资源简介

12.6 直流电动机
一、教学目标
1. 知识与技能：
（1）了解直流电动机的工作原理及主要构造。
（2）了解换向器在直流电动机中的作用。
（3）了解直流电动机的应用。
2. 过程与方法：
（1）通过安装电动机模型，增强学生的动手实决问题。
3. 情感态度与价值观：
（1）培养学生把物理理论应用于实际的能力。
二、课时安排
2课时
三、教学重点
磁场对电流的作用。
四、教学难点
（1）磁场对电流作用的现象和规律。
（2）电动机的构造和原理。
五、教学过程
（一）导入新课
【思考】上节课我们学习了磁场对通电导线的作用，大家回忆下这种作用的特点。
磁场对通电导线具有力的作用，这种作用体现在使线圈转动到平衡位置，力的方向可以由左手定则给出。
（二）讲授新课
1. 直流电动机的原理
教师提问：我们学习了磁场对通电导线的作用，它体现出了电能到机械能的转换，那么我们如何利用这种能量转换呢？
教师根据学生回答指出：电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。
教师提问：磁场对通电线圈的作用可以使线圈转动至平衡位置，我们知道只有使线圈连续转动才有应用价值，那么如何使线圈连续转动？
教师引导学生思考：在上节课的演示实验中，线圈转到平衡位置时之所以不立即停止是因为受到惯性的作用，当转过平衡位置后，它又会重新转回来。（如图所示）
教师提问：要使线圈不转回来，应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向，怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢？
引导学生思考：回忆影响受力方向的两个因素，可以得出：当线圈越过平衡位置后，改变电流方向，或者改变磁感线方向。那么，改变磁感线方向就是要及时交换磁极，显然这不容易做到；实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。
板书：使磁场中的通电线圈连续转动，就要每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向。
2. 换向器
教师提问：怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢？
引导学生思考：要改变电流方向就要从电流的接通处入手，我们要破除将正负极与导线焊接在一起的思维定式。假如通过压片将电源和线圈连在一起，交换电源或线圈方向即可。我们知道线圈在转动，那么将电源的正负极固定，当线圈转动时调换接入的电流方向即可。这种调换方式可以通过绝缘片做到。
教师讲解：如图所示，将线圈接口处制成金属圆环，用绝缘体隔开，用电刷将电源与金属圆环接触。这样当施加电流i时，线圈逆时针转动，当到达平衡位置后，电刷越过绝缘体，改变线圈电流方向，从而使线圈受力方向相反，开始连续转动。所以换向器是保持线圈连续转动的关键。
3. 直流电动机的结构
教师提问：我们要利用电动机，就需要将原理转化为实践。很显然，直流电动机将由磁场、线圈、换向器构成。那么如何设计直流电动机呢？
教师指出：直流电机的结构应由定子、转子和换向器组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
教师提问：请同学们指出直流电动机的每一部分的作用，为什么要加风扇？
教师根据学生回答指出：定子使磁极固定，对转子线圈施加电流，通过换向器的作用可以使转子连续转动。但是，由于线圈的电阻作用，线圈转动的过程中会产生热量，所以加入风扇排掉线圈产生的热量。
教师提问：我们已经知道了电动机的结构与工作原理，同学们想一想还有什么参数被大家遗忘？
教师根据学生回答指出：直流电动机设计的原理是为了应用，在工程利用中就需要很大的力矩。那么如何增加直流电动机的力矩呢？
教师讲解：我们知道洛伦兹力的大小和磁场大小以及电流有关。磁场对通电线圈的作用源于磁场对磁场的作用，由线圈产生的磁场大小还与线圈匝数和有铁芯有关。所以直流电动机的转子中有两组以上的线圈，由漆包线绕制而成，称之为绕组。当绕组中有电流通过时产生磁场，该磁场与定子的磁场产生力的作用。由于定子是固定不动的，因此转子在力的作用下转动。
教师提问：大家总结下直流电动机产生的力矩和哪些因素有关？
教师根据学生回答补充：电流越大、定子磁场越大、线圈匝数越多、增加硅钢铁芯都可以增加直流电动机的力矩。
4. 直流电动机的应用
教师提问：我们学习了直流电动机的构造和原理，那么它有什么应用呢？
教师根据学生回答指出：电动机是一种非常重要的机械设备，它将电能转化为机械能。根据电流模式的差异可以分为直流电动机和交流电动机。电动机可以在电动车、粉碎机、电扇等很多方面都有应用。
（三）重难点精讲
直流电动机的工作原理；换向器的作用。
（四）归纳小结
1、在本节课中都有哪些收获？
2、本节课不仅仅要了解直流电动机的工作原理，更重要的是让同学们了解如何将理论与实践相结合。
六、板书设计
七、作业布置
同步练习册
八、教学反思

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