《科学探究:电动机为什么会转动》教案
【教学目标】
1、知识与技能
(1) 通过实验,了解通电导线在磁场中会受到力的作用;
(2) 知道力的方向与哪些因素有关。
(3) 知道直流电动机的构造和工作原理。
2、过程与方法
通过观察生活中的电动机,激发学生探究的兴趣;经历探究电动机的工作原理,培养初步分析问题的能力。
3、情感态度和价值观
通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知识的兴趣。
【教学重点】
磁场对电流的作用、电动机的工作原理。
【教学难点】
通电导体在磁场中受力的条件、电动机连续转动的原因。
【教学方法】
讲授法、演示法、分析归纳法。
【课前准备】
电源、导线、开关、探究磁场对电流作用的实验装置、电动机模型、自制简易电动机。
【课时安排】
1课时
【教学过程】
1、 导入新课
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在如图所示的用电器中,它们内部都有一个重要的部件——电动机。你知道电动机为什么会转动吗?
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电动机
二、讲授新课
实验探究
(一)、观察并研究电动机的结构
1、(1)将学生实验用的电动机接入电路,闭合开关,观察电动机的转动。
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(2)电动机的转动视频
2、拆开这台直流电动机,观察它由哪几部分组成。
(1)直流电动机模型
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)直流电动机实物图
( http: / / www.21cnjy.com )
(3)电动机的组成
转子(能够转动的线圈)、电刷、换向器、
定子(固定不动的磁体)、等主要部分组成
(二)转动的原理
1、实验器材:金属轨道、磁铁、开关、电池、能够在轨道上滚动的金属杆。
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2、实验步骤:
(1)、闭合开关观察,原来静止在磁场中的导体运动情况。
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现象:闭合开关,原来静止在磁场中的导体发生运动。
(2)、磁场方向不变,改变电流方向,观察磁场中导体运动方向。
现象:磁场方向不变,改变电流方向,磁场中导体运动方向发生改变。
(3)、电流方向不变,改变磁场方向,观察磁场中导体运动方向。
( http: / / www.21cnjy.com )
现象:电流方向不变,改变磁场方向,磁场中导体运动方向也发生了改变。
3、实验视频
思考(1):当接通电源时,我们看到金属杆运动起来,这说明了什么?
通电金属杆在磁场中受到磁场力的作用。
(2)、当保持磁场方向不变,改变电流方向时,金属杆运动方向(改变)
(3)、当保持电流方向不变,改变磁场方向时,金属杆运动方向(改变)
4、结论:
转动的原理:通电导体在磁场中受到力的作用. 作用力的方向跟电流方向和磁场方向有关。
5、说明:
(1)磁场方向和电流方向中有一个方向改变,导体受力的方向就会随之改变 ;如果磁场方向和电流方向同时改变,导体受力的方向不变。www-2-1-cnjy-com
(2)电流方向与磁场方向平行时,导体不受力的作用。只有当电流方向与磁场方向斜交或垂直时,通电导体才会受到力的作用。2-1-c-n-j-y
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导体不受力的作用 通电导体受到力的作用
练习1:如图所示,是小华同学探究“磁场对 ( http: / / www.21cnjy.com )电流的作用”的实验装置,A、B是一根金属棒,通过导线接在电路中,闭合开关后,金属棒没有运动(仪器、电路都完好),要使金属棒运动起来,下列措施可行的是( )21*cnjy*com
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A.将蹄形磁体的N、S极对调
B.换用磁性弱一些的蹄形磁体
C.换用电压大一些的直流电源
D.将滑动变阻器的滑 片向右移动
【答案】c
练习2:在如图所示的实验装置闭合开关S,原本静止的轻质硬直导线AB水平向右运动。要使AB水平向左运动,下列措施中可行的是( )【来源:21cnj*y.co*m】
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A. 将A、B两端对调
B. 将滑动变阻器的滑片P向右移动
C. 换用磁性更强的蹄形磁体
D. 将蹄形磁体的N、S极对调
【答案】D
(三)电动机怎样转动
1、(1)观察磁场对通电源线圈的作用
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通电线圈在磁场中两边受力,但方向相反,发生逆时针转动。
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当线圈的平面与磁感线垂直时,通电线圈受平衡力作用,达到平衡位置。由于惯性,线圈还会继续转动。
( http: / / www.21cnjy.com )
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.
( http: / / www.21cnjy.com )
最终通电线圈静止在平衡位置.
(2)观察磁场对通电源线圈的作用视频
由实验可知:通电线圈不能在磁场中连续转动。
思考:那么怎样才能让通电线圈在磁场中持续地转动呢?
这就需要用换向器来改变电流的方向,来实现通电线圈在磁场中持续地转动。
2、直流电动机持续转动的原理
(1)换向器
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E、F是换向器:相互绝缘的半环称为换向器.
作用:及时改变线圈中的电流方向,使受力方向总是相同,线圈一直转动下去。
A、B是电刷
作用:与半环接触,使电源和线圈组成闭合电路。
(2)直流电动机和交流电动机
①直流电动机:使用直流电的电动机叫做直流电动机
电动机 例如:电动剃须刀、玩具电动车、录音机小型电器。
②交流电动机:使用交流电的电动机叫交流电动机,
例如:电风扇、洗衣机等家用电器。
加油站
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。
家庭电路使用的是交流电.
(3)直流电动机原理图分析
线圈处于此位置时,半环E跟电刷A接触,半环 ( http: / / www.21cnjy.com )F跟电刷B接触,通电后线圈中电流从半环E流向半环F。线圈的AB边受到一个向上的力,CD边受到一个向下的力,线圈顺时针方向转动.21世纪教育网版权所有
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线圈处于此位置时,半环E跟电刷A接触,半环 ( http: / / www.21cnjy.com )F跟电刷B接触,通电后线圈中电流从半环E流向半环F。线圈的AB边受到一个向上的力,CD边受到一个向下的力,线圈顺时针方向转动.21教育网
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线圈转至平衡位置时,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。
( http: / / www.21cnjy.com )
线圈越过平衡位置后,半环E变为跟电刷B接触,半环F变为跟电刷A接触。
由于换向器的作用,线圈中电流变为从半环F流向半环E。线圈仍然沿顺时针方向转动。
( http: / / www.21cnjy.com )
线圈又转至平衡位置时,其情况跟图(b)所示相似。
线圈由于惯性越过平衡位置后,线圈中的电流又从半环E流向半环F,其情况又和图(a)所示一样。
( http: / / www.21cnjy.com )
(4)直流电动机转动视频
思考1、电动机连续转动的原因是什么?
每当线圈刚转过平衡位置时,半环就立即改变线圈中的电流方向,线圈两边受到的力就会改变,线圈就按照原来的方向继续转动下去。21cnjy.com
思考2、电动机原理是什么?
电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。
思考3:电路元件都正常,闭合开关,电动机模型不转你知道原因吗?
原因可能是线圈处于平衡位置,此时线圈中没有电流,用手拧一下转轴,线圈 就会离开平衡位置致使线圈中有电流通过而转动。21·cn·jy·com
迷你实验室
制作简易电动机视频
三、课堂练习
1、磁场对电流作用力的方向与( )方向和 ( )向有关。答案:电流;磁场2·1·c·n·j·y
2、电动机的工作原理是( ( http: / / www.21cnjy.com )磁场对电流的作用(通电线圈在磁场里转动)电动机在工作过程中( )能转化为( ) 能。【来源:21·世纪·教育·网】
答案:电;机械
3. 通电导体在磁场中受力而运动时( )
A.消耗了电能,产生了机械能
B.消耗了机械能,产生了电能
C.消耗了机械能,产生了内能
D.消耗了化学能,产生了电能
答案:A
4、要改变直流电动机线圈转动的方向,可行的办法是( )
A.改变电流 的大小
B.改变磁场的强弱
C.只改变电流的方向
D.同时改变电流的方向和磁场的方向
答案:C
5. 不能改变直流电动机转向的是( )
A.改变电流方向,其他不变
B.改变磁场方向,其他不变
C.增大电流强度
D.改变电流方向或磁场方向
答案:C
四、课堂小结
1、通电导体在磁场里受力的作用;
2、受力方向跟电流的方向,磁感线的方向都有关电;
3、动机连续转动的原因.
4、电动机构造:定子转子换向器电刷
【板书设计】
科学探究:电动机为什么会转动
一、观察并研究电动机的结构
转子(能够转动的线圈)、电刷、换向器、
定子(固定不动的磁体)、等主要部分组成
二、转动的原理
通电导体在磁场中受到力的作用. 作用力的方向跟电流方向和磁场方向有关。
三、电动机怎样转动
每当线圈刚转过平衡位置时,半环就立即改变线圈中的电流方向,线圈两边受到的力就会改变,线圈就按照原来的方向继续转动下去。www.21-cn-jy.com
【教学反思】
本节课先让学生通过演示并展示电动机构造 ( http: / / www.21cnjy.com )和工作过程,提出问题电动机为什么会转动?一起认识电动机,拆解电动机,让学生先定性了解电动机有转子和定子两大部分,其中定子是磁场有两个相对的磁极,转子是电动机的线圈和换向器,学生对换向器这个陌生名词不了解,先不做解释,还有电刷等,演示对电动机通电后,电动机转动过程。其次是探究磁场对电流作用原理,自制教具,用粗铜导线做导轨,用耳机天线铜管做可移动导体,因铜管不被磁体吸引效果很好,用两块U型磁铁并联增强磁性。用大电流学生电源提供直流供电,清晰观察磁场对通电导体的作用力,通过对比观察磁力(安培力)方向与磁场方向和电流方向变化关系,得出安培力方向与磁场方向和电流方向有关特点,学生能清晰明了,学生也能对重点部位准确观察,没有死角,学生观察细致效果良好。因实验成功,耗时短,本节课在废话十几分钟后还能把这节课完整上完,讲解电动机工作原理,学生会认为因习惯性继续转动,当离开平衡位置后,磁力方向不变,还会被拉回到平衡位置上,如何使线圈不被拉回到平衡位置而继续转动,要解决这个问题就得改变磁力方向,刚刚学习了磁力方向与电流方向或磁场方向有,有两种方式可以改变磁力方向,用哪种方向更科学便捷有效,引发学生思考,培养学生的思维能力和创新意识,同时引出换向器,让换向器正式登场,学生此时认识换向器思维顿开,有顿悟的感觉,引导学生认识两个半铜环,之间用窄缝绝缘材料做分开,再去认识平衡位置,当线圈转到平衡位置时,因窄缝分开,没有电流,也就没有一对平衡力,因惯性线圈转过平衡位置,因此时的换向器改变了电流的方向,使线圈受力方向发生改变,达到线圈连续转动目的,解决设计目标,顺利完成本节教学任务。21·世纪*教育网
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21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品资料·第 2 页 (共 12 页) 版权所有@21世纪教育网《科学探究:电动机为什么会转动》练习
一、单选题
1、下列设备是根据磁场对电流的作用原理制成的是 ( )
A. 电磁继电器 B. 电铃
C. 电风扇中的电动机 D. 发电机
2、如图所示,在下列有关电与磁实验的装置图中,能应用于电动机的原理的是 ( )
A. B. C. D.
3、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 ( )
A. ( http: / / www.21cnjy.com ) B. C. D.
4、下列叙述不属于电动机优点的是 ( )
A. 电动机开动和停止都比较方便 B. 电动机构造简单,体积小
C. 电动机效率高,对环境无污染 D. 电动机要消耗能源
5、要改变直流电动机转动的方向,下列方法正确的是 ( )
A. 升高电源电压
B. 增大通过电动机线圈的电流
C. 把电源正、负极对调
D. 把电源正、负极对调的同时,将电动机磁铁的两极也对调
6、要想使一台直流电动机转速增大一些,下列方法不可能达到目的的是 ( )
A. 增大线圈中的电流 B. 在线圈中插入铁芯
C. 将磁体的磁极对调 D. 增强原来的磁场
7、直流电动机换向器的作用是 ( )
A. 改变直流电源中的电流方向 B. 改变电动机线圈的方向
C. 改变流经电动机中的电流方向 D. 以上说法都不对
8、关于通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁感线方向之间的关系,下列说法不正确的是 ( )
A. 电流方向改变时,导体受力方向改变
B. 磁场方向改变时,导体受力方向改变
C. 电流方向和磁场方向同时改变时,导体受力方向不改变
D. 电流方向和磁场方向同时改变时,导体受力方向改变
二、填空题
9. 如图所示的电路中,当开关闭合后,若想使电动机转速变慢,应把滑动变阻器的滑片P向 端移动.
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10、如图为电动机和发电机模型,其中图 (填“甲”或“乙”)为电动机模型,其工作原理是 ;电动机工作时,能够使线圈平稳、连续不停地转动下去是靠 实现的。
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11、如右上图所示的实验中,闭合开关后,支架上原先静止的轻质铝管ab会朝某个方向运动,这表明磁场对通电导体会产生 的作用。改变磁场方向或者改变 方向,可以使铝管ab运动的方向发生改变。 (填“电动机”或“发电机”)就是根据这个原理制成的。
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三、解答题
12、如图所示为小明同学制作的电动机模型.
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)通电后,小明发现电动机不转,下面他想到的可能的原因中,你认为有可能的是( )
A.接线柱接触不良
B.电池接反了
C.转子受到的摩擦力太大
D.永久磁体的磁极极性放反了
E.磁体的磁性太弱
F.电池太旧了
(2)经过处理后通电,小明发现电动机只 ( http: / / www.21cnjy.com )转了不到一圈,就在平衡位置来回摆动,最后停了下来,请你帮助他找原因,如果要使它持续转动下去,可以怎样改进?
《科学探究:电动机为什么会转动》参考答案
1、【答案】C
【解析】电动机是根据磁场对电流的作用原理制成的,C正确;A,B,D错.
2、【答案】 D
【解析】D图为通电导体在磁场中受力的作用,为电动机原理.
3、【答案】B
【解析】B图导体中的电流方向与磁场方向重合,所以不受磁场力作用.
4、【答案】D
【解析】电动机要消耗能源这不是其优点,但构造简单,体积小;使用方便;效率高,无污染这些都是它的优点,应选D.21世纪教育网版权所有
5、【答案】C
【解析】直流电动机的转动方向 ( http: / / www.21cnjy.com )与磁场方向和电流方向有关,若磁场方向不变,改变电流方向,或电流方向不变,只改变磁场方向,电动机转动方向改变,但如果两者同时改变,电动机的转向不变,所以C正确.21教育网
6、【答案】C
【解析】直流电动机的转速与线圈中的电流 ( http: / / www.21cnjy.com )大小有关,增大线圈中的电流可以提高其转速;还与磁场强弱有关,增强磁场也可以提高其转速;在线圈中插入铁芯也可使磁场增强,提高其转速;但对调磁极,只能改变电动机的转动方向.所以A,B,D可以,应选C.21cnjy.com
7. 【答案】C
【解析】直流电动机换向器的作用是线圈刚过平衡位置时,改变电流方向,使其连续转动,所以C正确.
8、【答案】D
【解析】通电导体在磁场中的受力方向与电 ( http: / / www.21cnjy.com )流方向有关,又与磁场方向有关.当电流方向或磁场方向改变时,导体受力方向改变,A,B正确;但当两者方向同时改变时,导体受力方向不变,C正确,D错.应选D.21·cn·jy·com
9、【答案】a
【解析】要使电动机转速变慢,应减小电路中的电流,滑片P应向a端移.
10、【答案】甲 通电导体在磁场中受力运动 换向器
【解析】本题考查电动机和发电机的原理。难 ( http: / / www.21cnjy.com )度较小。发电机的原理是电磁感应现象,产生感应电流,故电路中没有电源,所以乙图是发电机模型,甲图是电动机模型;电动机工作原理是:通电线圈在磁场中受力而转动,要使线圈连续不断的转动需要换向器不断改变线圈中电流的方向。www.21-cn-jy.com
11、【答案】力 电流 电动机
【解析】本题考查电磁感应现象。通电导体在磁场中受力而运动,运动的方向与磁场方向和电流方向有关,电动机就是根据这一原理制成的。2·1·c·n·j·y
12、 (1)【答案】A、C、E、F
(2)【答案】停下来的原因可能是因为矩形线圈转过平衡位置后,受力方向与转动方向相反.解决方法:在线圈转过平衡位置后停止对线圈供电,可以将线圈在这一位置时与支架接触处的一端的漆皮全部刮掉,而另一端的漆皮只刮掉半周,如图所示.
【来源:21·世纪·教育·网】
【解析】电动机不能转动可能因为不受磁场力或受 ( http: / / www.21cnjy.com )到的磁场力太小,所以可能是线圈电路中无电流或电流太小,也可能是磁体的磁性太弱,还有可能是线圈受到的摩擦力太大,而直流电源为直流电动机供电,在设计时应该考虑在线圈转过半周后受到的磁场力与转动方向相反,会导致电动机不能连续转动.
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沪科版九年级第十七章第3节
科学探究:电动机为什么会转动
导入新课
你知道电动机为什么会转动吗?
在如图所示的用电器中,它们内部都有一个重要的部件——电动机。
洗衣机
电扇
新课讲授
实验探究
(一)、观察并研究电动机的结构
1、(1)将学生实验用的电动机接入电路,闭合开关,观察电动机的转动。
(2)电动机的转动视频
2、拆开这台直流电动机,观察它由哪几部分组成。
换向器
电刷
线圈
(电枢)
定子
(1)直流电动机模型
换向器
电刷
转子
(2)直流电动机实物图
定子
(3)电动机的组成
转子(能够转动的线圈)、电刷、换向器、
定子(固定不动的磁体)、等主要部分组成
1、实验器材:金属轨道、
能够在轨道上滚动的金属杆。
(二)转动的原理
磁铁、
开关、
电池、
(1)、闭合开关观察,原来静止在磁场中的导体运动情况。
2、实验步骤:
现象:闭合开关,原来静止在磁场中的导体发生运动。
(2)、磁场方向不变,改变电流方向,观察磁场中导体运动方向。
现象:磁场方向不变,改变电流方向,磁场中导体运动方向发生改变。
(3)、电流方向不变,改变磁场方向,观察磁场中导体运动方向。
现象:电流方向不变,改变磁场方向,磁场中导体运动方向也发生了改变。
3、实验视频
思考1:当接通电源时,我们看到金属杆运动起来,这说明了什么?
通电金属杆在磁场中受到磁场力的作用。
3、当保持电流方向不变,改变磁场方向时,金属杆运动方向( )。
2、当保持磁场方向不变,改变电流方向时,金属杆运动方向 ( )。
改变
改变
转动的原理:通电导体在磁场中受到力的作用. 作用力的方向跟电流方向和磁场方向有关。
4、结论:
5、说明:
(1)磁场方向和电流方向中有一个方向改变,导体受力的方向就会随之改变 ;如果磁场方向和电流方向同时改变,导体受力的方向不变。
(2)电流方向与磁场方向平行时,导体不受力的作用。只有当电流方向与磁场方向斜交或垂直时,通电导体才会受到力的作用。
S
N
I
+
_
导体不受力的作用
S
N
I
+
_
通电导体受到力的作用
练习:1、如图所示,A、B是一根金属棒,通过导线接在电路中,闭合开关后,金属棒没有运动(仪器、电路都完好),要使金属棒运动起来,下列措施可行的是( )
A.将滑动变阻器的滑 片
向右移动;
B.换用磁性弱一些的蹄形磁体;
C.换用电压大一些的直流电源;
D.将蹄形磁体的N、S极对调。
C
A
B
练习:2、在如图所示的实验装置闭合开关S,原本静止的轻质硬直导线AB水平向右运动。要使AB水平向左运动,下列措施中可行的是( )
A. 将A、B两端对调
B. 将滑动变阻器的滑片P向右移动
C. 换用磁性更强的蹄形磁体
D. 将蹄形磁体的N、S极对调
D
通电线圈在磁场中两边受力,但方向相反,发生逆时针转动。
(三)电动机怎样转动
1、(1)观察磁场对通电源线圈的作用
当线圈的平面与磁感线垂直时,通电线圈受平衡力作用,达到平衡位置。
由于惯性,线圈还会继续转动。
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.
最终通电线圈静止在平衡位置.
(2)观察磁场对通电源线圈的作用视频
由实验可知:通电线圈不能在磁场中连续转动。
这就需要用换向器来改变电流的方向,
来实现通电线圈在磁场中持续地转动
思考:那么怎样才能让通电线圈在磁场中持续地转动呢?
E、F是换向器:相互绝缘的半环称为换向器.
作用:及时改变线圈中的电流方向,使受力方向总是相同,线圈一直转动下去。
A、B是电刷
作用:与半环接触,使电源和线圈组成闭合电路。
E
F
A
B
2、直流电动机持续转动的原理
(1)换向器
①直流电动机:使用直流电的电动机叫做直流电动机
例如:电动剃须刀、玩具电动车、录音机小型电器
②交流电动机:使用交流电的电动机叫
交流电动机,例如:电风扇、洗衣机等
家用电器
电动机
(2)直流电动机和交流电动机
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。
家庭电路使用的是交流电.
加油站
2
4
l
3
线圈的AB边受到一个向上的力,CD边受到一个向下的力,线圈顺时针方向转动.
d
b
c
a
E
F
A
B
线圈处于此位置时,半环E跟电刷A接触,半环F跟电刷B接触,通电后线圈中电流从半环E流向半环F。
(a)
(3)直流电动机原理图分析
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。
d
b
c
a
E
F
A
B
(b)
线圈转至平衡位置时,两电刷跟两个半环间绝缘部分接触,线圈中无电流.
b
a
c
d
E
B
F
A
线圈越过平衡位置后,半环E变为跟电刷B接触,半环F变为跟电刷A接触。
由于换向器的作用,线圈中电流变为从半环F流向半环E。线圈仍然沿顺时针方向转动。
(c)
线圈由于惯性越过平衡位置后,线圈中的电流又从半环E流向半环F,其情况又和图(a)所示一样。
d
b
c
a
E
B
F
A
线圈又转至平衡位置时,其情况跟图(b)所示相似。
(d)
a
E
F
A
B
b
E
F
A
B
c
E
F
A
B
d
E
F
A
B
(4)直流电动机转动视频
思考1、电动机连续转动的原因是什么?
每当线圈刚转过平衡位置时,半环就立即改变线圈中的电流方向,线圈两边受到的力就会改变,线圈就按照原来的方向继续转动下去。
思考2、电动机原理是什么?
电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。
思考3:电路元件都正常,闭合开关,电动机模型不转你知道原因吗?
原因可能是线圈处于平衡位置,此时线圈中没有电流,用手拧一下转轴,线圈 就会离开平衡位置致使线圈中有电流通过而转动。
制作简易电动机
迷你实验室
1、磁场对电流作用力的方向与( )方向和 ( )向有关。
电流
磁场
2、电动机的工作原理是(磁场对电流的作用(通电线圈在磁场里转动)电动机在工作过程中( )能转化为( ) 能。
电
机械
课堂练习
A
3.通电导体在磁场中受力而运动时( )
A.消耗了电能,产生了机械能
B.消耗了机械能,产生了电能
C.消耗了机械能,产生了内能
D.消耗了化学能,产生了电能
4.要改变直流电动机线圈转动的方向,可行的办法是( )
A.改变电流 的大小
B.改变磁场的强弱
C.只改变电流的方向
D.同时改变电流的方向和磁场的方向
C
5.不能改变直流电动机转向的是( )
A.改变电流方向,其他不变
B.改变磁场方向,其他不变
C.增大电流强度
D.改变电流方向或磁场方向
C
1、通电导体在磁场里受力的作用;
2、受力方向跟电流的方向,磁感线的方向都有关电;
3、动机连续转动的原因.
4、电动机构造:定子转子换向器电刷
课堂小结