资源简介

(共27张PPT)
幻灯片 1：课程标题
标题：20.4 电动机
学科：物理
年级：九年级全一册（人教版）
前置关联：基于 20.2 电生磁、20.3 电磁铁知识，探究电能转化为机械能的核心设备 —— 电动机
幻灯片 2：教学目标
知道电动机的基本构造和工作原理，能说出磁场对通电导线的作用规律。
理解换向器在电动机中的作用，能解释电动机持续转动的原因。
了解电动机的能量转化和在生产生活中的广泛应用，认识其对社会发展的重要意义。
通过实验探究和原理分析，培养对电磁现象应用的理解能力和科学探究能力。
幻灯片 3：导入 - 生活中的电动机
常见应用：电风扇、洗衣机、电动车、冰箱压缩机、电动玩具等设备中都装有电动机，它们依靠电动机实现运转。
功能本质：电动机是将电能转化为机械能的装置，为各种设备提供动力。
提出问题：电动机为何能持续转动？其转动的动力来自哪里？
幻灯片 4：实验探究 - 磁场对通电导线的作用
实验装置：蹄形磁铁（提供磁场）、一段直导线、电源、开关、导线，将直导线悬挂在磁场中，使其与磁感线垂直。
实验现象：
当导线中没有电流时，导线静止不动。
当导线中有电流通过时，导线会向一定方向运动（受到力的作用）。
改变电流方向或磁场方向，导线的运动方向发生改变。
实验结论：通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流方向、磁场方向有关。
幻灯片 5：磁场对通电导线的作用力规律
方向判断：用左手定则判断通电导线在磁场中受力方向。
伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内。
让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向。
这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受作用力的方向。
大小影响因素：磁场越强、电流越大、导线在磁场中的长度越长，导线受到的作用力越大。
幻灯片 6：电动机的基本构造
核心部件：
定子：固定不动的部分，通常由永磁体（或电磁铁）组成，提供稳定的磁场。
转子：能够转动的部分，由线圈（电枢）和铁芯组成，线圈绕在铁芯上，通入电流后在磁场中受力转动。
换向器：由两个半铜环组成，分别与线圈的两端相连，随线圈一起转动。
电刷：与换向器接触，将外部电源的电流导入线圈，通常由石墨或金属制成，固定不动。
幻灯片 7：电动机的工作原理详解
转动过程：
线圈通入电流后，在磁场中受到力的作用，由于线圈两边的电流方向相反，受力方向相反，使线圈绕轴转动。
当线圈转动到平衡位置（线圈平面与磁感线垂直）时，线圈两边受力大小相等、方向相反，处于平衡状态。
换向器随线圈转动，此时自动改变线圈中的电流方向，使线圈两边的受力方向改变，从而继续转动。
持续转动关键：换向器的作用是每当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，保证线圈持续受力转动。
幻灯片 8：换向器的作用分析
平衡位置问题：线圈转到平衡位置时，若电流方向不变，线圈会在平衡力作用下停止转动。
换向器功能：
当线圈转过平衡位置时，换向器的两个半铜环分别与不同的电刷接触，使线圈中的电流方向反向。
电流方向改变后，线圈两边的受力方向也随之改变，线圈继续向原来的方向转动。
换向器的存在使线圈能够持续获得转动的动力，实现连续转动。
幻灯片 9：电动机的能量转化
转化过程：电动机工作时，消耗电能，获得机械能，同时由于线圈有电阻，会有少量电能转化为内能（发热）。
能量表达式：消耗的电能\( W=UIt \)，转化的机械能\( W_{ }=W-Q=UIt-I^{2}Rt \)（Q 为线圈产生的热量）。
效率计算：电动机的效率\( \eta=\frac{W_{ }}{W} 100\% \)，效率高低与电动机的设计、负载大小等因素有关。
幻灯片 10：影响电动机转动快慢的因素
电流大小：在磁场强弱等条件不变时，通过线圈的电流越大，线圈受到的作用力越大，转动速度越快。可通过串联滑动变阻器改变电流大小进行观察。
磁场强弱：电流不变时，磁场越强（如增加永磁体磁性或电磁铁电流），线圈受力越大，转动速度越快。
线圈匝数：匝数越多，在相同电流和磁场下，总作用力越大，转动速度越快（但匝数过多会增加线圈电阻）。
幻灯片 11：电动机的分类
按电源类型分：
直流电动机：使用直流电源供电，通过换向器改变电流方向实现转动，如电动玩具、汽车启动电机。
交流电动机：使用交流电源供电，无需换向器（利用交流电的周期性变化改变电流方向），如电风扇、洗衣机电机。
按结构分：
有刷电动机：通过电刷和换向器传递电流，结构简单但电刷易磨损。
无刷电动机：采用电子换向技术，寿命长、效率高，广泛应用于无人机、电动汽车等领域。
幻灯片 12：直流电动机与交流电动机的对比
类型
电源
换向方式
特点
应用举例
直流电动机
直流电
机械换向器（电刷 + 半铜环）
转速可调性好，结构较复杂
电动玩具、电动汽车
交流电动机
交流电
无需换向器（电流自然交变）
结构简单，寿命长，效率高
电风扇、机床、水泵
幻灯片 13：电动机的优点与应用
显著优点：
效率高：电能转化为机械能的效率通常在 70%-90%，高于内燃机。
控制方便：转动速度和方向易于通过电路控制，响应速度快。
环境友好：工作时无废气排放，噪声较小，对环境污染小。
适用广泛：可在多种环境下工作，从微型设备到大型机械都能应用。
应用领域：
工业生产：机床、传送带、水泵等设备由电动机驱动。
交通运输：电动汽车、地铁、高铁的动力来自电动机。
家用电器：洗衣机、空调、吸尘器等依靠电动机工作。
航空航天：无人机、航天器的姿态控制和推进系统使用特种电动机。
幻灯片 14：电动机使用中的常见问题与维护
常见故障：
不转动：可能是电刷接触不良、换向器磨损、线圈断路或电流过小。
转动缓慢：可能是磁场减弱、电流不足或轴承磨损阻力增大。
发热严重：可能是过载运行（电流过大）、线圈短路或散热不良。
维护措施：
定期清理电动机内部灰尘，保持散热良好。
检查电刷磨损情况，及时更换磨损严重的电刷。
避免电动机长时间过载运行，防止线圈过热损坏。
对轴承等转动部件定期润滑，减少摩擦阻力。
幻灯片 15：实验 - 制作简易电动机
实验目的：通过制作简易电动机，理解电动机的基本工作原理。
实验器材：一节电池、一小块永磁体（如钕铁硼磁铁）、一段漆包线、两根铜丝（作为支架）、剪刀、砂纸。
实验步骤：
将漆包线绕成矩形线圈（匝数 5-10 匝），两端留出引线，用砂纸打磨引线两端的漆皮（一端全磨掉，另一端只磨半圈）。
将两根铜丝弯折成支架，固定在电池两端，将线圈两端的引线架在支架上。
将永磁体放在电池底部（线圈下方），使线圈处于磁场中。
调整线圈平衡，观察线圈是否转动，若不转动，检查漆皮打磨情况和磁场位置。
幻灯片 16：电动机与发电机的初步对比（预习铺垫）
设备
能量转化
核心原理
关键部件
电动机
电能→机械能
磁场对通电导线的作用力
换向器、线圈、磁场
发电机
机械能→电能
电磁感应现象
滑环（或换向器）、线圈、磁场
幻灯片 17：科技前沿 - 新型电动机技术
无刷直流电动机：采用电子换向取代机械换向器，具有高效率、长寿命、低噪声等优点，广泛应用于新能源汽车、工业自动化设备。
直线电动机：磁场中的线圈沿直线运动，无需旋转部件，用于磁悬浮列车、高速电梯等直线运动设备。
微型电动机：体积小、重量轻，功率从几毫瓦到几瓦，应用于智能手机摄像头、医疗微型机器人等精密设备。
幻灯片 18：电动机对社会发展的影响
工业革命推动：电动机的发明实现了电能的高效利用，取代了蒸汽机等传统动力，推动了第二次工业革命，使人类进入电气化时代。
能源结构转型：电动机与电力系统结合，促进了水电、风电、核电等清洁能源的开发利用，助力 “双碳” 目标实现。
生活方式改变：家用电器、电动交通工具等的普及，极大地提高了人们的生活便利性和生活质量。
幻灯片 19：课堂总结
磁场对通电导线的作用：通电导线在磁场中受力，方向由左手定则判断，大小与电流、磁场、导线长度有关。
电动机构造：由定子（磁场）、转子（线圈）、换向器、电刷组成，换向器是持续转动的关键。
工作原理：利用磁场对通电线圈的作用力转动，换向器改变电流方向使线圈持续转动，能量转化为电能→机械能。
应用价值：效率高、控制方便，广泛应用于生产生活，推动社会电气化发展。
幻灯片 20：课后作业
完成课本练习题，分析电动机转动方向和快慢的影响因素。
实践观察：拆解一个废旧小型电动机（如玩具电机），识别其定子、转子、换向器等部件，描述各部件的作用。
问题思考：为什么电动机工作时外壳会发热？如何减少电动机的能量损耗？
拓展设计：设计一个能改变转动方向的直流电动机控制电路，画出电路图并说明原理。
2024人教版版物理九年级全册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
20.5跨学科实践_制作简易直流电动机
第二十章 电与磁
a
i
T
u
j
m
i
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g
1. 理解简易电动机中换向器的替代设计原理。（重点）
2. 用物理学原理解释自制电动机的工作过程。（重点）
学习目标
知识点1　项目提出
知识全解
生活场景：
玩具总动员：遥控赛车、轨道火车
生活小帮手：电动牙刷、USB小风扇
未来科技：无人机螺旋桨、智能机器人关节
这些装置为什么会自己动起来？它们的“心脏”藏在哪里？
生活观察：直流电动机无处不在
知识点1　项目提出
知识全解
现象聚焦：电动机的“卡顿”问题
回忆旧知：通电线圈在磁场中受力转动
普通线圈转动半圈后反向受力→无法持续转动
复杂换向器制作困难
挑战任务：
"能否用初中实验室材料，设计简易‘换向装置’让线圈转不停？"
知识点2　项目分析
知识全解
破解电动机持续转动的四大关键
① 线圈材料选择
使用漆包线
绝缘性：避免线圈匝间短路
可操控性：刮漆部位精准控制电流通断
漆包线粗细选择：
粗漆包线：机械强度高，转动更稳定
细漆包线：电阻大易发热，适合微型电机
知识点2　项目分析
知识全解
② 磁体与支架设计
强磁体必要性：
产生强磁场 → 增大线圈受力
固定为定子：简化结构，降低制作难度
支架材料要求：
重金属丝：导电性+支撑稳定性
避免使用铁质支架：防止磁干扰
破解电动机持续转动的四大关键
知识点2　项目分析
知识全解
③ 转子的运动控制
线圈作为转子：
矩形设计（3cm×2cm）：增大受力臂，提高转矩
匝数选择（5-10匝）：
匝数过少 → 磁场力不足
匝数过多 → 重量增加导致惯性不足
破解电动机持续转动的四大关键
知识点2　项目分析
知识全解
④换向功能的替代方案
刮漆法实现半周通电 ：
左端全刮：确保与支架始终导电 → 电流输入
右端半周刮：
上半周接触 → 通电受力转动
下半周断开 → 靠惯性通过
破解电动机持续转动的四大关键
知识点2　项目分析（常见问题库）
知识全解
现象 可能原因 解决方案
线圈不转动 刮漆不彻底（绝缘漆残留）
磁极方向与线圈平面垂直 重新刮漆至铜线裸露
调整磁体N、S极方向
转动不连续 惯性不足（线圈过重/匝数过多）
支架摩擦过大 减少线圈匝数至5-8匝
涂抹润滑油
转速过慢 电池电压不足
磁体磁性减弱 更换新电池（1.5V→3V）
叠加多个磁体增强磁场
知识点3 项目实施
知识全解
四步打造你的专属电动机！
步骤1：绕制线圈——制作核心转子
视觉化操作指南 ：
选材裁剪：
取直径约0.5mm的粗漆包线，剪取长度约30cm
工具：直尺标记3cm×2cm区域，硬纸板辅助定型
绕线技巧：
沿3cm边绕5-10匝，保持匝间紧密无重叠
匝数建议：选5匝
转轴预留：两端各留2cm直导线作为转轴
知识点3 项目实施
知识全解
步骤2：刮漆处理——破解换向密码
左端：
用刀片彻底刮净绝缘漆，露出铜色金属光泽
右端：
仅刮除半周（180°）绝缘漆
方法：转轴平放桌面，刮朝上一侧的半周
验证：用万用表检测刮漆区导电性
安全警示 ：
"刮漆时刀片向外推，戴防护手套！"
四步打造你的专属电动机！
知识点3 项目实施
知识全解
步骤3：组装支架——搭建导电桥梁
1. 支架制作：
材料：直径1mm以上铜丝或铁夹子金属丝
弯折要求：
高度匹配线圈转轴（约2cm高）
顶部开V型槽（减少转轴摩擦）
2. 电路连接：
支架底部固定于硬纸板，分别连接电池正负极
导电测试：用导线短接支架，观察电池是否发热
四步打造你的专属电动机！
知识点3 项目实施
知识全解
步骤4：放置磁体与调试启动
1. 磁体定位：
强磁体平放在线圈正下方，N、S极方向与线圈平面平行
磁场验证：撒铁屑观察磁感线分布
2.启动秘诀：
轻推线圈至倾斜30°位置释放
成功标志：持续转动超过10圈
四步打造你的专属电动机！
知识点3 项目实施
知识全解
安全与注意事项！
1. 小刀刮漆包线：手手很重要！
刮漆操作：
"刮漆时刀片向外推，别对着手指！"（想象你在削铅笔，但更小心）
建议戴劳保手套（实验室那种白手套超酷的！）
偷懒警告：别用牙咬漆皮！铜线扎嘴超痛~
2. 电池安全：别让电池"生气"！
电路连接：
"正负极别接反！"（电池盒标有+ 号，瞪大眼睛看清楚）
短路警告：别让导线两头直接碰一起！会冒烟+烫手！
电池发热立刻停用（摸起来比奶茶还烫？赶紧找老师！）
展示交流
知识全解
课堂活动设计：
品展示会：我的电动机超酷！
任务卡：
晒设计：
"举起你的线圈！说出刮漆半周的操作理由~"
秀成果：
"三秒倒计时，看谁的线圈转得最持久！"
（全班一起喊：“3—2—1—转！”拿手机录慢动作）
互动投票：
"给最炫电动机点赞！ 最佳设计奖/最稳转速奖"
展示交流
知识全解
改进脑洞：未来工程师计划
奇葩方案收集：
"给线圈穿LED灯，转起来就是光剑！"（配星球大战BGM）
"把磁铁换成电磁铁，手机蓝牙控制转速！"（虽然现在做不到，但做梦免费~）
老师灵魂拷问：
"如果让你花10块钱升级，你买更粗的线、更强的磁铁，还是买轴承？为什么？
【项目提出】
生活中有许多地方会用到直流电动机，例如爸爸的电动剃须
刀、夏天使用的手持式微风扇都是用直流电动机来驱动的。
直流电动机的工作原理是利用__________在______中受力转
动，利用________及时改变线圈中的电流______使得线圈持
续转动的；下面制作一台简易的直流电动机。
通电线圈
磁场
换向器
方向
【项目分析】
1.根据电动机的原理知，电动机主要由______和______组成，
因而要制作直流电动机，必须用________制成线圈，且保证
各圈导线之间是绝缘的，磁体要尽可能的磁性较____。
线圈
磁体
漆包线
强
2.为了便于快速转动，选择______作为转子，______作为定子。
3.没有换向器时，______（填“能”或“不能”）改变电流方向，
但可以切断电流，避免电动机反向受力而停止转动。
线圈
磁体
不能
【项目实施】
4.将漆包线绕成约 的矩形
线圈20匝，作为转子。从线圈的两端
各拉出约 的漆包线作为转轴。
用硬质的铜导线竖立在泡沫板上作为
支架，准备2节干电池作为电源，如
图所示。
5.由于线圈是回形的，当线圈始终通电时，上下两个边中的
电流方向是______（填“相同”或“相反”）的；下方的磁体的
磁场方向不变，两个边轮流处于下方时，受力方向______，
会使线圈__________。如果把这个反向转动的力去掉，也就
是在线圈转动的上半周通电，下半周断电，线圈依靠______
能连续转动，因而用小刀刮去线圈两端引线的漆皮时，把一
端全部刮掉，另一端只刮______，组装好电动机。
相反
相反
来回晃动
惯性
半周
6.接好电路后，用手轻轻推动后，观察到线圈转动，此时将
____能转化为______能。
电
机械
【展示交流】
7.转子在转动时，转轴受到的摩擦主要来源于支撑结构和电
刷接触等。对实验可能造成的影响有：①摩擦会消耗部分机
械能；②发热现象等。
8.如果整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应
做哪些尝试？（写出两点即可）
【解】（1）检查线圈中是否有电；（2）检查磁体是否具有
磁性等。
9.通电后线圈能转动，如果要改变转动方向，可以采取什么
做法？
【解】（1）对调磁体两极；（2）对调电源两极。
【项目拓展】
进一步研究图中的电动机模型，测得当电动机两端电压为
时，通过电动机的电流为 ，则该电动机的电功率为____
。
1.2
本课小结
制作简易直流电动机
项目实施
项目提出
项目分析
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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