初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机教学ppt课件

这是一份初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机教学ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了教学重点，教学难点，直流电动的构造，项目提出，项目分析，电动机的材料选取，①制作线圈材料，②磁体材料，③电源，电动机的结构设计等内容，欢迎下载使用。
简易直流电动机的制作步骤(线圈绕制、引线处理、组装)；工作原理的理解(通电线圈在磁场中受力转动)；跨学科知识的综合应用(如数学计算线圈尺寸、美术设计造型)。
引线的绝缘处理(半圈打磨替代换向器)；线圈平衡与转动稳定性的调试；不同学科知识的有机融合(如物理原理与工程结构的结合)
1. 直流电动机的工作原理
通电线圈在磁场中受力转动。
电动机主要由线圈和磁体两部分组成。
3. 直流电动机为什么能连续转动
通电线圈刚过平衡位置，换向器自动改变线圈中的电流方向。通电线圈在磁场力的作用下继续转动。
　　电动机俗称“马达”，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。生活中有许多地方会用到电动机
聪明的你可以利用所学知识，制作一台简易的直流电动机吗？
　　电动机主要由线圈和磁体组成。为了方便制作一台直流电动机，我们需要考虑的方面有哪些呢？
a. 导线应具有良好的导电性和绝缘性；b. 漆包铜线是绕制电动机线圈的理想材料。
不选择普通的导线原因可能是没有绝缘层包裹，绕制线圈时铜线之间相互连通，相当于两条并联的支路，通电时电流方向相同，在相同的磁场中受力方向也相同，无法转动。
选择永磁体作为提供磁场的磁体，为了使电动机的效果更好，应选择磁性较强的磁体。
为了安全和方便，可选择常见干电池（1.5V~2V）。
①哪部分作为转子？哪部分作为定子？
线圈作为转子，磁体作为定子。
②线圈绕制的匝数多少为宜？
线圈的匝数是根据所需的电压、电流和功率来确定的。一般来说，线圈缠绕10~20圈即可。
匝数太多，可能会导致电阻偏大，电流偏小，空载转速较低，也可能使线圈发热过多；圈数太少，电路中电阻会很小，会使电路中的电流过大造成短路。
3.如何保证通电线圈能在磁场中持续转动？
①线圈能持续转动的关键在于及时改变线圈中的电流方向。
②通过使用换向器，在线圈转到平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向，使其能够持续转动。
在实际制作中如果没有换向器又该如何改变线圈中的电流方向？
③通电线圈越过平衡位置后，受到的力使线圈反向转动，此时可以把反向力去掉，线圈就可以靠惯性继续转动下去。即：在线圈越过了平衡位置后停止对线圈供电，转动半周后再继续供电，线圈就可以持续转下去了。为此，可将线圈一端的引线用小刀全部刮去漆皮，另一端只刮半周，从而保证给线圈适时供电或停电。
1.设计制作方案设计制作简易直流电动机方案，大致画出设计图。
①制作线圈：　　取一段漆包铜线，绕成约3cm×2cm的矩形线圈，缠绕约20圈作为转子。从线圈的两端各拉出约2cm的漆包线作为转轴。用小刀刮去线圈两端引线的漆皮，左端全部刮掉，右端只刮上半周或下半周。
②制作支架：用回形针或硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板或电池盒上，支架顶部能支撑柱线圈的两端，同时允许线圈自由转动。
③添加磁场：将一块强磁体固定在支架下方，确保线圈在磁体的正上方并能穿过磁场中心。（磁体不能阻挡线圈转动）。
④组装电动机：　　把线圈放在支架上，两个支架分别与电池的两极相连，给线圈通电并用手轻轻推动一下，线圈就会不停地转动。
　　闭合开关，调试自己制作的简易电动机。注意线圈两端的引线要尽量在同一直线上，避免转动时出现明显跳动，导致断开连接，若线路闭合后线圈依旧不动，可能是线圈刚好处于平衡位置或者引线有漆皮的半周接触支架，此时可以用手轻轻推动一下。
1. 请大家展示自己制作的简易直流电动机，介绍制作过程、制作过程中遇到的问题和解决方法。2. 观察哪个电动机转动得更快。它们可以带动其他装置旋转吗？3. 为什么有的小组制作的电动机模型不转动，分析原因可能有哪些？失败原因是什么？
线圈圈数太多，自身重力较大
1.（2024春•义乌市校级月考）小源同学自己动手做了一个直流电动机模型，接通电路后发现电动机不转动，可当他拔了一下线圈后，电动机就快速转了起来，造成这一情况的原因可能是（　　）A.电源电压太低B.电刷接触不良C.电源正、负极接反了D.开始时，线圈处于平衡位置了
解：当电动机的线圈处于平衡位置时，受平衡力的作用，故可能电动机不转,拔动一下后,打破平衡，电动机便转动起来，并且靠惯性能转过平衡位置,连续转动。A、B两个选项电动机始终不会转动。C选项中的电动机不会停止。故选：D。
点评：本题考查学生对电动机原理的理解程度。
2.（2024•松北区二模）小文把安装完成的直流电动机模型接入如图所示的电路中，闭合开关，电动机的转子正常转动，下列说法错误的是（　　）A.电动机的工作原理是电磁感应B.只对调磁体的N、S极能改变转子转动方向C.只对调电源的正、负极能改变转子转动方向D.滑片P向A移动，电动机的转子转动加速
解：A、电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力运动，故A错误；B、只对调磁体的N、S极,磁极方向改变，受力运动方向改变，则电动机转向改变，故B正确；C、只对调电源的正、负极，线圈中的电流的方向发生了改变，受力运动方向改变，电动机转动方向改变，故C正确；D、滑片P向A移动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则电路总电阻减小，电路电流增大，电动机转子转动加速，故D正确。故选：A。
点评：要改变通电直导线的运动方向,只能改变电流方向和磁场方向中的一个即可,两个因素不能同时改变。
3.（2025春•长兴县校级月考）利用如图所示装置研究“磁场对顺电导体的作用”①应在图甲装置中的MN之间接入_____ (填“灵敏电流计”“电源”或“灯泡”)。②如图乙所示，放在U形磁铁两极之间的铝盘的下边缘浸在液态水银中，闭合开关S，铝盘会绕水平轴0转动，其工作原理和电动机相似。电动机的工作原理是_________________________。
通电导体在磁场中受力运动
解：①因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图甲可知缺少一个电源，因此利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在MN之间接入电源；②水银是导体，放在U形磁铁两极之间的铝盘的下边缘浸在液态水银中，闭合开关S，电路中会有电流通过，铝盘在磁场中受力转动，其工作原理和电动机相似，即通电导体在磁场中受力运动，工作时的能量转化是电能转化为机械能。故答案为：①电源；②通电导体在磁场中受力运动。
点评：本题考查了电动机的原理和能量转化，属于基础题。
4. (2021•莘县模拟)如图所示用漆包线绕成矩形线圈，将线两端的漆全部刮去后放入磁场，闭合开关，由于磁场对_________的作用，线圈会转动，线圈在磁场中_____ (填“能”或“不能”)持续转动，如果将电源和开关换成小量程电流表，用手缓慢转动线圈，发现电流表的指针左右摆动，_____ (填“电动机”或“发电机”)就是根据这个原理工作的。
解：(1)闭合开关，通电线圈在磁场中能够转动，说明磁场对电流有力的作用，线圈会转动；线圈两端的漆全部刮去转到平衡位置时，由于电流的方向不能改变，所以不能持续转动。(2)将电源和开关换成小量程电流表，组成闭合电路，缓慢转动线圈，线圈在磁场中做切割磁感线运动时，电流表的指针左右摆动，说明线圈在磁场中转动时产生了感应电流，而且电流方向随时间发生变化，属于交流电，根据此原理可制成发电机。故答案为：电流有力；不能；发电。
点评：本题考查了直流电动机、发电机的工作过程,相对比较简单,属于基础题。
1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。
2.拓展性作业：你还能有其他制作简易电动机的方案吗？
①将圆形强磁铁叠在一起，与干电池负极相连。②将铜线弯折成心形，套在电池外面，进行调试使心形铜导线转动流畅。③用小刀或砂纸将心形铜导线与电池正极和负极接触部分打磨，使接触部分导电。④推动线圈，仔细调试，让线圈转动起来。