沪粤版（2024）九年级下册（2024）17.2 电动机转动的原理教学设计

这是一份沪粤版（2024）九年级下册（2024）17.2 电动机转动的原理教学设计，共4页。教案主要包含了情境引入，新课教学，电动机的工作原理等内容，欢迎下载使用。
1．物理观念：
(1)知道通电导线在磁场中会受到力的作用，知道力的方向与电流方向和磁场方向有关。
(2)了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。
(3)知道换向器的工作原理。
(4)知道动圈式扬声器的结构和原理。
2．科学思维：
(1)在探究线圈在磁场中受力过程时，尝试通过分析和实践的方式解决通电线圈在平衡位置停止转动的问题。
(2)通过对直流电动机的工作原理及其能量转化的探究，能根据扬声器的工作原理推理其能量转化。
3．科学探究：
(1)通过观察通电导体在磁场中受力的情况，说出控制变量法在实验中的应用，并分析总结影响导体运动方向的因素。
(2)通过观察通电线圈在磁场中转动的情况，认识解决线圈连续转动的方法，了解换向器的工作原理。
4．科学态度与责任：
通过经历模拟电动机的制作过程，了解物理知识如何转化成实际技术应用，激发学生思维，提升物理学习的兴趣，并使学生在此过程中体验获取知识、探究新事物的方法。
教学重点：磁场对电流的作用。
教学难点：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；理解通电线圈在磁场里为什么会转动。
电源，蹄形磁铁，条形磁铁，开关，导线，铜棒(导体)，滑动变阻器，线圈，导轨。
一、情境引入
1．磁场的基本性质是什么？磁场对放入其中的磁体产生力的作用。
2．电流的磁效应是什么？通电导体周围存在着磁场，磁场的方向跟电流的方向有关，这种情况叫做电流的磁效应。
播放课件：播放有关电动机的动画。
分别闭合开关(2个方向)和调节滑动变阻器，观察电动机和车轮的旋转方向，由学生描述并猜测出现这种现象的原因。
电动机为什么会转呢？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。磁场对电流有没有力的作用呢？
我们知道生产和生活中的许多电器都需要电动机来带动，下面我们就来研究电动机的工作原理。
二、新课教学
探究点一：探究磁场中的通电导体受到的作用力
1．如上图，把导体ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导体ab，观察它的运动状况，说出观察到的现象，讨论得出结论。
现象：闭合开关，导体ab向外运动。
结论：通电导体在磁场中受到力的作用。
2．把电源的正、负极对调后接入电路，使通过导体ab的电流方向与原来相反，观察导体ab的运动方向。
现象：闭合开关，导体ab向里运动，与刚才运动方向相反。
结论：这说明通电导体在磁场中受到的力的方向与电流通过导体的方向有关。
3．保持导体ab中的电流方向不变，但把蹄形磁铁上下磁极调换一下，使磁场方向与原来相反，观察导体ab的运动方向。
现象：磁极调换后观察到导体ab的运动方向改变。
结论：这表明通电导体在磁场中运动方向与磁场方向有关。
实验表明：通电导体在磁场中会受到磁场对它的作用力，力的方向跟磁场的方向和导体中电流的方向都有关系，当电流的方向或者磁感线的方向变为相反时，通电导线受力的方向也变为相反。
引导：当电流方向或者磁感线方向变为相反时，通电导体受力方向也变为相反。那么，把一个通电的线框放到磁场中，它会怎样运动？想一想，做做看。
接通电源，线圈在磁场里发生转动，但转动不能持续下去，转90°角摆几下就停了。怎么解释这一现象呢？看演示。
演示：使线圈位于磁体两磁极间的磁场中。
1．使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，观察现象。
现象：发现线圈没有运动。
原因：这是由于线圈ab、cd两个边受力大小一样，方向相反且在同一条直线上的原因，这个位置是线圈的平衡位置。
2．使线圈静止在图甲位置上，闭合开关，观察现象。
现象：线圈沿顺时针方向转动。
结论：线圈在此位置所受力使其沿顺时针方向转动。可是线圈能靠惯性越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。为什么会返回呢？
3．看图丙，使线圈静止在这个位置上，这是刚才线圈冲过平衡位置以后所到达的地方，闭合开关，观察现象。
现象：线圈向逆时针方向转动。
结论：这说明线圈在这个位置所受力是阻碍它沿顺时针方向转动的，这也就使线圈返回平衡位置。
那怎样才能使通电线圈在磁场中持续转动呢？
探究点二：换向器的作用
通过仔细观察电动机的结构我们发现，在电动机上电源的引入处还有一个“小机关”，这就是换向器。
换向器的构造：两个铜半环分别跟线圈两端相连，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动。A和B是电刷，它们跟半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，如图。
换向器的作用：当线圈刚刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。
探究点三：电动机的工作原理
通过前面的学习我们知道，电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。我们把用直流电源供电的电动机叫做直流电动机。那么电动机的工作过程是怎样的呢？
如图甲所示，线圈处于此位置时，电流从电刷4→半环2→线圈→半环1→电刷3。线圈的c边受到一个向上的力，a边受到一个向下的力，线圈沿逆时针方向转动。
如图乙所示，线圈转至平衡位置时，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中无电流，不再受力的作用。由于惯性，线圈会越过平衡位置转动。
如图丙所示，线圈越过平衡位置后，电流从电刷4→半环1→线圈→半环2→电刷3。线圈的c边受到一个向下的力，a边受到一个向上的力，线圈仍绕轴沿逆时针方向转动。当线圈再次转到图甲中的位置时，又重复前面的过程，这样直流电动机就可以持续转动了。
概括地说，直流电动机的工作原理是：通电导体在磁场中受到力的作用使线圈转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，以保持线圈的持续转动。
播放动画：电动机原理
磁场对通电导体作用的应用十分广泛，除了电动机，磁电式电流仪表和动圈式扬声器(喇叭)也应用了相关原理。
介绍：扬声器的结构示意图及发声原理。
指导阅读课本P31“不同功能的电动机”。
拓展：实际的直流电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上。除直流电动机外，生活中还经常用到交流电动机，交流电动机也是利用通电导体在磁场中受力来运转的。
电动机工作实质是将电能转化为机械能。电动机的优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小、无污染。
17．2 电动机转动的原理
一、探究磁场中的通电导体受到的作用力
1．通电导体在磁场中受到力的作用。
2．通电导体在磁场中受力的方向，跟电流方向和磁场的方向有关。
二、换向器的作用
三、电动机的工作原理
通电导体在磁场中受到力的作用使线圈转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，以保持线圈的持续转动。
本节内容是由两部分组成，一是“磁场对通电导体的作用”的实验，二是“电动机的工作原理”。在设计实验上，我首先通过实验来与学生互动，让学生在实验中观察现象，进而得出磁场对通电导体有力的作用以及通电导体在磁场中受到的力的方向与电流通过导体的方向和磁感线的方向有关。在处理电动机的工作原理时，由于这一部分知识比较抽象，我把多匝线圈分解为通电的一匝长方形线圈导线，这对学生来说就化抽象为形象、化复杂为简单，就很容易接受了。但线圈在磁场中不能够持续转动，怎么办？此时让学生出谋划策，这样就使得学生在不知不觉中接受了换向器这一知识点。从而使整个教学过程连贯、循序渐进。