浙教版科学八年级下第4章第四节电动机（3课时）

第4节 电动机（2课时＋1课时，共3课时）
教学目标：通过演示实验，知道磁场对电流有力的作用。知道通电导线在磁场中受到力的方向与哪些元素有关。通过演示实验，知道矩形线圈在磁场中转动情况了解直流电动机的构造和工作原理，理解换向器的作用。
重点难点
重点：磁场对电流的作用，直流电动机的构造和工作原理，理解换向器的作用
难点：磁场对电流作用的现象和规律，直流电动机的构造和工作原理，理解换向器的作用
情感、态度、价值观：体验电动机中能量守恒定律。
教具准备
课件 电动机模型
教学过程
回顾：磁场的基本性质。奥斯特实验表明：电流周围存在磁场。
引入 出示电动机，闭合开关，让电动机工作－－电动机提升重物。问电动机工作时，能是如何转化的？－－电能转化为机械能。其实电动机也是利用了电和磁的原理制成的。那么，通电后电动机怎么会转动起来呢？
实验 磁场对通电导线的作用
一、磁场对通电导线和线圈的作用
1、磁场对通电导线的作用：
(1)当合上开关使导线AB通电时，实验现象：原来静止在导轨上的导体AB会沿导轨运动（发生运动）。实验表明：通电导体在磁场中要受到力的作用（或磁场对通电导体有力的作用。）。（可讲成：磁场对电流的作用。）//通电导体在磁场中受力运动的过程，消耗了电能，得到了机械能，是将电能转化为机械能的过程。
提问：若导体不通电，会不会受到磁力的作用？答：不会。
提问：有那些结构：电源、导线、开关、磁体。
(2)如果我们要使金属棒AB向相反方向运动，可采取两种方法。方法一：可以保持磁场方向不变的情况下，改变电流方向；方法二：保持电流方向不变的情况下，改变磁场方向。
*若同时改变磁场方向和电流方向，则金属棒AB的运动方向不变。
改变电流方向或磁铁的磁极方向时，实验现象：导体AB的运动方向发生改变。 实验现象分析：导体AB的运动方向改变，说明导体AB所受力的方向发生改变。表示磁场对导体AB的作用力的方向发生改变。即通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向（磁场方向）有关。
*通电导体在磁场中运动方向改变，即通电导体在磁场中受力方向发生了改变。
提问：要改变通电导体在磁场中受力方向（运动方向），可以采用的方法是什么？答：改变磁场方向（磁感线方向）--（将两磁极对换位置）或通电导体中的电流方向--（对调电源正负极）。//若同时改变电流方向和磁场方向（磁感线方向）线圈受力方向如何改变？答：线圈受力方向不变。（例题见红本43页第3题）
☆【思考】磁场为什么会对电流产生作用？通电导体中有电流通过。
由奥斯特实验知，电流周围存在磁场，可把通电导体看成一个磁体，当通电导体与磁体接近时，它们之间相互作用通过磁场发生。因此磁场对电流的作用，其实也是磁体和磁体之间通过磁场而发生的作用。所以通电导体在磁场中受到的力叫做磁力。
//拓展：放在磁场中受到磁力作用的物体有：磁体如条形磁铁；通电导体如通电直导线、通电螺线管等。//
◇左手定则：⑴判断导体受力方向、电流方向及磁场方向这三者之间的关系。
⑵展开左手，使四指与拇指垂直，让磁感线垂直穿过手心（手掌心对着北极N），四指代表电流方向，拇指代表导体受力方向。即三个方向磁感线方向、电流I方向、所受磁力F方向两两垂直。即电流方向与磁场方向垂直，电流方向与导体受力F方向垂直，导体受力F方向与磁场方向垂直。
⑶提问：放在磁场里的通电直导线一定会受到磁力的作用吗？答：不一定。即通电导体中电流方向与磁场方向一致或反向时（电流方向与磁场方向平行），不受磁场力的作用。
*延伸：通电导体在磁场中什么时候一定会受到磁力作用？答：电流方向与磁感线方向不平行。
*奥斯特实验中如果小磁针偏转不明显，要使小磁针偏转明显的方法是①增大导体中的电流②增加通电导线的条数。
*复习提问：平衡力的条件？相互作用的两个力的特点？力的作用效果？答一对平衡力力的大小相等（即等大）、力的方向相反（即反向）、两个力 的作用线在同一条直线上（即共线）
、两个力作用在同一个物体上（即同物）。//作用力的特点是等大、反向、共线、异物（相互作用的两个力分别作用在两个不同的物体上）
2场对通电线圈的作用：
（1）通电线圈处于（a）位置－－线圈平面与磁场平行时，线圈发生转动。 通电线圈处于（b）位置－－线圈平面与磁场垂直时，线圈不发生转动。通电线圈在磁场中为什么在（a）位置会发生转动？转到什么位置会停下来，为什么？在（b）位置为什么不发生转动？
分析：如图4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（a）位置转过90°到（b）位置时，两个恰好在同一直线上，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（b）叫做平衡位置，此时线圈的平面恰与磁感线垂直。
○提问：什么叫线圈的平衡位置。答到一对平衡力作用。此时通电线圈平面与磁场方向垂直。
（2）通电线圈转到平衡位置时，为什么不立即停下来，而是在位置附近摆地动几下才停下来？－－通电线圈转到平衡位置前具有一定速度，由于惯性它会继续向前运动，但由于这时受到的磁场力及摩擦力等又会使它返回平衡位置，所以它要摆动几下后再停下来。
二、直流电动机。
直流电：电流方向保持不变的电路。如化学电池。干电池、蓄电池。
第1利用直流电源供电的电动机称为支流电动机。
第2通电线圈在磁场受力的作用而发生转动。
*延伸：电动机的能量转化是：电能转化为机械能。（通电之后，线圈转动起来。通电，即消耗了电能，线圈转动起来，说明线圈获得了机械能。）
第3构造：主要由能够转动的转子（线圈）、固定不动的定子（磁铁）、换向器EF（半圆形金属环，连在线圈上。）和电刷AB（是金属片，连在电路中，能与换向器接触。固定不变）等构成。换向器是固定在线圈转动轴上的两个彼此绝缘的半圆形金属环组成。线圈两端分别与两个金属环相接，电流通过电刷、金属环流入线圈。
*换向器EF（半圆形金属环）和电刷AB，是否始终是换向器E与电刷B接触，换向器F 与电刷A接触的？答不是。当线圈abcd在如左图位置时，是E 与B接触，F 与A接触；当线圈转过180度时，电刷B就与换向器F接触。电刷A就与换向器E接触。
*换向器的作用：每当线圈转过平衡位置时，就能立即自动改变线圈中的电流方向，而使线圈不停地转动。让通电线圈在磁场中连续转动。
◇转动方向问题：要改变线圈转动方向，就要改变电流方向或磁场方向。改变电流方向，只需对调电源的正负极（电池正负极接反）。改变磁场方向，需要改变磁铁南北极（磁体的极性倒过来。）。//但若将电源正负极和磁铁南北两极都同时对调，即同时改变电流方向和磁场方向，电动机线圈受力方向不变，即线圈的转动方向不变。
◇转速问题：增大转速①增大电流（如何改变？）。②使磁体的磁性增强。③换用新电池提高电压。④在转轴处添加润滑油。（能减小有害摩擦）；减小转速：①减小电流。②使磁体的磁性减弱。//调节滑动变阻器，改变电流大小。
◇电动机转动不起原因：①电刷与换向器接触不良②接线柱接线不良③转子和定子的摩擦力太大④电池没电了。延伸：若开始时不转，拨动一下转子后线圈转子就正常转动起来，则该电动机模型开始时不转的原因是：线圈刚好位于平衡位置。（分析：由于电动机的线圈在平衡位置时手平衡力的作用，所以拨动了一下离开平衡位置，电动机便转动起来。）
第4能量转化：工作时，将电能转化为机械能。根据能量守恒定律，在转化过程中能的总量保持不变。
第5电动机的优点：①通、断电迅速，起止速度快。
②改变电流的大小和方向容易，倒转和变速方便③与热机相比，效率高，污染小（无噪声、无尾气排放）、质量小。
#哪些家用电器有电动机：洗衣机、电冰箱、电风扇、电动剃须刀、电锯等。
三、交流电动机：交流电：电流方向周期性改变的电路。如家庭电路。
1例子：电冰箱、电风扇、电吹风。
○问题 ：怎样使线圈在转过平衡位置后继续沿原来的方向转动下去？
1．直流电动机靠直流电源供电，是利用通电线圈在磁场里受到力的作用而转动的现象制成的，是把电能转化为机械能的装置。
　　2．直流电动机主要由磁铁和线圈组成，此外还有换向器、电刷等。
　　3．换向器的作用：每当线圈转过平衡位置时，它能自动改变线圈中的电流方向。(1)“换向器”是怎样实现“换向”的？
用直流电源给处在磁场中的线圈通电时，要使线圈能绕轴连续转动的关键，在于使线圈一到平衡位置就能自动改变线圈中的电流方向，“换向器”就是能完成这一任务的装置。
①“换向器”由两个半铜环组成。②两个半铜环的开口处（即绝缘处）安装。
③当线圈由于惯性稍稍转过平衡位置时，能交换电刷与换向器的半铜环的接触，从而改变了线圈中的电流方向和受力方向，使线圈仍能按原来的绕向转动
(2)直流电动机和交流发电机的区别。
　
学生实验：安装直流电动机模型
1．直流电动机模型的安装顺序是从内到外，从下到上的。具体顺序是支架→线圈（转子）→电刷→磁极（定子）。安装直流电动机模型的要点：
①应按一定次序安装； ②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安装完毕后用手拨一下转子，观察其运转是否良好，否则应加以调试。2．改变直流电动机转动方向的方法：改变通过线圈的电流的方向（对调电源两极）或者改变磁感线方向（对调磁铁的两极）。3．改变转速的方法：改变线圈中电流的大小。
4．实验步骤：
①仔细观察换向器，弄清换向器的作用；②安装直流电动机模型；③画出有关电路图，并按图连接电路；④经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机转动情况；⑤按下表进行实验，把结论填入表中。
小结 1、电动机原理：通电线圈在磁场里受力而转动2、直流电动机：利用直流电源供电的电动机叫直流电动机3、直流电动机的组成：模型：由磁体、线圈、换向器和电刷组成 实际的电动机由转子和定子两个基本部分组成 4、换向器的结构和作用：结构：由两个半环构成 作用：每当线圈转过平衡位置，自动改变线圈中电流的方向 5、能量转化：电动机工作时把电能转化为机械能
教学反思：1直流电动机中，把永磁体换成电磁铁，若电磁线圈与电刷并联，合用一个电源，则当改变电源正负接线时，转子转向是否会改变？为什么？
答：不会。因为电磁铁中线圈的电流与转子线圈电流方向同时改变，即磁场方向与电流方向同时改变，则可判断转动方向不会改变。
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