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第三节 科学探究：电动机
为什么会转动
1. 通过实验，了解磁场对通电导线的作用，并知道其影响因素.
2. 了解直流电动机的构造和工作原理及能量转化.
3. 知道换向器的作用.
学习目标
电动机在现代生活中应用广泛，如风扇、冰箱、洗衣机、电梯、水泵、机床、电车以及各种电动玩具等都离不开电动机.
新课引入
给电动机通电，它就能够转动，这是为什么呢？
思考
电动机为什么会转动
电动机内部结构怎样？
它由哪些部件组成，它们各起什么作用？电动机是怎样转起来的？
新知学习
实 验 1
观察并研究电动机的结构
(1)将学生实验用的电动机接入电路，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
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(2)拆开这台直流电动机，观察它由哪几部分组成.
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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).
实 验 2
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
实际电动机构造复杂，因素过多，不容易进行单独探究，那么我们该如何验证猜想呢？
？
对实验装置进行简化.
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.
一、改变电流方向
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F
S
乙
I
N
F
F
S
甲
I
N
F
改变电流方向前
改变电流方向后
现象：保持磁场方向不变，改变电流方向时，通电导体受力的方向也改变.
二、改变磁场方向
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F
S
丁
I
N
F
改变磁场方向前
改变磁场方向后
I
F
丙
N
S
现象：保持电流方向不变，改变磁场方向时，通电导体受力的方向也改变.
你是否有办法让金属杆在轨道上持续往复运动？
思考
上述两个实验现象表明：
磁场对通电导体具有______的作用，其作用的方向与___________、 ___________有关.
力
磁场方向
电流方向
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
例 关于通电导体在磁场中受力方向，下列说法中正确的是( )
A. 电流方向改变时，导体受力方向不变
B. 磁场方向改变时，导体受力方向不变
C. 电流方向和磁场方向同时改变，导体的受力方向不变
D. 电流方向和磁场方向同时改变，导体的受力方向改变
C
通电导线受力方向与电流、磁场方向有关
电流、磁场方向同时改变，通电导线受力方向不变
×
√
×
×
电动机怎样转动
实 验 3
　　通电线圈可以在磁场里转动过一定角度，但不能持续转动.
如果把一个通电线圈放在磁场中，它会怎样运动呢？
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思考
想一想，如何能让线圈在磁场中转动起来呢？
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.
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
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
如何才能让线圈持续转动呢？
思考
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
同学们还能想到其他方法吗
思考
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.
通过换向器来实现这一目的.
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想一想，实际的电动机如何改变电流方向？
思考
换向器
　　通过换向器可以使线圈中电流每半周改变一次.
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
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.
归纳
甲
乙
丙
丁
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.
思考
甲
乙
丙
丁
电动机
转子
定子
实际的直流电动机
实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动.
优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高，种类繁多.
散热扇
电 钻
水 泵
应用
驱动系统
电车
无刷直流电动机
吸尘器
电机驱动
洗衣机
转筒
泵
有刷直流电动机
无刷直流电动机
例 要使直流电动机的线圈不停地转动，要安装换向器，其主要作用是( )
A. 自动改变线圈转动方向
B. 自动改变线圈中的电流方向
C. 自动改变线圈的受力大小
D. 自动改变磁场方向
B
换向器可以使线圈中电流每半周改变一次
请你把拆卸的直流电动机重新组装起来，并接入电路中试一试，看电动机是否能转动？
？
制作简易电动机
迷你实验室
自主阅读课本P152页
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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.
扬声器是怎样发声的
扬声器的构造
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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
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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
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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：
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思考
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.
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课堂小结
电动机为什么会转动
转动
的原理
内容：磁场对通电导体具有___的作用，其作用的方向与_____
____、________有关.当____的方向或者____的方向变得
相反时，通电导线受力的方向也变得____.
电动机
怎样转动
应用：电动机、扬声器等.
观察并研究电动机的结构：电动机由两部分组成，能够转动的线圈叫做
____；固定不动的磁体叫做____.
换向器：可以及时改变线圈中的________，
使线圈一直转动下去.
电刷：与半圆铜环接触，使电源和线圈组成________.
工作原理：磁场对通电导线有___的作用.
能量转化：____转化为______.
力
磁场方向
电流
磁场
相反
转子
定子
电流方向
闭合电路
力
电能
机械能
电流
方向
1. 如图所示，在探究通电导体在磁场中受力情况的实验中，在闭合开关的瞬间，导体棒ab水平向左运动，则下列说法正确的是(　　)
A. 该实验中的能量转化是机械能转化为电能
B. 仅对调导体棒a、b，闭合开关，导体棒ab将水平向右运动
C. 仅将电源正负极反接，闭合开关，导体棒ab将水平向右运动
D. 仅对调磁极，闭合开关，导体棒ab将水平向左运动
电能→机械能
×
电流、磁场方向不变
×
电流方向改变
磁场方向改变
×
√
C
随堂练习
2. 如图为直流电动机的工作原理图．线圈abcd处于磁场中，A和B是电刷，它们分别跟换向器E和F接触，闭合电路，线圈abcd顺时针转动．下列说法正确的是(　　)
A. 线圈abcd转动的工作原理是电磁感应
B. 线圈中的电流方向始终不变
C. 线圈转动过程中将电能全部转化为机械能
D. 若改变电源正负极，线圈转动方向改变
通电导体在磁场中受磁力的作用
×
√
D
线圈由图示位置转过180°时，电流通过换向器发生方向改变
×
×
一少部分转化为内能
电流方向改变
3. 一台电动机的铭牌为“220 V 6.16 kW”，它正常工作时的电流有多大 连续工作3 h耗电多少度
解：正常工作的电流
耗电W=Pt=6.16 kW×2 h=12.32 kW·h=12.32 度
I= = =28 A
电能W=Pt
电流I=

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