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17.1　关于电动机转动的猜想
1．物理观念：
(1)了解电动机的结构。
(2)猜想电动机转动的原因。
2．科学思维：
通过猜想电动机转动的原因，学会用合理简化的方法对事物进行分析。
3．科学探究：
通过“简化法”对电动机的内部结构做合理的简化，从而猜想电动机转动的原因。
4．科学态度与责任：
通过对电动机转动的猜想，激发学生思维，提升物理学习的兴趣，并使学生在此过程中体验获取知识、探究新事物的方法。
教学重点：探究电动机的内部结构；掌握科学探究法来研究新问题。
教学难点：用合理简化的方法对事物进行分析。
三用导轨(支架)，蹄形磁铁，直导体，带转轴的两用小线圈，电池盒，开关，导线，玩具电动机，直流电动机模型等。
一、情境引入
课件展示无人机、电扇、洗衣机等。通过展示各种电器，让学生感受电气化带来的方便，初步领略电气化对现代文明社会的促进作用。
出示教具：玩具电动机，并演示。这是一只玩具电动机，通电后它就转动了。为弄清楚电动机通电后为什么会转动这个问题，首先就需要了解电动机的结构。
二、新课教学
探究点一：了解电动机的结构
认识电动机
通过展示电动机模型，然后分拆电动机，观察电动机的构成，知道电动机最主要的两个部件(转子和定子)。
板书：电动机由两部分组成：转子和定子。电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。
探究点二：电动机转动原因的猜想
出示直流电动机模型，介绍并演示。
教师：这是蹄形磁铁，有一个矩形线圈放置在磁场里，现在给矩形线圈通电，请注意观察。
提问：观察到了什么现象？
学生：通电线圈在磁场里转动。
出示教具：介绍课桌上的器材，并提出实验要求，特别提醒学生在实验时，通电时间要短暂，因为这个电路实际上是电源短路，同时要把观察到的现象记录下来。
学生实验：如何让电动机转起来。
教师点拨：奥斯特实验的发现——电流周围存在着磁场，并通过磁场对磁体发生作用，即电流对磁体有力的作用。
教师和学生共同做探究电动机转动原因的实验。学生动手将电动机连入电路中，教师在旁做指导。
进一步提问：请同学们汇报一下刚才实验时，磁极的位置、通入的电流方向以及通电导体的受力方向。
讨论：为什么在这个实验中通电导体在磁场中的受力方向有的向左，有的向右呢？请同学们分析一下，可能是什么原因？在讨论交流中，有的学生猜想受力方向可能与电流方向有关，有的认为可能与磁感线方向有关，有的认为受力方向可能与电流方向及磁感线方向都有关。
学生猜想、讨论。
教师让学生预习下节课的内容。探究新问题：上述实验中，通电线圈能否一直转动下去，若要使它一直转动下去，你设想可采用哪些方法？
17．1　关于电动机转动的猜想
一、电动机的结构
转子和定子。电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。
二、电动机转动原因的猜想
电动机的转动可能跟磁场和通电线圈有关。由于磁场对通电线圈产生力的作用，电动机才会转动起来。
本节课我以玩具电动车中的电动机做电动机模型，并让学生能看清简单电动机的构造。之后我通过简单的实验来让学生和我一起来观察实验现象，从而引出影响电动机转动原因的各种猜想。在师生互动环节中学生都很踊跃地举手发言，最后我让学生自己动手做实验来验证他们的猜想。由于本节内容较多，在让学生经历探究实验的过程时间给得不够充分，没有让每个学生亲自动手操作，对于部分学生来说显得节奏较快。17.2　电动机转动的原理
1．物理观念：
(1)知道通电导线在磁场中会受到力的作用，知道力的方向与电流方向和磁场方向有关。
(2)了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。
(3)知道换向器的工作原理。
(4)知道动圈式扬声器的结构和原理。
2．科学思维：
(1)在探究线圈在磁场中受力过程时，尝试通过分析和实践的方式解决通电线圈在平衡位置停止转动的问题。
(2)通过对直流电动机的工作原理及其能量转化的探究，能根据扬声器的工作原理推理其能量转化。
3．科学探究：
(1)通过观察通电导体在磁场中受力的情况，说出控制变量法在实验中的应用，并分析总结影响导体运动方向的因素。
(2)通过观察通电线圈在磁场中转动的情况，认识解决线圈连续转动的方法，了解换向器的工作原理。
4．科学态度与责任：
通过经历模拟电动机的制作过程，了解物理知识如何转化成实际技术应用，激发学生思维，提升物理学习的兴趣，并使学生在此过程中体验获取知识、探究新事物的方法。
教学重点：磁场对电流的作用。
教学难点：分析概括通电导体在磁场中的受力方向跟哪两个因素有关；理解通电线圈在磁场里为什么会转动。
电源，蹄形磁铁，条形磁铁，开关，导线，铜棒(导体)，滑动变阻器，线圈，导轨。
一、情境引入
1．磁场的基本性质是什么？磁场对放入其中的磁体产生力的作用。
2．电流的磁效应是什么？通电导体周围存在着磁场，磁场的方向跟电流的方向有关，这种情况叫做电流的磁效应。
播放课件：播放有关电动机的动画。
分别闭合开关(2个方向)和调节滑动变阻器，观察电动机和车轮的旋转方向，由学生描述并猜测出现这种现象的原因。
电动机为什么会转呢？引导学生回忆奥斯特实验，知道通电导体周围存在磁场，能使小磁针偏转，即电流对磁体有力的作用，启发学生逆向思维。磁场对电流有没有力的作用呢？
我们知道生产和生活中的许多电器都需要电动机来带动，下面我们就来研究电动机的工作原理。
二、新课教学
探究点一：探究磁场中的通电导体受到的作用力
1．如上图，把导体ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导体ab，观察它的运动状况，说出观察到的现象，讨论得出结论。
现象：闭合开关，导体ab向外运动。
结论：通电导体在磁场中受到力的作用。
2．把电源的正、负极对调后接入电路，使通过导体ab的电流方向与原来相反，观察导体ab的运动方向。
现象：闭合开关，导体ab向里运动，与刚才运动方向相反。
结论：这说明通电导体在磁场中受到的力的方向与电流通过导体的方向有关。
3．保持导体ab中的电流方向不变，但把蹄形磁铁上下磁极调换一下，使磁场方向与原来相反，观察导体ab的运动方向。
现象：磁极调换后观察到导体ab的运动方向改变。
结论：这表明通电导体在磁场中运动方向与磁场方向有关。
实验表明：通电导体在磁场中会受到磁场对它的作用力，力的方向跟磁场的方向和导体中电流的方向都有关系，当电流的方向或者磁感线的方向变为相反时，通电导线受力的方向也变为相反。
引导：当电流方向或者磁感线方向变为相反时，通电导体受力方向也变为相反。那么，把一个通电的线框放到磁场中，它会怎样运动？想一想，做做看。
接通电源，线圈在磁场里发生转动，但转动不能持续下去，转90°角摆几下就停了。怎么解释这一现象呢？看演示。
演示：使线圈位于磁体两磁极间的磁场中。
1．使线圈静止在图乙位置上，闭合开关，观察现象。
现象：发现线圈没有运动。
原因：这是由于线圈ab、cd两个边受力大小一样，方向相反且在同一条直线上的原因，这个位置是线圈的平衡位置。
2．使线圈静止在图甲位置上，闭合开关，观察现象。
现象：线圈沿顺时针方向转动。
结论：线圈在此位置所受力使其沿顺时针方向转动。可是线圈能靠惯性越过平衡位置，但不能继续转下去，最后要返回平衡位置。为什么会返回呢？
3．看图丙，使线圈静止在这个位置上，这是刚才线圈冲过平衡位置以后所到达的地方，闭合开关，观察现象。
现象：线圈向逆时针方向转动。
结论：这说明线圈在这个位置所受力是阻碍它沿顺时针方向转动的，这也就使线圈返回平衡位置。
那怎样才能使通电线圈在磁场中持续转动呢？
探究点二：换向器的作用
通过仔细观察电动机的结构我们发现，在电动机上电源的引入处还有一个“小机关”，这就是换向器。
换向器的构造：两个铜半环分别跟线圈两端相连，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动。A和B是电刷，它们跟半环接触，使电源和线圈组成闭合电路，如图。
换向器的作用：当线圈刚刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。
探究点三：电动机的工作原理
通过前面的学习我们知道，电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。我们把用直流电源供电的电动机叫做直流电动机。那么电动机的工作过程是怎样的呢？
如图甲所示，线圈处于此位置时，电流从电刷4→半环2→线圈→半环1→电刷3。线圈的c边受到一个向上的力，a边受到一个向下的力，线圈沿逆时针方向转动。
如图乙所示，线圈转至平衡位置时，两电刷跟两个半环间的绝缘部分接触，线圈中无电流，不再受力的作用。由于惯性，线圈会越过平衡位置转动。
如图丙所示，线圈越过平衡位置后，电流从电刷4→半环1→线圈→半环2→电刷3。线圈的c边受到一个向下的力，a边受到一个向上的力，线圈仍绕轴沿逆时针方向转动。当线圈再次转到图甲中的位置时，又重复前面的过程，这样直流电动机就可以持续转动了。
概括地说，直流电动机的工作原理是：通电导体在磁场中受到力的作用使线圈转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，以保持线圈的持续转动。
播放动画：电动机原理
磁场对通电导体作用的应用十分广泛，除了电动机，磁电式电流仪表和动圈式扬声器(喇叭)也应用了相关原理。
介绍：扬声器的结构示意图及发声原理。
指导阅读课本P31“不同功能的电动机”。
拓展：实际的直流电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上。除直流电动机外，生活中还经常用到交流电动机，交流电动机也是利用通电导体在磁场中受力来运转的。
电动机工作实质是将电能转化为机械能。电动机的优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小、无污染。
17．2　电动机转动的原理
一、探究磁场中的通电导体受到的作用力
1．通电导体在磁场中受到力的作用。
2．通电导体在磁场中受力的方向，跟电流方向和磁场的方向有关。
二、换向器的作用
三、电动机的工作原理
通电导体在磁场中受到力的作用使线圈转动，同时通过换向器及时改变线圈中的电流方向，以保持线圈的持续转动。
本节内容是由两部分组成，一是“磁场对通电导体的作用”的实验，二是“电动机的工作原理”。在设计实验上，我首先通过实验来与学生互动，让学生在实验中观察现象，进而得出磁场对通电导体有力的作用以及通电导体在磁场中受到的力的方向与电流通过导体的方向和磁感线的方向有关。在处理电动机的工作原理时，由于这一部分知识比较抽象，我把多匝线圈分解为通电的一匝长方形线圈导线，这对学生来说就化抽象为形象、化复杂为简单，就很容易接受了。但线圈在磁场中不能够持续转动，怎么办？此时让学生出谋划策，这样就使得学生在不知不觉中接受了换向器这一知识点。从而使整个教学过程连贯、循序渐进。17.3　发电机发电的原理
1．物理观念：
(1)了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
(2)了解电磁感应在生产生活中的应用。
(3)了解发电机的工作原理，知道发电机工作过程中的能量转化。
2．科学思维：
(1)经历磁生电的实验过程，学习从物理现象和实验中归纳简单的科学规律。
(2)通过了解发电机的工作原理，查阅资料，分析其在动圈式话筒中的应用。
3．科学探究：
引导学生自主设计实验方案探究感应电流产生的条件，从实验探究中知道产生感应电流的条件。
4．科学态度与责任：
从法拉第的发现到发电机的制造的事实中，感受发现与创造对社会进步的影响，认识到任何创造发明的基础是科学探究的成果，初步具有创造发明的意识。
教学重点：通过实验探究“电磁感应现象”的过程。
教学难点：理解磁场中产生感应电流的条件。
手摇发电机模型，灵敏电流计，蹄形磁铁，矩形线圈，直导线，连接导线，开关，铁支架1台，螺线管，条形磁铁，小灯泡，细线。
一、情境引入
重做奥斯特实验，请同学们观察后回答：
1．此实验叫什么实验？(奥斯特实验)
2．它揭示了一个什么原理？(电流周围存在着磁场，电流的磁场方向跟电流方向有关)
电流周围存在着磁场，即电能生磁。那么逆向思维将会怎么样？指导学生阅读课本P35第一段话，然后说一说自己想了解什么问题。
下面我们用实验来探究磁能否生电。我们先设计实验方案，从实验所需器材、实验条件、实验操作入手。
二、新课教学
探究点一：认识发电机
活动：让我们自己来发电。
课本P35图17－3－2是手摇发电机模型，为了让更多学生有动手机会，体验操作发电机的乐趣，每组选用两台发电机模型，一台作为电动机用，另一台作为发电机用(输出端接小灯泡)，两机的转轴之间用塑胶管对接起来，当用手握住手柄使发电机转动时，就能看见小灯泡发光，说明发电机发出电来了。
说明：1.直流电动机与发电机是可逆的，即对它通电能转动，使它转动则能发电。
2．电动机与发电机的结构相似，线圈简化也与电动机一样可以用一匝线圈或单根导线代替。
探究点二：电磁感应现象
在上述猜想与线圈简化为导线的基础上，引导学生对实验进行设计，由学生选取器材，组装实验，每组给出如下器材：灵敏电流计、蹄形磁铁2～3块、矩形线圈(10匝左右)、直导线1～2根、连接导线2根、开关1只、铁支架1台、螺线管、条形磁铁1块，学生把实验装置组装好。
实验目的：探究导体在磁场中产生感应电流的条件。
根据实验目的，本实验应选择哪些实验器材？为什么？根据研究的对象，需要有磁体和导线；检验电路中是否有电流需要有电流表；控制电路必须有开关。
让学生弄清蹄形磁铁的N、S极和磁感线的方向，然后按书上的装置安装好(直导线先不要放在磁场内)。
播放课件：磁生电
实验器材：蹄形磁铁、灵敏电流计、线圈、单根导线、铁架台、细线。
实验步骤：
如何做实验？其步骤又怎样呢？
我们先做如下设想：电能生磁，反过来，我们可以把导体放在磁场里观察是否产生电流。那么，导体应怎样放在磁场中呢？是平放？竖放？斜放？导体在磁场中是静止？还是运动？怎样运动？另外，磁场的强弱对实验有没有影响？
下面我们依次对这几种情况逐一进行实验，探索在什么条件下导体在磁场中产生电流。
1．将闭合电路的部分导体置于磁场中，且保持导体与磁场相对静止；
2．更换强磁体，增强磁场，仍保持导体与磁场相对静止；
3．使闭合电路的一部分导体在磁场中上下运动；
4．使闭合电路的一部分导体在磁场中左右运动；
5．使闭合电路的一部分导体在磁场中斜着运动。
教师按实验步骤进行演示，学生仔细观察，每完成一个实验步骤后，请学生将观察结果记录下来。实验完毕，提出下列问题让学生思考：
上述实验说明磁能生电吗？(能)
在什么条件下才能产生磁生电现象？(当闭合电路的一部分导体在磁场中左右或斜着运动时)
为什么导体在磁场中左右、斜着运动时能产生感应电流，而上下运动或者静止时却不能呢？如果把磁感线想象成一根根实实在在的线，把导线想象成一把刀，表达起来会方便些，讨论一下如何表达？
讨论分析：导体在磁场中左右、斜着运动时切割磁感线产生感应电流，而上下运动或静止时不切割磁感线，所以不产生感应电流。
通过此实验可得出什么结论？
学生归纳、概括后，教师板书：
1．闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流。这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。
2．磁场产生感应电流必须同时满足两个条件：
(1)闭合电路；
(2)一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
在电磁感应现象中，为什么一定要强调“闭合电路”？如果电路不闭合，一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时就不能产生感应电流，只能产生感应电压。
讲述：电磁感应现象是英国的物理学家法拉第发现的。他经过十年坚持不懈的努力，才发现了这一现象。这种热爱科学、坚持探索真理的可贵精神，值得我们学习。这一现象的发现进一步揭示了电和磁之间的联系，进而发明了发电机，开辟了电的时代，所以电磁感应现象的发现具有划时代的意义。
研究感应电流的方向。
我们知道，电流是有方向的，那么感应电流的方向是怎样的呢？它的方向与哪些因素有关呢？请同学们观察下面的实验。
演示实验：保持上述实验装置不变，改变磁场方向或改变导体在磁场中的运动方向。
同学们观察到了什么现象？把你观察到的现象归纳总结出来。由此能得出一个什么样的结论呢？(磁场方向或导体运动方向变化时，指针偏转的方向也发生变化，即电流的方向也随着变化)
3．导体中感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向有关。
研究电磁感应现象中能量的转化。
在电磁感应现象中，导体做切割磁感线运动，注意是导体做切割磁感线“运动”。
它消耗了什么能？(机械能)得到了什么能？(电能)在电磁感应现象中实现了什么能与什么能之间的转化？(机械能与电能之间的转化)
4．在电磁感应现象中，机械能转化为电能。
人们利用机械能可以转化为电能这一原理做成了发电机，世界第二次科技革命——电气化时代开始了，其意义和影响是巨大而深远的。
探究点三：发电机的工作原理
如图是交流发电机的基本结构示意图。图中矩形线圈可绕轴转动，其AB边和CD边分别跟铜制滑环2、1相连，两个滑环又分别跟电刷4、3接触。用导线把两个电刷和灵敏电流计连接起来，组成闭合电路。当线圈转动时，其AB、CD边就做切割磁感线的运动，电路中就有感应电流产生，灵敏电流计的指针就会偏转。
当线圈持续转动下去，线圈中感应电流的大小和方向就不断重复上述变化。这里线圈转动一周，电流的方向和大小就发生一个周期性变化。这种周期性改变方向和大小的电流叫做交流电。
实际发电机比发电机模型要复杂得多，但基本部件仍是磁体与线圈。在水利发电和火力发电等利用大型发电机发电的场景中，发电机中还会采用线圈不动，磁极转动的方式来发电，所产生的感应电流通常都是交变电流(交流电)，且电压较高。
17．3　发电机发电的原理
一、认识发电机
发电机的构造：由定子和转子组成，包括磁极、线圈、铜环、电刷等。
二、电磁感应现象
1．闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流。这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。
2．磁场产生感应电流必须同时满足两个条件：
(1)闭合电路；(2)一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
3．导体中感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向有关。
4．在电磁感应现象中，机械能转化为电能。
三、发电机的工作原理
我在本节课的教学过程中以实验为基础，以简单的实验来为学生展示电磁感应现象，并与学生互动将所得的结论和概念归纳总结出来。我还通过介绍科拉顿“跑失良机”的故事，使学生体会科学发现的偶然性和必然性之间的关系。
电磁感应现象本身既是电学部分重点又是难点，需要引导学生在复习奥斯特电生磁的基础上，迁移类比研究产生电磁感应现象的条件，让学生通过科学探究，认识电磁感应现象，体会实验探索的艰辛，进一步提高科学探究能力，学习科学家执着探究科学真理的精神，在整个探究过程中培养学生对比、逆向思维、空间想象、抽象概括等能力，培养学生热爱科学、坚韧不拔的优秀科学品质。

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