路连接：
支架底部固定于硬纸板，分别连接电池正负极
导电测试：用导线短接支架，观察电池是否发热
四步打造你的专属电动机！
知识点3 项目实施
知识全解
步骤4：放置磁体与调试启动
1. 磁体定位：
强磁体平放在线圈正下方，N、S极方向与线圈平面平行
磁场验证：撒铁屑观察磁感线分布
2.启动秘诀：
轻推线圈至倾斜30°位置释放
成功标志：持续转动超过10圈
四步打造你的专属电动机！
知识点3 项目实施
知识全解
安全与注意事项！
1. 小刀刮漆包线：手手很重要！
刮漆操作：
"刮漆时刀片向外推，别对着手指！"（想象你在削铅笔，但更小心）
建议戴劳保手套（实验室那种白手套超酷的！）
偷懒警告：别用牙咬漆皮！铜线扎嘴超痛~
2. 电池安全：别让电池"生气"！
电路连接：
"正负极别接反！"（电池盒标有+ 号，瞪大眼睛看清楚）
短路警告：别让导线两头直接碰一起！会冒烟+烫手！
电池发热立刻停用（摸起来比奶茶还烫？赶紧找老师！）
展示交流
知识全解
课堂活动设计：
品展示会：我的电动机超酷！
任务卡：
晒设计：
"举起你的线圈！说出刮漆半周的操作理由~"
秀成果：
"三秒倒计时，看谁的线圈转得最持久！"
（全班一起喊：“3—2—1—转！”拿手机录慢动作）
互动投票：
"给最炫电动机点赞！ 最佳设计奖/最稳转速奖"
展示交流
知识全解
改进脑洞：未来工程师计划
奇葩方案收集：
"给线圈穿LED灯，转起来就是光剑！"（配星球大战BGM）
"把磁铁换成电磁铁，手机蓝牙控制转速！"（虽然现在做不到，但做梦免费~）
老师灵魂拷问：
"如果让你花10块钱升级，你买更粗的线、更强的磁铁，还是买轴承？为什么？
【项目提出】
生活中有许多地方会用到直流电动机，例如爸爸的电动剃须
刀、夏天使用的手持式微风扇都是用直流电动机来驱动的。
直流电动机的工作原理是利用__________在______中受力转
动，利用________及时改变线圈中的电流______使得线圈持
续转动的；下面制作一台简易的直流电动机。
通电线圈
磁场
换向器
方向
【项目分析】
1.根据电动机的原理知，电动机主要由______和______组成，
因而要制作直流电动机，必须用________制成线圈，且保证
各圈导线之间是绝缘的，磁体要尽可能的磁性较____。
线圈
磁体
漆包线
强
2.为了便于快速转动，选择______作为转子，______作为定子。
3.没有换向器时，______（填“能”或“不能”）改变电流方向，
但可以切断电流，避免电动机反向受力而停止转动。
线圈
磁体
不能
【项目实施】
4.将漆包线绕成约 的矩形
线圈20匝，作为转子。从线圈的两端
各拉出约 的漆包线作为转轴。
用硬质的铜导线竖立在泡沫板上作为
支架，准备2节干电池作为电源，如
图所示。
5.由于线圈是回形的，当线圈始终通电时，上下两个边中的
电流方向是______（填“相同”或“相反”）的；下方的磁体的
磁场方向不变，两个边轮流处于下方时，受力方向______，
会使线圈__________。如果把这个反向转动的力去掉，也就
是在线圈转动的上半周通电，下半周断电，线圈依靠______
能连续转动，因而用小刀刮去线圈两端引线的漆皮时，把一
端全部刮掉，另一端只刮______，组装好电动机。
相反
相反
来回晃动
惯性
半周
6.接好电路后，用手轻轻推动后，观察到线圈转动，此时将
____能转化为______能。
电
机械
【展示交流】
7.转子在转动时，转轴受到的摩擦主要来源于支撑结构和电
刷接触等。对实验可能造成的影响有：①摩擦会消耗部分机
械能；②发热现象等。
8.如果整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应
做哪些尝试？（写出两点即可）
【解】（1）检查线圈中是否有电；（2）检查磁体是否具有
磁性等。
9.通电后线圈能转动，如果要改变转动方向，可以采取什么
做法？
【解】（1）对调磁体两极；（2）对调电源两极。
【项目拓展】
进一步研究图中的电动机模型，测得当电动机两端电压为
时，通过电动机的电流为 ，则该电动机的电功率为____
。
1.2
本课小结
制作简易直流电动机
项目实施
项目提出
项目分析
谢谢观看！