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3.3 电动机及其应用
【第三单元 电磁及其应用】
八年级下册
A
B
N
S
磁场对通电导体有力的作用
通电导体在磁场中受到力的作用
只改变电流方向，通电导线受力方向改变。
只改变磁场方向，通电导线受力方向改变。
同时改变磁场方向和电流方向，通电导线受力方向不改变。
通电导体在磁场中受力运动的过程，是电能转化为机械能的过程。
当导体中的电流方向与磁场方向平行时，导体不受到磁场的作用。
复习回顾
哪个线圈是处于平衡位置？
思考：通电线圈转到平衡位置时，为什么不立即停下来，而是在位置附近摆地动几下才停下来？
通电线圈转到平衡位置前具有一定速度，由于惯性它会继续向前运动，但由于这时受到的磁场力的作用又会使它返向旋转回到平衡位置，所以它要摆动几下后再停下来 。
提问：怎样使线圈在转过平衡位置后继续沿原来的方向转动下去？
直流电动机
结构
定子（磁体）
转子（线圈）
换向器
（可使线圈的电流方
向发生改变）
电刷
电动机
1、能量转化：
2、制作原理：
4、换向器作用：
3、构造：
电能转化为机械能
利用通电线圈在磁场里受力转动的原理
自动改变线圈内的电流方向，使线圈连续转动。
磁体、线圈、换向器、电刷
定子
转子
思考
1、如何改变电动机中线圈的转动方向？
2、如何让电动机线圈转动更快？
改变磁场方向、改变电流方向
增加线圈匝数、换磁性更强的磁体、在安全范围内换电压更高的电源
日常生活中由于电网供电是交流电，所以家庭使用的电风扇、洗衣机等电器中的电动机是交流电动机。交流电动机也是依靠通电导体在磁场中所受的力来运转的。
装配直流电动机模型
目标：
练习安装直流电动机的模型，提高动手操作能力。
器材：
直流电动机模型，电池，
滑动变阻器，开关，导线等。
过程
1.把直流电动机模型的各个部件安装成整机，安装时要注意：轴与轴之间的摩擦要尽量小；电刷和换向器的接触松紧度要适当。
2.把直流电动机的模型接入电路，其电路图如图。在闭合开关前，先弄清电流从哪一个电刷流入电动机线圈：闭合开关，观察电动机线圈的转动方向，结果记录在表中。
3.把电源的两极对调，重复步骤2，观察电动机转动方向是否改变，结果记录在表中。
4.再把两个磁极位置对调一下.重复实验
序号 电流方向 磁极位置 线圈方向（顺时针或逆时针）
1 从A流入B流出 左N，右S
2
3
4
从A流入B流出
左S，右N
从B流入A流出
左S，右N
从B流入A流出
左N，右S
6.利用滑动变阻器改变通过线圈的电流大小，观察转子转动的快慢，把观察结果记录在表中。
序号 变阻器滑片滑动方向 电流大小变化 线圈转速的变化
1 向左
2 向右
在装配电动机模型时，有没有发生故障？如何排除故障？
电动机不转的原因：
线圈恰好在平衡位置（轻转线圈就可以了）
摩擦力太大（转子和定子之间，电刷和换向器接触太紧）
电路断路（电刷和换向器接触不好；开关处接触不良；电源处接触不良）
电流太小（电源电压太小；电池没电了）
磁体的磁性不够强
三、电动机的应用
电动机被称为现代工业之母，它构造简单、控制方便、效率高、无污染，在交通运输、家用电器、国防设备等现代生产生活中有广泛应用，人类社会的发展离不开电动机。洗衣机、人造地球卫星、汽车等都装有各种功能的电动机。
观察你家里使用的电器，分析判断在部些电器、那些部位使用了电动机，并指出电动机的功能。
序号 电器名称 电动机安装部位 电动机功能
1
2
3
4
电动机的应用
1.交通运输领域。高级汽车中，为了控制燃料和改善乘车舒适感以及显示装置状态需要，要使用40~50台电动机，豪华轿车上的电动机可达80多台。汽车电气配套电动机主要为永磁直流电动机、永磁步进电动机、无刷直流电动机等。
2.家用电器领域。现代生活中电机使用较普遍，例如微波炉、自动窗帘、自动开窗、自动按摩持、厨房内各种装置等。随着生活水平和制造业水平的提高，电机的使用将会越来越广。电唱机、录音机、电脑以及高级智能玩具和娱乐健身设备等都有配套电机。摄像机、数码照相机等电子消费品所配电机属精密型，制造加工难度大，尤其是进入数字化后对电机提出了更新、更高的要求。
3.国防领域：军用特种电机及组件门类繁多，规格各异，近万个品种，基本功能有：机械位置传感与指示，信号变换与计算，运动速度检测与反馈，运动装置驱动与定位，速度、加速位置精确伺服控制，计时标准及小功率电源等。
4.特珠用途领域。一些特殊领域应用的各种飞行器、探测器、自动化装备、医疗设备等使用的电机多为特种电机或新型电机。
设计一个电路，使电动机在一定的操作下既能正转，也能反转。浙教版八年级下册《3.3.2电动机》教学设计
一、教学内容确定
（一）核心概念
直流电动机以通电线圈在磁场中受力转动为核心原理，通过换向器解决线圈在平衡位置停止转动的问题，换向器能在线圈到达平衡位置时自动改变线圈内电流方向，使线圈持续沿同一方向转动。
直流电动机由定子（磁体）、转子（线圈）、换向器、电刷组成，各部件协同工作：定子提供磁场，转子是受力转动的核心，换向器改变电流方向，电刷实现电路导通并传递电流。
电动机工作时实现电能向机械能的转化，其转动方向由电流方向和磁场方向决定（单一改变其一则转动方向改变），转速与线圈匝数、磁体磁性强弱、电源电压（电流大小）有关。
生活中电动机分直流和交流两类，交流电动机同样基于通电导体在磁场中受力的原理，因电网供电为交流电广泛应用于家用电器；电动机具有构造简单、控制方便、效率高、无污染的特点，是现代生产生活的重要设备。
（二）跨学科概念
结构与功能：直流电动机各部件的独特结构与其功能精准匹配，换向器的半环结构决定其改变电流方向的功能，体现 “结构决定功能” 的科学逻辑。
问题与解决方案：从通电线圈在平衡位置摆动停止的问题，到换向器发明的解决方案，形成 “发现问题 — 分析问题 — 解决问题” 的技术研发思路，培养工程思维。
能量转化与守恒：电动机工作过程中电能可控转化为机械能，少量能量转化为内能，符合能量守恒定律，体现不同能量形式的转化与利用。
控制与调节：通过改变电流 / 磁场方向调节转动方向，通过改变电流大小、磁体磁性调节转速，体现对物理现象的人为精准控制。
技术与社会：电动机作为核心动力设备，广泛应用于交通、家电、国防等领域，推动社会生产生活发展，体现科学技术对社会进步的促进作用。
二、教学目标
（一）科学目标
能准确说出直流电动机的工作原理、组成部件及各部件作用，重点理解换向器使线圈持续转动的原理。
明确电动机的能量转化形式（电能→机械能），掌握改变电动机转动方向和加快转速的具体方法。
能规范完成直流电动机模型的组装与调试，学会排查模型装配中的常见故障（如线圈不转、转动卡顿）。
了解交流电动机的应用背景，知道电动机的特点及在生产生活中的广泛应用领域。
（二）科学思维
通过分析换向器的工作过程，建立 “平衡位置→换向器改变电流方向→受力方向改变→持续转动” 的逻辑链条，提升因果推理和逻辑分析能力。
从通电线圈的受力特点推导电动机的工作原理，培养知识迁移和推理能力，理解科学原理到技术应用的转化过程。
通过探究转动方向和转速的影响因素，巩固控制变量法的应用，提升实验分析和归纳总结能力。
分析电动机各部件的协同工作机制，培养系统思维，理解整体功能由部分功能组合而成。
（三）探究实践
能根据器材规范完成直流电动机模型的组装，正确安装定子、转子、换向器和电刷，实现线圈的持续转动。
开展 “探究电动机转动方向和转速影响因素” 的实验，通过控制变量法改变电流方向、磁体位置、电流大小，观察并记录实验现象，得出合理结论。
能排查电动机模型的常见故障（如线圈在平衡位置、摩擦力过大、电路断路等），并采取有效措施排除故障，提升问题解决和动手操作能力。
（四）态度责任
感受从科学原理到技术发明的创新过程，激发对电磁学技术的探究兴趣和创新意识。
在模型组装和实验探究中，培养严谨操作、合作交流、实事求是的科学态度，体会团队协作的重要性。
认识电动机在现代社会的重要价值，体会科学技术对生产生活和社会进步的推动作用，增强学习科学的责任感。
了解电动机高效、无污染的特点，树立绿色环保、科技节能的意识，关注科学技术的可持续发展。
三、教学重难点
（一）重点
直流电动机的工作原理和换向器的作用。
直流电动机模型的组装与调试。
改变电动机转动方向和转速的方法。
（二）难点
理解换向器如何在平衡位置改变线圈电流方向，使线圈持续沿同一方向转动。
电动机模型的故障排查与调试，如解决线圈不转、电刷与换向器接触不良等问题。
厘清电流方向、磁场方向与线圈受力方向、转动方向之间的关联。
四、教学准备
实验器材：直流电动机模型套件（定子、转子、换向器、电刷、支架）、干电池、滑动变阻器、开关、导线、不同磁性强度的磁体、砂纸等。
教学资源：课件（包含线圈平衡位置受力示意图、换向器工作动画、电动机组装步骤、生活应用图片）、电动机模型故障排查清单、实验记录表格。
学具：组装步骤卡、实验现象记录单、故障排查手册。
五、教学环节设计
（一）复习回顾，提出问题
复习提问：通电线圈在磁场中转动到平衡位置时，为什么会摆动几下后停止？（线圈具有惯性继续运动，受力平衡使其返回平衡位置）；通电导体受力方向与哪些因素有关？（电流方向、磁场方向）
核心设问：“既然改变电流或磁场方向能改变受力方向，那如何让线圈转过平衡位置后，受力方向随之一变，从而持续沿同一方向转动呢？”
引出课题：今天我们就来学习解决这一问题的核心设备 —— 电动机，探究其工作原理、组成结构，亲手组装电动机模型，并了解它在生活中的广泛应用。
【设计意图】通过复习上节课的知识难点提出核心问题，形成认知冲突，激发学生的探究欲望；实现知识的自然衔接，为后续换向器原理的学习做好铺垫。
（二）探究新知一：直流电动机的原理与组成
分析问题，提出解决方案：
结合线圈平衡位置受力示意图，引导学生分析：要让线圈持续转动，关键是线圈转过平衡位置时，及时改变线圈内的电流方向，从而改变受力方向。
引出换向器：展示换向器结构（两个彼此绝缘的半铜环），播放换向器工作动画，讲解其工作过程：线圈转到平衡位置时，电刷与换向器的半铜环接触位置改变，自动切换线圈的电流接入方向，使线圈电流方向反向，受力方向也随之反向，线圈顺利越过平衡位置并持续转动。
直流电动机的组成与作用：
展示直流电动机解剖模型，结合课件讲解四大核心部件：
定子：固定的磁体，提供稳定的磁场；
转子：可转动的线圈，是受力转动的核心，实现能量转化；
换向器：两个绝缘半铜环，改变线圈内电流方向，使线圈持续转动；
电刷：与换向器弹性接触，导通电路，将电源电流传递给线圈。
核心总结：
工作原理：利用通电线圈在磁场中受力转动，通过换向器自动改变线圈内电流方向，使线圈持续转动；
能量转化：电能 → 机械能（少量转化为内能）。
即时思考：“如果换向器的两个半铜环没有绝缘，会出现什么现象？”（电路短路，线圈无法转动）
【设计意图】从问题出发推导解决方案，结合动画和模型让抽象的换向器原理变得直观，突破教学难点；通过部件拆解讲解，让学生理解各部件的协同作用，掌握电动机的核心原理和组成，突出教学重点。
（三）探究新知二：电动机的转动控制与模型组装
转动控制规律探究：
引导学生结合通电导体受力规律，推理得出：① 转动方向：改变电流方向（对调电源两极）或磁场方向（对调磁体两极），电动机转动方向改变；② 转速加快：增加线圈匝数、换磁性更强的磁体、在安全范围内提高电源电压（增大电流）。
直流电动机模型组装：
展示组装器材，播放组装步骤视频，强调组装要点：轴与轴摩擦尽量小、电刷与换向器接触松紧适当、线圈处于磁体磁场中心；
分组组装：学生以 4 人小组为单位，根据组装步骤卡动手组装，教师巡回指导，重点帮助有困难的小组；
实验探究与故障排查：
连接电路，闭合开关，观察线圈转动情况，记录实验现象；
开展探究实验：① 对调电源两极，观察转动方向变化；② 对调磁体两极，观察转动方向变化；③ 串联滑动变阻器，改变电流大小，观察转速变化；
故障排查：针对线圈不转、转动卡顿等问题，结合故障排查清单，引导学生分析原因并解决（如线圈在平衡位置则轻转线圈、电刷接触太紧则调松、电路断路则检查接线）。
【设计意图】通过知识迁移推导转动控制规律，培养学生的推理能力；分组组装和探究实验让学生在 “做中学”，提升动手操作能力；故障排查环节提升学生的问题分析和解决能力，落实探究实践目标。
（四）探究新知三：生活中的电动机
交流电动机的应用：说明日常生活中电网供电为交流电，电风扇、洗衣机、空调等家用电器使用的是交流电动机，其工作原理与直流电动机一致，均基于通电导体在磁场中受力转动。
电动机的特点：总结电动机构造简单、控制方便、效率高、无污染的优点，对比内燃机等动力装置，突出其环保优势。
广泛应用领域：展示图片 / 视频，介绍电动机在交通运输（电动车、高铁）、家用电器（豆浆机、吹风机）、国防设备（军用机器人、雷达）、特种领域（医疗设备、探测器）的应用，称其为 “现代工业之母”。
学生分享：“你家里哪些电器用到了电动机？它的作用是什么？”
【设计意图】联系生活实际，让学生了解电动机的广泛应用，感受科学技术的实用价值；分析电动机的优点，树立绿色环保意识，落实态度责任目标。
（五）课堂小结，梳理脉络
师生共同梳理知识框架：
核心原理：通电线圈在磁场中受力转动，换向器实现持续转动；
组成部件：定子、转子、换向器、电刷（各部件作用）；
能量转化：电能→机械能；
转动控制：方向（电流 / 磁场方向）、转速（电流、磁性、线圈匝数）；
生活应用：交流电动机为主，广泛应用于各领域，优点显著。
强调重点：换向器的作用、电动机模型的组装与故障排查、转动控制的方法。
【设计意图】帮助学生构建系统的知识框架，强化核心知识点的记忆，厘清知识间逻辑关系。
（六）课堂练习，巩固提升
基础题：直流电动机的工作原理是什么？换向器的作用是什么？
分析题：要使电动机的转动方向反向，可采取什么措施？要让电动机转得更快，有哪些方法？
应用题：组装电动机模型时，线圈始终不转，可能的原因有哪些？如何解决？
师生共同点评，针对易错点进行强调。
【设计意图】通过分层练习，巩固本节课的核心知识点，强化学生对知识的应用能力；及时发现学生的知识漏洞，进行针对性讲解。
六、板书设计
3.3.2 电动机
一、核心问题：让通电线圈持续转动
平衡位置→受力平衡→摆动停止→换向器改变线圈电流方向→持续转动
二、直流电动机
工作原理：通电线圈在磁场中受力转动，换向器使线圈持续转动
组成部件及作用：
定子（磁体）：提供磁场
转子（线圈）：受力转动，核心部件
换向器：两个绝缘半铜环，自动改变线圈内电流方向
电刷：导通电路，传递电流
能量转化：电能 → 机械能（少量→内能）
三、转动控制
转动方向：改变电流方向或磁场方向（单一改变）
加快转速：增加线圈匝数、换强磁体、提高电源电压（增大电流）
四、生活中的电动机
类型：直流电动机（直流电源）、交流电动机（家用电器，电网供电）
特点：构造简单、控制方便、效率高、无污染
应用：交通运输、家用电器、国防设备、特种领域（现代工业之母）
七、作业设计
（一）基础作业
完成教材课后练习，背诵直流电动机的工作原理、组成部件及作用，写出改变电动机转动方向和加快转速的方法。
画出直流电动机的结构示意图，标注各部件名称，并简要描述换向器的工作过程。
（二）实践作业
完善课上组装的直流电动机模型，调试至线圈平稳快速转动，向家人展示并讲解其工作原理；记录调试过程中遇到的故障及解决方法。
观察家中的电器，填写下表，分析电动机的作用：电器名称、电动机安装部位、电动机的功能。
（三）拓展作业
查阅资料，设计一个能让电动机正反转的电路，画出电路图，并尝试用现有器材搭建电路，验证效果。
查阅资料，了解无刷直流电动机的工作原理和优点，对比传统有刷直流电动机，撰写 100 字左右的介绍。
思考：电动机工作时为什么会发热？如何提高电动机的工作效率？
八、教学反思
深化换向器原理理解：制作手动换向器演示模型，让学生亲手操作，观察线圈平衡位置时电流方向的变化；设计受力分析草图，让学生画出平衡位置前后线圈的电流方向、受力方向，厘清三者的关联。
优化组装指导：课前制作详细的组装操作视频和步骤卡片，标注关键细节；组装前挑选优秀学生进行示范操作；增加教师巡回指导的频次，针对常见问题制作 “故障排查流程图”，帮助学生快速解决问题。
拓展探究实验：将 “线圈匝数、磁体磁性对转速的影响” 作为课后拓展实验，提供不同匝数的线圈、不同磁性的磁体，让学生在课下充分探究，并在下次课进行分享交流。
补充拓展知识：设计 “电动机小知识” 环节，简要介绍交流电动机与直流电动机的区别、无刷直流电动机的特点，提供相关科普资料，满足学生的探究需求；通过对比表格，让学生清晰区分两者的异同。
强化评价反馈：设计多元化的评价方式，包括组装成果评价、实验操作评价、探究报告评价，全面评价学生的学习效果；针对学生的易错点，设计专项练习题，进行针对性的巩固训练。

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