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第3节 科学探究：电动机为什么会转动
九全 物理
新课引入
风扇
电锯
摩天轮
你知道风扇、电锯、摩天轮是靠什么工作的吗？
电动机
电动机在生活和生产中的应用十分广泛
玩具汽车
电风扇
洗衣机
数控机床
电力机车
电动机
想一想，电动机是靠什么转动的？
思考
1.知道磁场对通电导线的作用，及其影响因素。
2.知道电动机的结构及其工作原理。
3.知道换向器的作用。
难点
重点
学习目标
新知学习
一、观察并研究电动机的结构
电动机内部结构怎样？
由哪些部件组成，它们各起什么作用？电动机是怎样转起来的？
活 动 1
让电动机转起来
将图中的电动机接入电路，闭合开关，观察电动机的转动
电路图
模型电动机、电源和开关
通过视频，你能说出电动机转动的条件是什么吗？
①通电
②部分线圈在磁场中
③有磁场
活 动 2
探究电动机的内部结构
电动机
装有电磁铁的定子
嵌有线圈的转子
模型电动机
磁体
线圈
电动机的内部结构
电动机的两个最主要的部件是：定子(磁体)和 转子(线圈)
定子(磁体)
转子(线圈)
二、转动的原理
奥斯特实验：通电导线周围会产生磁场
磁极间有相互作用力
通电线圈在磁场中受到力的作用
电动机的转动，可能跟 和 有关，由于磁场对通电线圈产生力的作用，电动机才会转动起来。
猜想
电流
磁场
我们该如何验证猜想呢？
？
实际电动机构造复杂，因素过多，不容易进行单独探究，因此需要对实验装置进行简化
温馨提示
“简化”是科学探究中常用的一种方法。
“简化”，指把影响事物发展与变化不大的因素(次要因素)忽略掉，而将影响事物发展与变化较大的因素(主要因素)抽取出来的做法。
实验装置简化
电动机转子上的线圈组
转子上的一组线圈
一组线圈中的一个线圈
一个线圈中的段直导线
电动机定子
蹄形磁铁
探究通电导线(线圈)在磁场中的受力情况
磁场对通电导线的作用
金属导轨
直导体
+
-
① 闭合开关，观察铝制直导体运动情况。
② 改变电流方向或改变磁场方向。
活 动 3
实验一：探究通电导体在磁场中受力方向与磁场方向是否有关？
演示实验（学生实验)
F
S
乙
I
N
F
改变磁场方向前
改变磁场方向后
I
F
甲
N
S
结论一：通电导体在磁场中受力方向与磁场方向有关。
实验二：探究通电导体在磁场中受力方向与电流方向是否有关？
演示实验（学生实验)
F
S
丙
I
N
F
F
S
乙
I
N
F
改变电流方向前
改变电流方向后
结论二：通电导体在磁场中受力方向与电流方向有关。
磁场对通电导线具有力的作用，其方向与电流的方向、磁场的方向有关。
F
S
丙
I
N
F
I
F
甲
N
S
如果同时改变电流方向和磁场方向，则受到力的方向_______
不改变
F
S
丙
I
N
F
F
S
乙
I
N
F
F
S
乙
I
N
F
I
F
甲
N
S
只改变电流方向或磁场方向，通电导线受到力的方向_______
改变
观察与思考
温馨提示
并非所有通电导体在磁场中都会受到力的作用，当电流方向和磁场方向平行时不受磁场力的作用。
关于通电导体在磁场里受力方向，下列说法中错误的是 （ ）
A.电流方向改变时，导体受力方向改变
B.磁场方向改变时，导体受力方向改变
C.电流方向和磁场方向同时改变，导体的受力方向改变
D.电流方向和磁场方向同时改变，导体的受力方向不变
C
针对训练
　　通电线圈可以在磁场里转动过一定角度，但不能持续转动。
思考：如果把一个通电线圈放在磁场中，它会怎样运动呢？
演示实验（学生实验)
为什么线圈不能持续转动呢?
思考
三、电动机怎样转动
线圈转动原理分析
探究
1.接通电路后，根据左手定则，可以分析出绿色边在磁场中受到向上的力，而红色边在磁场中受到向下的力，此时整个线圈便会转动起来
2.当线圈转到如图所示的位置时，绿色边和红色边受到的力恰好在同一条直线上，且大小相等，方向相反，线圈来回摆动几次就停在该位置上了。
线圈的这一位置叫做平衡位置，此时线圈的平面恰好与磁感线垂直。
线圈受到的力使它顺时针转动。
通电线圈达到平衡位置后，由于惯性，它会越过平衡位置。
　线圈受到的力又使它逆时针旋转。
为什么线圈不能持续转动?
思考
如何才能让线圈持续转动呢？
思考
线圈受到的力使它顺时针转动。
通电线圈达到平衡位置后，由于惯性，它会越过平衡位置。
由于惯性，线圈继续转动
转动半周后再继续供电，线圈就可以持续转下去了
方法一：
转过平衡位置后断电
如何使线圈转过平衡位置后断电呢?
思考：这种方式有什么缺点?
线圈转动的后半转是靠惯性完成的，转速不稳定
方法二 ：
转过平衡位置后改变电流方向
线圈受到的力使它顺时针转动。
通电线圈达到平衡位置后，由于惯性，它会越过平衡位置。
线圈受到的力仍然使它顺时针转动。
实验：当线圈转到平衡位置时，改变电流的方向，观察线圈的转动情况。
在电动机上完成这一任务的装置叫换向器
换向器的工作原理
通电线圈每转动半圈改变线圈内电流的方向
两个
铜半环
电刷
换向器
线圈电流方向：
b → a，d → c
线圈受力方向：
ab 向上，cd 向下
线圈转动情况：
顺时针
开始通电状态
线圈电流方向：
无电流
线圈受力方向：
不受力
线圈转动情况：
由于惯性继续转动
平衡状态
线圈电流方向：
a → b，c → d
线圈受力方向：
ab 向下，cd 向上
线圈转动情况：
顺时针
线圈电流方向：
线圈受力方向：
线圈转动情况：
无电流
不受力
由于惯性继续转动
平衡状态
归纳
1.换向器和电刷可以使线圈中电流每半周改变一次
2.直流电动机的工作原理：
磁场对通电导线有力的作用
3.直流电动机的能量转化：
将电能转化成机械能
如果通电前线圈停在图乙或图丁的平衡位置上，
那么通电时电动机能够自行启动吗？为什么？
？
在这两个平衡位置，线圈所受的磁场力为零，所以不能自行启动
电动机
转子
定子
实际的电动机
优点：构造简单、制造方便、体积小、效率高，便于控制、种类繁多
散热扇
电 钻
水 泵
扬声器是怎样发声的
扬声器的构造
知识拓展
通电后扬声器是如何工作的呢？
用学生电源的直流档给扬声器通电，请同学们观察纸盆的运动方向
纸盆向上运动
现象
思考
如果改变通过线圈的电流方向，扬声器纸盆的运动方向会改变吗？说明了什么？
纸盆向下运动
电流方向改变，线圈受力方向也随之改变
现象
分析
思考：当有方向改变的电流通过线圈时，纸盆会怎样运动？
用学生电源的交流档给扬声器通电，请同学们注意观察
纸盆上下振动
现象
扬声器的工作原理：
通电线圈在磁场中受力运动。
在实际工作中，通过线圈的电流大小和方向都会发生改变，纸盆的震动幅度也会随之改变
针对训练
1.如图所示，使线圈位于两磁极间。
(1)线圈转到图乙所示位置，我们把这一位置称之为线圈的__________，线圈依靠 _____旋转通过该位置，用 ______________的办法可使线圈靠磁场力继续顺时针转动至少半圈，在实际电动机中通过安装________ 实现这一改变。
(2)通电线圈在磁场中旋转的过程中将_____ 能转化为______能。
平衡位置
惯性
改变电流方向
换向器
电
机械
2.直流电动机工作时，线圈经过垂直磁感线的位置时（　　）
A．线圈受力平衡，速度为零
B．线圈受力平衡，速度不为零
C．线圈受力不平衡，速度为零
D．线圈受力不平衡，速度不为零
B
直流电动机的原理
基本构造
工作原理
能量转化
通电线圈在磁场中受力转动
电能转化为机械能
课堂小结
施力物体：磁场
受力物体：通电导体
影响力的方向
的因素
电流方向
磁场方向
磁场对通电导线的作用
电动机为什么会转动
随堂练习
1、小科同学在装配电动机模型时，正确连接电路后闭合开关，发现电动机并没有如期转动起来，于是他做了以下调节：
①更换电压更大的电源；②向左移动滑动变阻器滑片；
③调节线圈的初始位置；④改变电源的正负极；
⑤改变磁场方向。
你认为他能达到目的的调节有（　　）
A．①②③ B．②③④ C．③④⑤ D．①④⑤
A
2、在“安装直流电动机模型”的实验中，要减小电动机的转速，下列措施正确的是（　　）
A．增大电源电压 B．调换磁体的磁极
C．改变线圈中的电流方向 D．减小线圈中的电流
D
3.现代武器中有一种新型电磁炮，它是利用电磁技术制成的一种先进武器，具有速度快、命中率高等特点，其原理是利用磁场对通电导体有力的作用。下图中与此工作原理相同的是（ ）
B
4. 玩具电动机停在任何位置都能够启动。这是因为它采用的是三级转子，换向器也有三片。如图是它的结构示意图，B为定子。试说明该电动机的转动原理以及为什么不存在平衡位置。
转子的线圈是嵌在圆柱形铁芯上的，三个线圈互成120°，在任何一个位置，至少有一个线圈不处在平衡位置，总有线圈受到磁场力而转动。
实践与拓展
制作一台简易电动机
根据电动机的主要构造，请用如图所示的器材，制作一台简易电动机。试一试：(1)它能不能转动?
(2)改变线图中电流的方向，转动情况有什么变化?
线圈
电池和磁铁
支架
导线
思考
如果接通电源后，线圈却没有转动，你能分析出原因是什么吗？
1、可能是电流太小
2、可能是电路接触不良
3、磁体太少导致磁场太弱
4、可能是支架与线圈的摩擦太大卡住了

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