资源简介

(共23张PPT)
第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机
九年级全
制作简易直流电动机
主题情境
直流电动机由哪些结构组成？
用什么导线绕制线圈，线圈匝数几何？
哪部分是转子，哪部分是定子？
问题线
主题情境框架
了解直流电动机的结构
制作直流电动机的线圈
设计直流电动机的转子和定子
任务线
如何保证通电线圈能在磁场中持续转动？
设计组装直流电动机
针对成品，从什么角度对其进行评估？
成品展示，分析对比
物理观念
了解直流电动机的结构，知道直流电动机的工作原理.
科学思维
尝试利用分析、综合等方法对跨学科问题进行合理性分析，发展科学推理与科学论证的能力.
科学探究
在制作简易直流电动机的活动中，能够发现问题并提出设想，设计简单的实践方案，完成实践活动，并以作品形式呈现活动成果，提高工程实践能力.
科学态度与责任
经历简易直流电动机的制作过程，提升合作学习的能力，增强对物理学的热爱，提高动手实践和合作交流的能力.
学习目标
生活中有许多地方会用到直流电动机，例如很多玩具电动车就是用直流电动机来驱动的.利用前面学习过的直流电动机的工作原理，你可以制作一台简易的直流电动机吗？
直流电动机由哪些结构组成？
思考
任务1
了解直流电动机的结构
永磁体
线圈绕组
碳刷
换向器
转轴
任务2
制作直流电动机的线圈
用什么导线绕制线圈？
思考
选用非磁性材料，如铜.
线圈的匝数多少为宜？
思考
自制简易直流电动机的线圈匝数通常在20~100匝，具体可根据以下因素调整：
电源电压：电压低(如1.5 V干电池)时，匝数可少些(20~50匝)，避免电阻过大导致电流过小；电压稍高(如3 V)时，可增加到50~100匝，增强磁场强度.
导线粗细：细导线(如0.1~0.3 mm漆包线)匝数可多些，粗导线(0.5 mm以上)匝数可少些，确保线圈电阻与电源匹配.
铁芯大小：若使用小铁芯(如铁钉)，匝数可少；大铁芯可适当增加匝数，充分利用磁场空间.
示例：用1.5 V电池和0.3 mm漆包线绕在铁钉上，绕30~50匝较容易转动，可通过尝试调整匝数找到最佳效果.
把一段粗漆包线绕成约3 cm×2 cm的矩形线圈，作为转子.从线圈的两端各拉出约2 cm的漆包线作为转轴.
【制作线圈】
直流电动机哪部分是转子，哪部分是定子？
思考
任务3
设计直流电动机的转子和定子
转子
定子
永磁体
线圈绕组
碳刷
换向器
转子：能够转动的部分；定子：固定不动的部分.
转轴
如何保证通电线圈能在磁场中持续转动？
？
任务4
设计组装直流电动机
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.
线圈由于惯性会越过平衡位置.
线圈受到的力使它逆时针转动.
方案1：安装换向器.
方案2：线圈漆皮一端全部刮掉，一端只刮半周，越过平衡位置后利用惯性转过后半周.
如何使线圈持续转动？
思考
【其他准备材料】
选用什么作为电源？
思考
选用1.5 V的干电池作为电源.
选用什么材料作为支架？为什么？
思考
材料：硬金属丝(回形针改制)；原因：导电且支撑转子.
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在制作过程中，使用小刀等尖锐物体时注意安全.
【组装直流电动机】
用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板或电池盒上.两个支架分别与电池的两极相连.用小刀刮去线圈两端引线的漆皮，把左端全部刮掉，右端只刮半周.最后把作为转子的线圈放在支架上，线圈下放一块强磁体作为定子.
组装好电动机，给线圈通电并用手轻轻推动一下，线圈就会不停地转动了.调试自己制作的简易电动机，让它更好地工作起来.
通电线圈在磁场中受力转动.
工作原理：
任务5
成品展示，分析对比
线圈转动缓慢或无力，是什么原因造成的？该如何改进？
思考1
原因 改进措施 操作步骤
能量输入不足 电池电压过低 升级电源 单节电池→2节串联，串联1 Ω电阻防过热
电路接触不良 优化电路接触 用砂纸打磨转轴+支架触点→蘸酒精擦拭
刮漆不彻底 重刮漆皮 右转轴：确保仅上半周导电
线圈转动缓慢或无力，是什么原因造成的？该如何改进？
思考1
原因 措施 操作步骤
能量损耗过大 摩擦阻力过大 降低摩擦 支架接触点涂缝纫机油/铅笔芯粉(石墨润滑)
线圈匝数过多 精简线圈 匝数减至15~18匝(原20~30匝)
磁铁磁场弱 增强磁场 磁铁增至2块异极相对(间距=线圈宽度)
力矩设计缺陷 线圈平面与磁场不垂直 调整磁铁方位 磁铁N、S极连线平行于转轴
刮漆位置错误 矫正刮漆角度 右转轴绝缘区朝向支架下半部(断电位)
转子转动不稳定，出现偏心或松动，应该如何改进？
思考2
方法 改进操作
矫正线圈平衡(治本) ①剪齐引线 两端转轴严格等长(预留2 cm)，多余线头剪除
②对称绕线 绕制时用双股线并绕，拆模后剪断中点→天然对称
③悬挂配平 针尖支起线圈中点，偏重侧滴快干胶(或刮掉微量漆皮)至水平平衡
④校直转轴 转轴夹在两本书间滚动，弯曲处用镊子轻扳直
方法 问题 改进操作
精密化支架装配 支架间距过大 调整支架至线圈宽度+0.5 mm
支架槽过宽 支架顶部弯折V型凹槽
轴向位移 转轴套塑料限位环
消除外部干扰 磁力不均 磁铁对称排列(如4块：N~S~S~N)
刮漆不对称 右转轴绝缘区严格180°对称(误差＜10°)
气流扰动 加盖透明塑料罩(开孔散热)
转子转动不稳定，出现偏心或松动，应该如何改进？
思考2
线圈发热严重是什么原因，应该如何改进？
思考3
原因 措施 改进操作
电流过载(核心原因) 增加线圈匝数 重绕线圈至25~30匝(原15~20匝)
串联限流电阻 在电路中串1~2 Ω/5 W水泥电阻
降低电源电压 3 V电池→改用1.5 V电池
优化半周断电 右转轴绝缘区扩大至240°(仅留120°导电)
如何增加转速？
思考
增强磁场(叠加磁铁)；
减少摩擦(打磨转轴接触点、转轴涂润滑油)；
适当增加电压；
适当减少匝数.
能否带动小风扇叶片旋转？
思考
可尝试，但需减轻负载(如用轻质塑料片)，并确保磁铁足够强.
课堂小结
制作简易
直流电动机
结构：主要由_____和______、换向器等组成.
直流简易电动机：_____作为转子，______作为定子.
电动机工作原理：_________________________.
线圈一端漆皮全部挂掉，一端只刮半周的原因：通电线圈在_____中受力转动，越过平衡位置后，电路_____，线圈由于具有_____会继续转动.
增强线圈转速的方法：(1)_____磁场；(2)_____电流.
强磁体
线圈
磁场
线圈
强磁体
通电线圈在磁场中受力转动
断开
惯性
增强
增大
1. 如图所示是小明自制的简易电动机，用硬金属丝做两个支架，分别与电池两极相连，用漆包线绕成一个矩形线圈，以线圈引线为轴，将线圈转轴一端的漆皮刮去，另一端刮去上半周或下半周放入磁场，下列说法正确的是( )
A. 电动机是利用电磁感应原理工作的装置
B. 轴的一端刮去一半的漆皮是为了改变线
圈中的电流方向
C. 将图中电源的正负极对调，闭合开关，线圈的转动方向不变
D. 将图中磁体的磁极对调，闭合开关，线圈的转动方向相反
×
通电线圈在磁场中受力转动
刚转过平衡位置时，切断线圈中的电流
×
改变
×
√
D
2. 如图所示为小金同学制作的简易直流电动机模型.他用金属丝做成两个支架，分别与电池的两极相连.用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮.将线圈放在支架上，磁体放在线圈下.接通电源后用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来.
(1)直流电动机的工作原理是_________________
___________.
(2)将线圈一端的漆全部刮去，另一端刮去一半.
这样做的目的是_____________________.
(3)如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能连续转动，请你分析可能的原因是____________.(写出一点即可)
磁场太弱
让线圈能持续转动
通电线圈在磁场中
受力而转动

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