16.3科学探究：电动机为什么会转动教案

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第三节 科学探究：电动机为什么会转动
一、教学目标
【知识与技能】
1．了解磁场对通电导线的作用．
2.初步认识科学与技术之问的关系．
【过程与方法】
1．通过演示，提高学生分析概括物理规律的能力．
2．通过制作模拟电动机的过程，锻炼学生的动手能力．
【情感、态度与价值观】
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的兴趣．
二、教学重难点
重点：磁场对电流的作用
难点：1．分析概括通电导体在磁场中的受力方向跟哪两个因素有关．
2．理解通电线圈在磁场里为什么会转动．
三、课时安排
1课时
四、教与学互动设计
（一）创设情景，导入新课
【导语一】复习提问：1．磁场的基本性质是什么
2．电流的磁效应是什么
【演示】直流电动机通电转动．
【提问】电动机为什么会转呢
【点拨】引导学生回忆奥斯特实验，知道通电导体周围存在磁场，能使小磁针偏转，即电流对磁体有力的作用，启发学生逆向思维
【提问】磁场对电流有没有力的作用呢
【点拨】我们知道生产和生活中的许多电器都需要电动机来带动，电动机已经深入到现代社会生产生活的各个角落，下面我们就来研究电动机的工作原理，来获得正确的答案．
【导语二】
【演示】给电动机通电，电动机转动。
【提问】电流通过电动机，电动机的轴就转动起来，电动机的原理是什么？
我们要想解决这个问题，就得学习，科学探究：电动机为什么会转动。
【导语三】请同学们谈谈家中的电器，例如：洗衣机、电吹风、微波炉、录音机等等。并讲解这些电器中，都有一个重要的部件——电动机。由此提问：你知道电动机为什么会转动吗？
（二）合作交流，解读探究
一、电动机的构造
【演示】将一台直流电动机模型接入电路，闭合开关，观察电动机转动
【交流谈论】围绕所演示的直流电动机，让学生提出有意义的问题
【提问】电动机内部结构怎样？它由哪几部分组成，它们各起什么作用？
【演示】拆开这台直流电动机模型，观察它由哪几部分组成，每一个部分的作用
【点拨】电动机由两部分组成：转子和定子．电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子．
【提问】电动机是怎样转起来的？
二、磁场对电流的作用
【演示】进行“研究磁场对电流的作用”的实验，如图所示
【讲解】向学生渗透科学研究的方法
【提问】当接通电源时，我们看到金属杆运动起来，这说明了什么？
【点拨】磁场对通电导体具有力的作用
【交流讨论】磁场对电流产生作用的两个不可缺少的条件是什么？
【点拨】（1）导体中要有电流；（2）通电导体要在磁场中
【交流讨论】是否能想出让金属杆反向运动的方法？
【点拨】可以改变金属杆中的电流方向，也可以改变磁场方向。
【演示】金属杆的反向运动
【小结】磁场对通电导体具有力的作用，其作用的方向与电流方向和磁场有关
三、电动机转动原理
【提问】通过上面的学习，我们知道了磁场对通电导体有力的作用，但是我们使用的电动机却能够持续转动，有什么办法让金属杆在轨道上持续往复运动呢？
【点拨】不断改变电流方向或者磁场方向，比较两种办法，自然是改变电流方向比较容易。
【提问】如果把直导线弯成线圈，放入磁场中并通电，它的受力情况是怎样的呢？
【投影】利用课件展示如下图片


【讲解】通电时，图(a)中AB边和CD边都在磁场中，都要受力，因为电流方向相反，所以受力方向也肯定相反。线圈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。
【交流讨论】仔细观察图(b)、(c)、(d)四图后你能说出电动机是怎样转动的吗？换向器的作用是什么？
【点拨】换向器在线圈刚转过平衡位置时，自动的改变线圈中的电流方向。
四、制作简单的电动机
同学们理解了电动机的工作原理后，教师顺势引导学生动脑思考“制作简单的电动机”这一有挑战性和刺激性的问题。
【做一做】组织学生分组进行制作。
教师巡视学生进行制作情况。让学生分组讨论、交流，并通过学生展示给予肯定。
（三）应用迁移，巩固提高
类型之一：磁场对电流的作用
【例1】(2008·昆明市)在探究通电导线在磁场中的受力方向与什么有关系时，一位同学做了如图16—56(a)、(b)、(c)三个实验．图中AB表示闭合电路的一部分导线，导线上的箭头表示电流方向，F表示导线受力的方向，S、N表示蹄形磁铁的南北极．
(1)通过实验(a)和(b)说明，通电导线在磁场中的受力方向与__________的方向有关．
(2)通过实验(a)和(c)说明，通电导线在磁场中的受力方向与_______的方向有关．
【答案】（1）电流 （2）磁场
类型之二： 电动机的构造及原理
【例2】（08年徐州（课改实验区））电动机是利用通电导体在 磁场 中受力的原理制成的。王鹏同学按照物理教材的要求安装了一台如图所示的直流电动机模型，图中A处的两个半圆铜环称为________；若要这台电动机反向转动，则可采用的一种方法是________________。
【解析】电动机是根据通电线圈在磁场中受力发生转动的原理工作的。而通电导体的受力方向与磁场方向和导体中电流的方向有关，因此可以通过改变磁场方向或电流方向，来改变线圈在磁场中的受力方向，也就改变了线圈的运动方向。
【答案】换向器 改变磁场方向或者改变电流方向
【变式题】为了改善室内的通风情况，实验室要安装一个能正转和反转的电风扇，现有一个直流电源，一个双刀双掷开关，一个直流电动机，风扇和电线若干，试设计一个电路图。
【解析】根据上题的思路，可以改变线圈中的电流方向来实现正转和反转。
【答案】如图所示
【拓展迁移】(08年台州自然科学)下列措施不能使电动玩具车速度加快的是（A）
A．对调电池的正负极 B．换用转速较快的电机
C．在转轴处添加润滑油 D．换用新电池提高电压
【解析】通常情况下，电动机转速的快慢与电动机线圈的匝数、线圈中电流的大小和磁场的强弱有关。对于选项A来说，只能改变电动机的转动方向。换用转速较快的电机，可以提高转速。在转轴处添加润滑油，可以减小转轴处的摩擦，也可以提高转速。提高电压，实际是增大了线圈中的电流，可以提高转速。
【答案】A
【例3】（08年湖北宜昌（课改实验区））如图所示是小华同学探究“让线圈转起来”的实验装置图。线圈能够转动的原因是_________________________，在实验中为了使线圈能持续转动，采取的办法是_________________________________________________；要想使线圈的转动方向与原来的相反，采用_____________或者____________的方法。
【解析】本题中的电动机没有换向器，却能持续转动，原理是：通电线圈在磁场中受力发生转动，当转到平衡位置时（即线圈平面处于水平），由于线圈的一根引线（如图中的a处）只刮掉了半周的绝缘层，阻碍电流通过线圈，使线圈中失去电流，线圈所受磁力消失，但在惯性和重力的作用下，线圈又接着旋转半周，周而复始，从而可以持续转动了。
【答案】通电导体在磁场中受力的作用 将线圈引线一端接触支架的绝缘层全部刮掉，另一端刮掉半周 改变电流的方向 改变磁场的方向
（四）总结反思，拓展延伸
【总结】
一、电动机的构造：
直流电动机主要由：磁铁、线圈、换器和电刷等构成。
二、磁场对电流的作用
1、磁场对通电导体具有力的作用，其作用的方向与磁场方向、电流方向有关。
2、磁场对电流产生作用的两个比不可缺少的条件是磁场和电流。
三、电动机是怎样转动的
1、原理：直流电动机是根据通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动的原理制成的。它工作时将电能转化机械能。
2、换向器的作用：每当线圈刚转过平衡位置时，自动改变通入线圈中电流的方向，使线圈连续转动。
【拓展】纯电阻电路和非纯电阻电路
纯电阻电路：指将电能全部转化为内能的电路，例如：电饭煲、电熨斗等等。
非纯电阻电路：指将电能一部分转化为内能，另一部分转化为其它形式能的电路，例如：电风扇、电吹风等等。
而电动机是利用通电线圈在磁场中受力而转动的原理制成的，因此电动机电路为非电阻电路，在计算电功和电功率时，应分别采用W＝UIt和P＝UI公式进行计算。
【例4】(2008·南京)一电动机线圈的电阻为1欧姆，线圈两端所加电压为2 V时，电流为0．8 A，电动正常工作．
(1)在求电动机正常工作1 rain所消耗的电能时，有以下两种不同的解法：
你认为哪位同学做得对．请作出判断并说明理由．
(2)求电动机正常工作1 min所转化的机械能是多少
【答案】(1)小明对．因为电动机工作时电能没有全部转化为内能，大部分电能转化为机械能，所以电动机工作时电功大于电热(或电动机的电流与电压、电阻之间的关系不满足欧姆定律)．(2)1 min内这台电动机所转化的机械能W＝W—Q＝96J一38．4 J＝57．6J
（五）当堂检测反馈
1.通电导线放置在磁场中，如图16—50所示，受到磁场力作用的是( )
【答案】ACD
2．为了使直线电动机的线圈持续转动．当线圈转过什么位置时，换向器改变其中的电流方 向( )
A．线圈平面与磁感线方向平行时
B．线圈平面与磁感线方向垂直时
C．线圈平面与磁感线方向成任意角度时
D．以上都不对
【答案】B
3．如图所示，线圈转过平衡位置时，如果不改变电流方向，则线圈（D）
A.按原方向一直转下去
B.立即停止转动
C.立即反转
D.转过一个角度后再反转，回到平衡位置
【答案】D
4．如图所示是_______基本原理结构图，指出下列各部件的名称：A是_______，B是______，E是_______，F是_______．
【答案】直流电动机 线圈 电刷 磁极 换向器
5．通电导体和通电线圈在磁场里受到力的作用而发生_______时．消耗了_______能，得到 了_______能，在这种现象里，_______能转化为_______能．
【答案】运动 电 机械 电 机械
五、资料链接
新型电磁能武器——电磁炮
根据磁场对电流产生力的原理，人们研制出了一种新型的电磁能武器——电磁炮.它的基本原理如图所示，把待发射的炮弹放置在处于强磁场中的两条平行导轨上，使炮弹通过强脉冲电流，该电流在磁场中受到强大的推力，这个推动力使炮弹的速度很快增大，然后以某一速度发射出去.
利用这个原理，我们还可发射导弹，称电磁导弹.利用这种电磁推进力，在航天技术中可以发射太空密封舱.比如发射火星探测器.如要在低空轨道里用电磁导弹发射重约500kg的火星探测器，需要约600万安培的脉冲电流和约75m长的轨道或发射架.比起用一般火箭来发射导弹，其所需费用少得多.
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