初中物理探究电动机转动的原理备课教学案例

17.2　探究电动机转动的原理

◇教学目标◇

【知识与技能】

1.了解通电导体在磁场中会受到力的作用,知道力的方向跟电流方向和磁场方向有关。

2.了解直流电动机的工作原理,知道换向器的结构及作用。

【过程与方法】

1.通过实验探究磁场对电流的作用和换向器的作用,学会科学探究的方法。

2.学会运用控制变量的方法设计并进行实验,探究影响通电导体在磁场中受力方向的因素。

【情感·态度·价值观】

通过学习换向器和电动机的工作原理,感悟科学、技术发展对社会进步带来的影响。

◇教学重难点◇

【教学重点】

1.通电导体在磁场中受力方向的影响因素。

2.电动机的工作原理及换向器的作用。

【教学难点】

电动机的工作原理。

◇教学过程◇

一、新课导入

通过上节课的学习,我们提出了电动机转动的原因的猜想。今天我们就来探究它的原理。

二、教学步骤

探究点1　探究磁场对电流的作用

[思考]还能回忆上节课探究磁场对电流作用的实验方案吗?

[阅读课本]P26“在上一节……(2)如果将蹄形磁铁移开,通电金属棒AB还会动吗?这个现象说明什么?”

[思考]你认为课本P26图17-7的三种方案,哪一种方案较好?

[提示]图17-7中的(b)实验装置较好。(c)装置不够简便;(a)装置在闭合开关后,需立即断开,因为闭合开关时电路处于短路状态;(b)装置简便、易操作、可调节电路中电流的大小、易于观察探究。

[思考]闭合开关,蹄形磁体中的金属棒AB是否能动起来?使金属棒动起来的原因是什么?

[提示]金属棒AB在磁场中能动起来是因为通电后金属棒受到了磁场的作用力。

[思考]如果将蹄形磁体移开,通电金属棒AB还会动吗?这个现象说明了什么?

[提示]不会动了。这个现象说明磁场对电流有力的作用,物理学上就叫做磁场对电流的作用,这也就是电动机的基本原理。

[习题]一次家庭探究活动中,小华把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间,惊讶地发现灯丝突然晃动起来。关于这种现象,下列说法正确的是 (　　)

A.灯丝晃动是一种电流的热效应

B.灯丝晃动是内能转化成了机械能

C.磁体对钨这种材料有吸引作用

D.灯丝晃动是磁场对电流的作用

[分析]有电流通过的灯丝置于磁场中晃动,体现了通电导体在磁场中受到力的作用,A、C项错误,D项正确;在这个过程中,电能转化为机械能,B项错误。

[答案]D

[阅读课本]P27“(3)改变电流方向……方向都有关系。”

[思考]这一探究活动中,用了什么实验方法?

[提示]探究电流方向对通电导体在磁场中的受力方向的影响时,控制磁场方向不变;探究磁场方向对通电导体在磁场中的受力方向的影响时,控制电流方向不变。所以在探究过程中,运用了控制变量法。

[思考]通电导体在磁场中受力的作用,力的方向与哪些因素有关?

[提示]通电导体在磁场中受力的作用,受力方向跟磁场方向和电流方向有关。

[思考]实验中能量是怎样转化的?

[提示]实验中的能量转化:电能转化为机械能。

[习题]如图是演示“通电导体在磁场中运动”的实验装置。给金属棒ab通电,观察到ab运动起来。

(1)此实验现象说明　; 

　　　　机就是利用这个原理制成的,其在工作过程中将　　　　能转化为　　　　能。 

(2)实验中将磁极对调,观察金属棒ab的运动情况,这样操作是为了探究 

　　　　。 

(3)这个实验的结论是通电导体在磁场中受力的方向与　　　　方向和　　　　方向有关。 

[答案](1)磁场对通电导体有力的作用　电动　电　机械　(2)通电导体在磁场中受力方向与磁场方向的关系　(3)磁场　电流

[阅读课本]P27“你能用上述结论……此时线圈的平面恰好与磁感线垂直。”

[思考]在教材图17-8(a)中,线圈红色边和绿色边受力的方向为什么不同?此时线圈将沿顺时针方向转动,还是沿逆时针方向转动?

[提示]通电后,线圈两边磁场方向相同,电流方向不同,其受力方向相反。根据两边的受力情况可知,线圈将沿顺时针转动。

[思考]当线圈转动到17-8(b)的位置时,线圈红色边和绿色边受到的两个力是否平衡,为什么?

[提示]当圈转动到17-8(b)的位置时,线圈红色边和绿色边受到的两个力是一对平衡力,因为它们大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、作用在同一物体上。这一位置叫做平衡位置(线圈平面和磁感线垂直时的位置)。

[思考]当线圈转动到17-8(b)的位置时,由于惯性,会稍转过平衡位置,这时线圈红色边和绿色边受到的两个力的方向改变了吗?线圈会怎样运动?

[提示]这两条边受到的力的方向没有变化,因为这两条边的电流方向和磁场方向都没发生改变。线圈在平衡位置来回摆动几次就停下来了。

探究点2　换向器的作用

[思考]怎样能使线圈在磁场中持续转动下去呢?

[阅读课本]P27“当线圈由于惯性刚越过平衡位置时……装置叫做换向器。”

[思考]能够使线圈持续转动下去的装置叫什么?

[提示]当线圈由于惯性越过平衡位置时,如果立即改变线圈中的电流方向,线圈就能够继续转动下去。在电动机中完成这一任务的装置叫做换向器。

[阅读课本]P28“活动2　探究换向器的作用……使线圈继续转动下去。”

[思考]换向器是怎样改变线圈中电流的方向的?

[提示]在电动机电源的引入处有一个“小机关”——换向器,它是由彼此绝缘的两个金属半圆环组成的。换向器的两个半圆环分别跟线圈的两端相连接,并通过电刷接到电源的两极上。当线圈越过平衡位置时,由于换向器的作用,线圈中电流的方向发生了改变,使线圈能够继续转动下去。

[习题]有关直流电动机中换向器的作用,下列说法正确的是 (　　)

A.当线圈平面与磁感线平行时,自动改变电流方向

B.当线圈平面与磁感线垂直时,自动改变电流方向

C.当线圈平面与磁感线平行时,自动改变磁感线的方向

D.当线圈平面与磁感线平行时,自动改变线圈转动方向

[分析]换向器的作用:线圈转到与磁感线垂直的位置时,自动改变线圈中的电流方向,使得线圈持续转动;且线圈在到达平衡位置前是处于运动状态的,故由于惯性能越过平衡位置,再利用换向器的作用使得其持续转动。综上所述,B项正确。

[答案]B

探究点3　电动机的工作原理

[阅读课本]P28“通过活动我们……叫做直流电动机。”

[思考]电动机是根据什么原理制成的?

[提示]电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。用直流电源供电的电动机叫做直流电动机。

[阅读课本]P28~29“请参照图17-10……还有什么补充?”

[思考]直流电动机的工作原理是什么?

[提示]直流电动机的基本工作原理:通电导体在磁场中受到力的作用而使线圈转动,同时用换向器及时改变线圈中电流的方向,以保持线圈的持续转动。

[思考]磁场对通电导体作用原理的应用十分广泛,你能举例说明吗?

[提示]磁电式电流仪表、动圈式扬声器、电动玩具和机器人等都应用了这一原理。

[阅读课本]P29“STS　不同功能的电动机”

[思考]你认为电动机有哪些优点呢?

[提示]电动机具有构造简单、造价低、效率高、操作方便、污染小等优点。

[习题]如图是实验室电流表内部结构图,处在磁场中的线圈有电流通过时,线圈会带动指针一起偏转,线圈中的电流越大,指针偏转角度越大,关于该现象下列说法中正确的是 (　　)

A.该装置利用了电磁感应原理

B.该装置工作原理与电动机工作原理相同

C.改变线圈中的电流方向,指针转动方向不变

D.线圈中的电流变大,线圈周围的磁场强弱不变

[分析]通过电流表的内部构造可知电流表的工作原理:通电线圈在磁场中受力而转动,并且电流越大,线圈受到的力越大,其转动的幅度越大,A项错误,B项正确;改变线圈中的电流方向,其转动方向会发生改变,C项错误;通电导线周围有磁场,电流越大,线圈周围的磁场越强,D项错误。

[答案]B

三、板书设计

17.2　探究电动机转动的原理

1.探究磁场对电流的作用

(1)结论

(2)受力方向的影响因素

(3)能量转化

2.换向器的作用

(1)结构

(2)作用

　　3.电动机工作原理

(1)制成原理

(2)工作原理

(3)应用

◇教学反思◇

本节的教学应以实验为主,让学生自己动手操作,掌握知识,提高学习兴趣。换向器的作用及工作过程难以理解,可采用实物教学和多媒体模拟相结合的方法。