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/ 让教学更有效 精品教案 | 物理学科
20.4　电动机
【知识要求】
1.了解磁场对通电导线的作用。
2.了解直流电动机的结构和工作原理。
【教学重难点】
1.通电导体在磁场中受到力的作用，受力方向跟电流方向和磁场方向都有关。
2.电动机能够持续转动的原因，换向器的作用。
蹄形磁体、开关、学生电源、导线若干、支架、线圈、金属导轨
教师展示电风扇、洗衣机、电动机，并引出课题：这些电器通电后为什么会转动？本节课我们来研究电动机的工作原理。
（一）磁场对通电导线的作用
教师提问：奥斯特实验（如右图所示）说明了什么问题？
学生回答：通电直导体周围存在磁场。
教师提问：小磁针偏转，是因为受到通电导线周围磁场的作用，那么，通电导线在磁场中是不是也会受到磁场的作用力呢？
学生思考回答：……
教师启发学生思考并进行小组讨论：设计一个能验证通电导线在磁场中也受到力的作用的实验。
教师根据学生的讨论回答结果设计如下实验：
演示实验1：
通电导体棒在磁场中运动。学生观察思考归纳出结论：
1.通电导线在磁场中要受到力的作用。
2.磁感线方向不变，改变电流方向，磁场中导体运动方向发生了改变。
3.电流方向不变，改变磁感线方向，磁场中导体运动方向发生了改变。
总之，通电直导线在磁场中受到的力的方向与电流的方向、磁感线的方向有关。
教师提问：如果电流的方向、磁感线的方向都变得相反，通电导线受到的力的方向会怎样？
学生思考回答：不变。
注意：当通电直导线在磁场中与磁感线方向平行时，此时通电直导线不受力的作用，在磁场中不会运动。
教师提问：如果把一个通电的线圈放到磁场中，它会怎样运动？
学生回答：……
演示实验2：
通电线圈在磁场中转动。（教师演示实验，学生观察思考）
教师归纳总结：
1.通电线圈在磁场中的转动现象
（1）平衡位置特点：当线圈静止在特定位置（如图乙，线圈上、下两个边受力大小相等、方向相反），此为平衡位置，闭合开关，线圈不运动。
（2）越过平衡位置后的受力：线圈从图甲位置（非平衡位置）启动，闭合开关，线圈受力沿顺时针方向转动，因惯性越过平衡位置（图乙对应状态），但越过后续位置（如图丙）时，线圈所受的力阻碍它沿顺时针方向转动，使线圈返回平衡位置，无法持续转动。
2.换向器的作用与原理
线圈越过平衡位置后，因受力阻碍无法持续转动，需改变电流方向突破此限制，实际的电动机可以通过换向器来实现这一目的。
构造与工作逻辑：换向器由两个跟线圈两端相连、可随线圈转动且相互绝缘的铜半环，以及与半环接触的电刷组成。工作时，借助半环与电刷的接触配合，保证线圈靠近磁体某磁极侧的电流方向稳定，使受力方向不变，让线圈持续转动，这是电动机能持续运转的关键构造原理。
例题讲解：
【例1】关于通电直导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁感线方向之间的关系，下列说法错误的是（　　）
A.若只有磁感线方向变为和原来相反，则导线受力方向和原来相反
B.若只有电流方向变为和原来相反，则导线受力方向和原来相反
C.电流方向和磁感线方向同时变为和原来相反，导线受力方向也变为和原来相反
D.电流方向和磁感线方向同时变为和原来相反，导线受力方向和原来相同
　　【解析】通电直导线放置在磁场中时会受到力的作用，其受力方向跟电流方向和磁感线方向有关。当只改变电流方向或只改变磁感线方向时，导线的受力方向发生改变；若同时改变电流方向和磁感线方向，导线的受力方向不发生改变。
【答案】C
【例2】如下图所示，闭合开关，线圈转动，当线圈转过平衡位置时，如果不改变电流方向，则线圈（　　）
A.按原方向一直转下去
B.立即反转
C.立即停止转动
D.转过一个角度后再反转，回到平衡位置
　　【解析】当线圈转过平衡位置时，由于电流和磁场的方向都没有改变，因此线圈两边受力的方向不变，即ab边仍然受向上的力，cd边仍然受向下的力，因此线圈转过一个角度后会反转，最后回到平衡位置。
【答案】D
（二）电动机的基本构造
教师引导学生阅读课本“电动机的基本构造”内容归纳：
1.电动机由两部分组成：能够转动的部分叫作转子；固定不动的部分叫作定子。
2.电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受力而转动。
3.能量转化：电动机工作时，将电能转化为机械能。
教师引导学生阅读“科学世界”相关内容，了解扬声器的构造及原理。
第4节　电动机
电动机
　　本节内容分两部分，重点是“磁场对通电导线的作用”，难点是对电动机的工作过程的理解，特别是换向器的作用。而做好“通电导体棒在磁场中运动”的实验比较关键，首先从奥斯特实验入手引入新课，再引导学生思考如何用实验来验证磁场对电流的作用，通过小组讨论，学生多少有所收获。然后进行实验验证，进而得出磁场对通电导体有力的作用。通过实验现象，得出实验结论，因为是小组讨论，所以归纳的内容比较详细，很好地锻炼了学生合作的能力。引导学生从螺线管的角度分析如何能使受到的磁力增加，从而引入了线圈，这样对学生来说就容易接受了。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。

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