人教版九年级物理第二十章第4节电动机第2课时(焦红云)

第2课时[导入新课]复习提问：①磁场对通电导线有什么作用？通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线的方向有关。②通电线圈在磁场中会怎样？通电线圈在磁场中会发生转动。上节课我们制作了一个小电动机，模拟了电动机转动时的情况。这节课我们看看真正的电动机是怎样工作的。[推进新课]二、电动机的基本构造1．电动机的构造展示：直流电动机模型如右图，让学生观察其结构。得出：电动机是由能转动的线圈和固定不动的磁体组成的。我们把它们叫做转子和定子。2．电动机的原理[来源:学科网]探究实验：利用自制的小小电动机重做让线圈转动的实验，然后将线圈两端引线的漆皮全部刮掉，接通电源，观察现象。现象：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。提出问题：为什么会出现这种情况呢？难道是我们上节课的结论有错误？演示实验：如下图，分三步做实验，让学生观察。(1)使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，观察。现象：发现线圈没有运动。分析得出：这是由于线圈ab、cd两个边受力大小一样、方向相反的原因，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：线圈受力沿顺时针方向转动，但越过平衡位置后，不能继续转下去。分析得出：线圈受力发生转动。[来源:学*科*网]引导提问：当越过平衡位置后，为什么不能继续转下去，最后要返回平衡位置呢？(3)使线圈静止在图丙这个位置上，闭合开关，观察。现象：线圈向逆时针方向转动。分析得出：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。结论：线圈通电，在磁场中受力发生转动，当转过平衡位置时，由于惯性继续转动，但这时线圈受到使它反向转动的力而回摆，所以摆几下就停了。(教学说明：提出问题后，引导学生观察演示实验，可采取边演示边引导的方法。在演示的同时要用多媒体将上图展示给学生，以帮助学生分析。)3．换向器提出问题：①想一想，在我们制作的小小电动机探究实验中，引线一端刮去半周有什么作用？②线圈为什么能连续转动呢？思考得出：①刮去的通电，没刮去的绝缘，不通电。②因为小小电动机两根引线，一根刮去半周，一根刮去一周，当接在电路中时，只有刮去半周的部分与支架接触才通电。通电时，线圈就受力发生转动，当线圈转到不通电部分时由于惯性会继续转动，这样小小电动机就转了起来。提出问题：在“小小电动机”中我们只利用了一半的电力，也就是线圈每转一周，只有半周获得动力，能否改进一下，使能量更好地利用起来呢？讨论得出：可设法改变后半周电流的方向或调换磁感线方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈将会更平稳、更有力地转动下去。多媒体展示：实际的直流电动机是通过换向器来实现这项功能，构造如右图。由两个彼此绝缘的半环组成，两个半环分别与线圈的两端接通。当线圈转动通过平衡位置后，半环从与一个电刷接触，改变为与另一电刷接触，从而改变线圈中电流的方向和磁场力方向，使线圈得以转动。总结：换向器的作用：改变线圈的电流方向，使线圈得以持续转动。知识拓展：简介实际电动机的线圈是由多个线圈组成的，如图。即学即练(课件展示问题)(1)直流电动机的工作原理是()A．电磁感应现象B．线圈在磁场中转动产生电流C．通电导线周围有磁场D．通电线圈在磁场中受力而转动(2)一台组装齐全的直流电动机模型，接通电源后电机不转，用手拨动一下转子后，线圈转子就正常转动起来，则它开始时不转的原因可能是()A．线圈内部断路B．电刷与换向器接触不良C．磁铁的磁性不强，或线圈中的电流不够大D．线圈正好处于平衡位置(3)要改变直流电动机的转向，可采取的办法是()A．增强磁极的磁性B．增加电源电压C．增加线圈中的电流D．改变线圈中的电流方向或对调磁铁的磁极(4)有关直流电动机的换向器的作用，以下说法正确的是()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答案：(1)D(2)D(3)D(4)B三、生活中的电动机指导阅读课本中——生活中的电动机，解决以下问题：(1)电动机的作用是什么？(可从能量的角度来考虑)(2)根据它使用电的不同类型可以分为几类，并列举生活中有哪些地方用到电动机。(3)电动机同热机相比，有哪些优点？[来源:学&科&网Z&X&X&K]结论：电动机工作实质是电能转化为机械能；根据它使用不同类型的电可以分为直流电动机和交流电动机。一些功率大点的家用电器一般都是交流电动机，如：电扇、洗衣机等；而一些功率小的电器一般使用直流电动机，如：电动玩具、录音机等；电动机的优点有：构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小、无污染。[来源:.Com]即学即练下列各种家用电器中没有用到电动机的是()A．电风扇B．电熨斗C．录音机D．洗衣机答案：B拓展深化：电动机的分类：1．按工作电源分类：可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。2．按结构及工作原理分类：可分为异步电动机和同步电动机。3．按起动与运行方式分类：可分为电容起动式电动机、电容盍式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。4．按用途分类：可分为驱动用电动机和控制用电动机。5．按转子的结构分类：可分为笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线型异步电动机)。6．按运转速度分类：可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。[布置作业]“动手动脑学物理”的1、2题。板书设计活动与探究课题：检查直流电动机不能运转的故障内容：某个直流电动机模型不能转动，发生故障的原因可能是磁铁没有磁性，或者是换向器和电刷接触不良。实验说明你如何对这些地方进行检查。目的：进一步了电动机的工作原理，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。材料：有问题的电动机模型、铁块、电源、小灯泡、导线、开关。方案：小组先相互讨论，再通过实验找出办法。(1)用一根无磁性的铁块接触磁铁，观察铁块是否被吸引，吸引则说明磁铁有磁性，否则无磁性。(2)对换向器和电刷接触不良可采用如下检查方法：①把电刷和换向器压得紧些，看电动机是否可以转动起来；②在电源和电刷之间串联一个小灯泡，转动线圈，如果灯泡时亮时灭，则说明接触不良，如果亮度稳定，则说明接触良好。结论：直流电动机不能转动的原因是磁铁没有磁性(或直流电动机不能转动的原因是换向器和电刷接触不良)。设计反思本节内容与生活联系非常紧密，所以在设计中将物理知识融于实验是本节的一大特色。从与生产、生活密切相关的现象入手，采用了逆向思维的方式引起学生的认知冲突，将学生对电流受磁场作用的探究兴趣激起来，一步步达成目标，然后再探讨电动机的原理，体现了“从生活走向物理”，这样使学生更易于接受。安排学生探究模拟电动机的实验对于学生了解电动机的基本构造有很大的帮助，使学生更好地理解电动机的原理和换向器的作用；最后由学生讨论生活中有哪些地方用到电动机，真正体现“从物理走向生活”的新理念。参考资料一、电动机简介电动机是将电能转换为机械能的机器。用电池或电源给电动机通电就会使轴开始旋转。有的电动机由直流电源(如电池)供电，有的电动机由交流电源供电。虽然电动机有多种设计方法，但原理是相同的。有两个物理原理为电动机的运转奠定了基础。第一个原理是电磁感应定律，它是由英国科学家和发明家迈克尔·法拉第于1831年发现的。其内容是：如果导体穿过磁场，或改变穿过静止导电闭合回路的磁场强度，导体内将产生感应电流。第二个原理与此相对，指的是电磁的反作用，它是法国物理学家安德尔·玛利亚·安培于1820年观察到的。所以，如果将带电导体(如一段铜线)放置在磁场中，它将受到力的作用。将导体缠绕许多圈，每一圈都位置适当且导体内有电流通过，这时，产生的力会使线圈旋转。线圈旋转时，电动机的轴也将随之旋转。电动机由两个基本单元组成：一个是磁场，即缠绕着线圈的电磁铁；另一个是电枢，它是支持切割磁场并在电动机内输送励磁电流的导体的机构。发电机，它们与电动机相反，是将动能转换为电能。二、新型电磁能武器——电磁炮根据磁场对电流产生力的原理，人们研制出了一种新型的电磁能武器——电磁炮。它的基本原理如图所示，把待发射的炮弹放置在处于强磁场中的两条平行导轨上，使炮弹通过强脉冲电流，该电流在磁场中受到强大的推力，这个推动力使炮弹的速度很快增大，然后以某一速度发射出去。[来源:学§科§网Z§X§X§K]利用这个原理，我们还可发射导弹，称电磁导弹。利用这种电磁推进力，在航天技术中可以发射太空密封舱，比如发射火星探测器。如要在低空轨道里用电磁导弹发射重约500kg的火星探测器，需要约600万安培的脉冲电流和约75m长的轨道或发射架。比起用一般火箭来发射导弹，其所需费用少得多。