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20.4 电动机
第二十章 电与磁
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物理观念 了解通电导线在磁场中会受到力的作用，并知道力的方向与哪些因素有关。了解直流电动机的基本构造、工作原理和涉及的能量转化。
科学思维 经历研究通电导线在磁场中受力方向的分析过程，培养归纳推理能力。
科学探究 经历便通电线圈在磁场中连续转动的探究过程，培养解决问题的能力。
科学态度 与责任 通过对电动机的学习，体会物理知识在生产实践中的重要作用，激发学习物理的兴趣。
学习目标
重点难点
教学重点
磁场对通电导线的作用。
教学难点
直流电动机的构造和工作原理。
电力机车、电梯、电风扇、冰箱、洗衣机、机器人，以及各种电动玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生产生活的各个方面。
给电动机通电，它就能够转动。这是为什么？
工业机器人
导入新课
一、磁场对通电导线的作用
条形磁体对小磁针
有力的作用
通电导线
周围有磁场
我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用，磁体间通过磁场相互作用。
通电导线周围有磁场。那么通电导线是不是也会受到磁场的作用力呢？
磁场
通电导线
一、磁场对通电导线的作用
【提出问题】
通电导线在磁场中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向与什么因素有关？
【猜想与假设】
通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向可能与磁场的方向、导体中电流的方向有关。
1. 探究磁场对通电导线的作用
一、磁场对通电导线的作用
实验过程 实验现象 实验分析
直导线ab
向左运动.
直导线ab运动，说明直导线ab通电后在磁场中受到力的作用.
【设计并进行实验】
把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动.
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一、磁场对通电导线的作用
实验过程 实验现象 实验分析
直导线ab
不运动.
与实验①的现象对比，说明磁场对通电导线有力的作用.
直导线ab
向右运动.
改变电流方向，直导线ab运动方向改变，说明直导线ab受力方向与电流方向有关.
在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察现象.
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保持N、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察现象.
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一、磁场对通电导线的作用
实验过程 实验现象 实验分析
保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察现象.
直导线ab
向右运动.
改变磁感线方向，直导线ab的运动方向改变，说明直导线ab受力方向与磁感线方向有关.
直导线ab
向左运动.
同时改变电流方向和磁感线方向，直导线运动方向不变，说明当电流方向与磁感线方向同时改变时，直导线ab受力方向不变.
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在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察现象.
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一、磁场对通电导线的作用
【分析论证】
在实验①中，闭合开关，导线ab向左运动。
在实验③中：只改变导线中的电流方向时，导线ab向右运动，与①运动方向相反。
在实验④中：只改变磁感线方向，导线ab向右运动，与①运动方向相反。
I
I
S
N
I
实验① 实验③ 实验④
一、磁场对通电导线的作用
【实验结论】
当电流的方向或者磁感线（磁场）的方向有一个变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向和磁感线（磁场）的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。
通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁感线（磁场）的方向都有关系。
视频演示——《磁场对通电导体的作用》
一、磁场对通电导线的作用
2. 磁场对通电线圈的作用
想一想：
实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。如果把一个通电线圈放在磁场中，它又会怎样运动呢？
下面我们探究磁场对通电线圈的作用。
一、磁场对通电导线的作用
（1）使线圈静止在图乙所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈并没有运动。这是由于线圈上、下两个边受力大小一样、方向却相反。这个位置是线圈的平衡位置。
【设计并进行实验】
（2）使线圈静止在图甲所示位置上，闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈受力沿顺时针方向转动，并由于惯性而越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。
一、磁场对通电导线的作用
（3）使线圈静止在图丙所示位置上，这是线圈冲过平衡位置以后所到达的地方。闭合开关，观察线圈的转动情况。发现线圈逆时针转动，说明线圈在这个位置所受的力阻碍它沿顺时针方向转动。
一、磁场对通电导线的作用
【实验分析】
线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。
【实验结论】
通电线圈在磁场中会受力而转动，但不能持续转动。
视频观看——《通电线圈在磁场中的扭转》
一、磁场对通电导线的作用
想一想：
线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动下去。
如何改变线圈中电流的方向呢？
3. 换向器
一、磁场对通电导线的作用
实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。
（1）换向器的构造
两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。
一、磁场对通电导线的作用
（2）换向器的作用
当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
一、磁场对通电导线的作用


通电线圈在磁场中，ab、cd两边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动。
线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性转过平衡位置。

线圈越过平衡位置后，利用换向器改变了电流方向，受力方向改变，仍然顺时针转动。
线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，继续转动。
4. 直流电动机的工作原理
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一、磁场对通电导线的作用
【解析】（1）电动机的工作原理是磁场对电流（或通电线圈）有力的作用。
线圈受力方向与电流方向和磁场方向有关；甲图中，线圈左右两边框ab、cd的受力方向相反，是因为两侧的电流方向不同。
当线圈从图示位置再转动90度后，线圈将恰好达到平衡位置，此时受力平衡，最终会停在该位置。
（2）乙图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了换向器，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
二、电动机的基本构造
1. 电动机的组成
直流电动机的组成
电动机主要由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。
定子（磁铁）
转子
（线圈）
换向器
电刷
二、电动机的基本构造
实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
换向器
转子
直流电动机的结构
2. 电动机工作时，把电能转化为机械能
二、电动机的基本构造
3. 家用电器用到的电动机
例如，电吹风、电风扇、洗衣机、剃须刀、空调等都用到了电动机。
三、扬声器
学校的操场上挂着扬声器（喇叭），收音机、电视机、音响中都有扬声器，每天我们都能听到扬声器发出的悠扬声音。
扬声器是怎样发出声音的呢？
三、扬声器
1. 扬声器的作用
它是把电信号转变为声音信号的装置。
2. 扬声器的结构
线圈、永久磁体、锥形纸盆。
3. 扬声器的原理
当线圈中通有电流时，线圈受到永磁体的作用而运动；当线圈中的电流反向时，线圈向相反方向运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。
四、课堂总结
①通电导体在磁场中受到力的作用.
②力的方向与电流方向和磁场方向有关.
磁场对通电
导体的作用
电动机
电动机
①原理：通电线圈在磁场中受力而转动.
②基本组成：换向器、转子、定子.
③换向器作用：线圈转过平衡位置时，
自动改变线圈中电流的方向.
④能量转化：把电能转化为机械能.
五、练习与应用
1. 用图所示的装置研究磁场对通电导体棒的作用时，如果闭合开关后导体棒向左运动，怎样操作可以使导体棒向右运动？
【解析】把电源的正负极对调，或把蹄形磁体N、S极对调。
2. 电动机主要由哪两部分构成？电动机换向器的构造大体是怎样的？它有什么作用？
【解析】电动机由定子和转子组成；换向器的构造：两个铜半环跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘，两个电刷分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路；换向器的作用是每转过平衡位置时都能自动改变线圈中电流方向，使直流电动机向一个方向持续转动下去。
教材课后习题
五、练习与应用
3. 电路中常用到单刀双掷开关，这是一种可以分别跟两个接线柱连接的开关。图甲是它的外形图，图乙中的S1和S2是它的符号。图乙用两个单刀双掷开关来控制电动机M，使电动机既能正转，也能反转。如果开关S1与触点a接触、S2与c接触时，电动机是正转的，怎样操作开关才能使电动机反转？
【解析】开关S1与触点b接触、S2与d接触，电动机反转。
提示：通过改变电动机中电流的方向使电动机反转。
五、练习与应用
4. 一台电动机的额定电压是220V，额定功率是5.5kW，它正常工作时的电流有多大？连续工作2h耗电多少？
【解析】电动机的额定电压是220V，额定功率是4.5kW，则它正常工作的电流：
I=P/U= 5500W/220V=25A
电动机的额定功率是4.5KW，连续工作4h耗电：
W=Pt=5.5kW×2h=11kW h
5. 生活中很多地方都用到电动机，请列举五个电动机在生活中应用的实例。
【解析】例如，电风扇、洗衣机、电动汽车、电吹风、吸尘器等。
教材课后习题
下 课
Thanks!
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