14.6 直流电动机
导学目标
1.知道直流电动机的原理和主要构造；
2.知道换向器在直流电动机中的作用；
3.了解直流电动机的优点及其应用；
4.了解物理知识如何转化成实际技术应用。
重点：直流电动机的原理
难点：换向器的作用
自主学习：
1.直流电动机的工作原理是 。直流电动机中的线圈转动一圈，线圈中的电流方向改变 次。
2.直流电动机中换向器的作用是：每当线圈转过 时，换向器就自动 ，使线圈可以持续地转动下去。
3.要改变通电线圈在磁场中的转动方向，可以通过改变 或 来实现。
4.实用的电动机是人类在电动机内设计了 组线圈、 组换向器。这样就保证了每次启动时总有一组线圈受力（处于非平衡位置）而自行转动。与热机相比，电动机具
等优点。
合作探究
一、直流电动机的工作原理
1.观察演示实验：图14-45，思考线圈为什么会转动？
结合上图用动画进行分析：
当线圈通电时，上下两个对应边中的电流方向 ，根据左手定则，上面和下面两条边的受力方向一个向 一个向 ，受力方向 ，但是，这两个力不在通一条直线上，不符合平衡力的条件，是 的力，因此，线圈就转动了起来。
因此：直流电动机的原理是： 在 中受力转动。
2.线圈为什么不会连续的转下去？
当转过90°角时，这两个力变成在 直线上，是一对 力，线圈如果一开始就在这个位置，通电后是 转动的，这个位置叫做平衡位置。但是线圈启动起来后，由于 会使线圈冲过平衡位置，继续转动，当线圈进入另一半周后，由于电流方向和磁场方向均没有改变，此时的受力 了线圈的转动，所以线圈不能再沿原来的顺时针方向转动，而要反过来沿 时针方向转动，所以线圈就只能在平衡位置附近摆动了。
3.怎样使线圈连续的转动下去
观察教师演示可以连续转动的小电动机，认识换向器的形状。
课件展示：电动机的连续转动过程。
归纳：图甲电源为直流电源，线圈通电时，dc边受到向下的力，ab边受到向上的力，是非平衡的力，因此会顺时针转动90°角，转到图乙时，虽然线圈受到平衡力，但是由于惯性会冲过平衡位置，转过90°角，到达图丙位置，由于 的存在，这时dc边受到向 的力，ab边受到向 的力，继续会 时针转动90°角，转到图丁，此时线圈由于惯性，又冲过去到达图甲的位置。
总结：换向器的作用是，当通电线圈刚转过平衡位置时，能 线圈中的电流方向，使线圈持续转动下去。
当堂达标：
1.直流电动机中换向器的作用是：每当线圈转过 时，换向器就自动 ，使线圈可以持续地转动下去。
2.要改变通电线圈在磁场中的转动方向，可以通过改变 或 来实现。
3.直流电动机中的线圈转动一圈，线圈中的电流方向改变 次，，有 个平衡位置。
4.在安装直流电动机模型的实验中，为了改变电动机的转动方向，可采取的措施是 ( )
A．改变磁场的强弱
B．改变电流的大小
C．只改变电流方向或只改变磁场方向
D．同时改变电流方向和磁场方向
5.在安装直流电动机模型的实验中，接好电路，合上开关后，发现电动机不转，若轻推一下线圈，电动机马上就转起来，刚开始时不转的原因可能是( ) A．磁铁和磁性不强
B．通过线圈的电流太小了 C．电动机线圈平面恰好处在平衡位置
D．电刷与换向器之间的摩擦太大
6.不会影响电动机转动方向的因素是（ ）
A．导体的电阻 B．磁场方向
C．导体中电流方向 D．把电源两极对调
7.（多选）可以改变直流电动机转动速度的方法是 ( )
A．用较强的交流电当电源
B．改变电流方向，同时改变电动机的磁场方向
C．对调电动机磁铁的磁极，不改变通入线圈的电流方向
D．升高或降低供电电源的电压
我的收获
14.6 直流电动机
一、知识与技能
1.知道直流电动机的原理和主要构造.
2.知道换向器在直流电动机中的作用.
3.了解直流电动机的优点及其应用.
二、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.
三、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.
【重点难点】
重点:直流电动机的原理.
难点:换向器的作用.
【新课导入】
导入1:情景导入
师:同学们好!我们先来欣赏一些图片(用多媒体展示机床、电梯、电扇、电动玩具、冰箱等使用电动机的电器,并播放它们由停止到运转的状态),这些图片里的东西有什么共同的特点?
生甲:它们都是电器.
生乙:它们的运转都需要用到电.
生丙:它们都是靠电动机来转动的.
师:这些同学都说得很好.(课件显示电扇、电梯、电动玩具的结构图,并圈出电动机的位置)这些机器都有一个很重要的设备——电动机.
师:这节课学习电动机的相关知识.
导入2:复习导入
复习提问:上一节课学习了哪些知识?
如果把通电导线做成线圈放在磁场中,会有什么现象发生呢?请观察下面的实验.
导入3:直接导入
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.
【课堂探究】
一、直流电动机的原理
演示实验1:如(教材)图1445,看到什么现象?
小组交流思考:
(1)线圈为什么会转动?
结合上图用动画进行分析:
当线圈通电时,上下两个对应边中的电流方向相反,根据左手定则,上面和下面两条边的受力方向一个向里一个向外,受力方向相反,但是,这两个力不在同一条直线上,不符合平衡力的条件,是非平衡的力,因此,线圈就转动了起来.如图所示,由于通电线圈的两条对边中电流方向相反,它们在磁场中受到磁场力的方向相反且不在一条直线上,在这两个力作用下线圈会发生转动.当线圈从图示位置转过90°时,这两个力恰好在同一直线上,而且大小相等、方向相反,是平衡力.线圈在这对平衡力作用下可以在该位置保持静止.线圈的这一位置叫做平衡位置,此时线圈的平面恰与磁感线垂直.
板书:直流电动机的原理:通电线圈在磁场中受力转动.
(2)线圈为什么不会连续转下去?
小组交流讨论:
当转过90°角时,这两个力变成在同一条直线上,是一对平衡力,线圈如果一开始就在这个位置,通电后是不会转动的,这个位置叫做平衡位置.但是线圈启动起来后,由于惯性会使线圈冲过平衡位置,继续转动,当线圈进入另一半周后,由于电流方向和磁场方向均没有改变,此时的受力阻碍了线圈的转动,所以线圈不能再沿原来的方向转动,而要反向转动,所以线圈就只能在平衡位置附近摆动了.
演示实验2:如(教材)图1446,先介绍这个电动机的构造,重点是“换向器”,由两个半铜环组成.
(1)为什么这种装置能够使线圈连续转动?
(2)换向器和电刷起了什么作用?
小组交流讨论(教材)图1447的四幅图的线圈通电和受力情况,认识换向器和电刷的作用.
课件展示:电动机的连续转动过程.
归纳:图(甲)电源为直流电源,线圈通电时,dc边受到向下的力,ab边受到向上的力,是非平衡的力,因此会顺时针转动90°角,转到图(乙)时,虽然线圈受到平衡力,但是由于惯性会冲过平衡位置,转过90°角,由于换向器的存在,这时dc边受到向上的力,ab边受到向下的力,到达图(丙)位置,继续顺时针转动90°角,转到图(丁),此时线圈由于惯性和换向器的存在,又冲过去到达图(甲)的位置.
总结:换向器的作用是,当通电线圈刚转过平衡位置时,能自动改变线圈中的电流方向,使线圈持续转动下去.
二、实用的电动机
阅读课本,自学并回答下列问题:
1.电动机由什么组成?认识(教材)图1448电动机的结构.
2.电动机的优点有哪些?
3.直流电动机和交流电动机有什么区别?分别列举几个应用实例.
4.电动机中的能量转化如何?
归纳:实用的电动机是人类在电动机内设计了多组线圈、多组换向器.这样就保证了每次启动时总有一组线圈受力(处于非平衡位置)而自行转动.与热机相比,电动机具有构造简单、操作方便、效率高、无污染等优点.
1.电动机的工作原理是 通电线圈在磁场中受力转动 ,电动机在工作过程中 电 能转化为 机械 能.?
2.最简单的直流电动机的换向器是 当通电线圈刚转过平衡位置时,能自动改变线圈中的电流方向 ,以便电动机能够连续转动.?
3.电动车作为节能、环保的代步工具已经进入千家万户.电动自行车的“心脏”是电动机,它是利用通电线圈在 磁场 中受力转动的原理工作的,车把上的“调速转把”相当于我们学过的 滑动变阻器 (填一电学器材名称),拧动“调速转把”可以改变电动机中的 电流 大小,从而改变电动机的转速.?
4.如图所示的线圈abcd位于磁场中:
(1)通电后,cd段导线的电流方向 由c到d (选填“由c到d”或“由d到c”).?
(2)cd段导线受磁场力的方向如图所示,在图中画出ab段导线受磁场力的方向.
答案:如图所示
5.物理兴趣小组在装配直流电动机模型后参加班级的实践成果展示交流会,电动机经过检查,一切都按要求安装完毕后,排除接触不良、短路及磁铁没有磁性、电源没有电压等各种原因后,接通电源仍不能转动.小佳同学用手去旋转线圈,刚一旋转,电动机就立即持续转动起来,则原来电动机不转动的原因可能是( C )
A.电动机轴生锈而被卡住了
B.转轴没润滑油转不动
C.线圈所处的位置对它的转动有影响
D.线圈转动要靠外力
电风扇的构造和工作原理
电风扇的主要部件是交流电动机.电风扇的转子由磁铁、扇叶、轴组成;它的定子由硅钢片、线轴和轴承组成.电风扇的控制电路是由IC感应磁铁和磁铁电机经由电路控制其线圈导通而产生的内部激磁使得转子旋转.
电风扇的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动.能量的转化形式是电能主要转化为机械能,同时由于线圈有电阻,所以不可避免的有一部分电能要转化为内能.通电产生一个旋转的磁场来带动转子转动.
电扇里有单相电机,通过启动电容移相作用,将单相交流电分离出另一相相位差90度的交流电.将这两相交流电分别送入两组或四组电机线圈绕组,就在电机内形成旋转的磁场,旋转磁场在电机转子内产生感应电流,感应电流产生的磁场与旋转磁场方向相反,被旋转磁场推拉进入旋转状态.
