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(共55张PPT)
第十六章　电和磁
第三节　磁场对电流的作用　电动机
（案例一）
1.电动玩具中的电动机主要由______和______组成,线圈只有在______时才会转动,这说明线圈通电时受到了______的作用。
2.给磁场中的直导线通电,直导线可能会______;仅改变直导线中的电流方向,直导线的_________可能会改变;仅对调磁极(改变磁场方向),直导线的_________也可能会改变。
预习清单
磁体
线圈
通电
力
运动
运动方向
运动方向
3.法国物理学家______发现：磁场对通电导体有力的作用,力的方向与______方向和______方向有关。
4.通电线圈在磁场中会______,当通电线圈的平面与磁感线______时,线圈受到的磁场的作用力相互平衡,我们把这个位置称为______位置。为了让线圈持续转动,需要在线圈
两端连接_______,它能在线圈刚转过平衡位置时自动改变线圈中的______方向。
预习清单
安培
电流
磁场
转动
平衡
垂直
换向器
电流
预习清单
电
5.电动机是将______能主要转化为______能的装置。电动自行车、电动汽车的动力来自______;高速列车几乎每节车厢都装有______,以提高运行速度和可靠性。
机械
电动机
电动机
课程导入
生活中哪些地方应用了电动机
电动机通电后就能够使洗衣机滚筒飞速旋转清洗衣物、电扇的扇叶转动送来凉爽的风、电动自行车的车轮转动快速前行。
任务一：了解磁场对电流的作用
【活动1】观察电动玩具中的电动机
任务一：了解磁场对电流的作用
环节1：通电试转——感受电动机转动的特点
电动机：通电转动、断电停止。
环节2：拆解观察——识别“电动机部件”
1.拆解电动玩具：用螺丝刀小心拆开电动玩具的外壳(注意保存螺丝,避免丢失),找到并取出电动机。
2.拆解电动机：用工具小心拆开电动机,观察其内部结构。
任务一：了解磁场对电流的作用
任务一：了解磁场对电流的作用
3.电动机的主要结构：包括线圈、磁体、换向器、电刷、轴、外壳等。
4.细节观察：重点观察电动机中“哪些部件是固定的,哪些部件是可以转动的”。
任务一：了解磁场对电流的作用
环节3：问题讨论——聚焦“转动原因”
(1)电动机转动的前提条件是什么
(2)电动机中的各个部件分别起什么作用
(3)尝试猜想一下,电动机为什么会转动
猜想：通电的线圈在磁体的磁场中受到了力的作用,所以才会转动。
任务一：了解磁场对电流的作用
【活动2】观察磁场对通电直导线的作用
1.通电直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
2.猜想与假设：通电直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。
任务一：了解磁场对电流的作用
3.设计实验：组装实验器材。
任务一：了解磁场对电流的作用
4.进行实验与收集证据：
(1)闭合电路,观察蹄形磁体中的直导线是否运动,如果运动,记录直导线的运动方向。
(2)断开开关,移开蹄形磁体,再次闭合开关,观察通电直导线是否运动,如果运动,记录直导线的运动方向。
任务一：了解磁场对电流的作用
(3)保持蹄形磁体的位置不变,改变电流方向,观察并记录直导线的运动方向。
(4)保持电流方向不变,改变蹄形磁体的磁场方向,观察并记录直导线的运动方向。
(5)同时改变蹄形磁体的磁场方向和电流方向,观察并记录直导线的运动方向。
任务一：了解磁场对电流的作用
任务一：了解磁场对电流的作用
5.分析推理：
(1)对比实验1和2：闭合开关,直导线向右运动,移开蹄形磁体,闭合开关后,直导线不运动,说明通电导体在磁场中才能受到力的作用。
任务一：了解磁场对电流的作用
(2)对比实验1和3：保持磁场方向不变,改变导体中的电流方向,发现直导线的运动方向与原来相反,说明通电导体在磁场中受到的力的方向与电流方向有关。
任务一：了解磁场对电流的作用
(3)对比实验1和4：保持导体中的电流方向不变,改变磁场方向,发现直导线的运动方向与原来相反,说明通电导体在磁场中受到的力的方向与磁场方向有关。
任务一：了解磁场对电流的作用
(4)对比实验1和5：同时改变磁场方向和导体中的电流方向,发现直导线的运动方向与原来相同,说明同时改变磁场方向和导体中的电流方向,通电导体在磁场中的受力方向不变。
任务一：了解磁场对电流的作用
6.实验结论：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的电流方向都有关系。
7.交流与反思：
(1)实验过程中直导线运动不明显的原因。
(2)实验装置怎样优化能使实验现象更明显。
任务一：了解磁场对电流的作用
归纳：
(1)直导线运动不明显的原因可能是电流过小、磁场强度不够等。
(2)可以通过更换电源、更换磁性更强的蹄形磁体等方式优化实验装置,使实验现象更明显。
任务一：了解磁场对电流的作用
8.知识拓展：
19世纪初,奥斯特发现“电流的磁效应”后,科学界掀起了研究电与磁关系的热潮。法国物理学家安培敏锐地捕捉到这一研究方向,他没有停留在对现象的表面观察,而是设计了一系列严谨的实验———他用不同材料的导线、不同形状的磁体(条形磁体、蹄形磁体)、不同方向的电流进行对比实验,甚至自制了可自由转动的通电线圈装置。在实验中,他多次观察到“通电导线在磁场中偏转”的现象,通过反复记录偏转方向与电流方向、磁场方向的对应关系,最终归纳出“磁场对通电导体的作用力方向与电流方向、磁场方向相关”的规律,这一规律也被后人称为“安培定则”的重要组成部分。
任务一：了解磁场对电流的作用
安培的实验探索精神对我们学习物理有什么启示
在学习物理时要善于观察、勇于猜想、勤于实验验证等。
任务二：了解直流电动机的原理
【活动3】观察磁场对通电线圈的作用
用漆包线绕成线圈,将线圈两端的漆全部刮去后放入蹄形磁体的磁场中,并连接成如图所示的实验装置。
任务二：了解直流电动机的原理
实验现象：线圈沿顺时针方向转过一定角度后,摆动几次后停了下来,并不能持续转动。
磁场中的通电线圈为什么会这样运动呢
任务二：了解直流电动机的原理
通电线圈在磁场中的转动情况：
(1)如图所示,通电线圈的ab边和cd边中的电流方向相反,在磁场中受力方向相反,使通电线圈在磁场中顺时针转动。
任务二：了解直流电动机的原理
(2)如图所示,当线圈的平面与磁场垂直时,通电线圈受平衡力作用,达到平衡位置。这时由于惯性,线圈还会继续转动。
任务二：了解直流电动机的原理
(3)如图所示,线圈靠惯性越过平衡位置后,磁场力作用的结果使线圈逆时针旋转。
任务二：了解直流电动机的原理
(4)线圈靠惯性越过平衡位置后,磁场力作用的结果使线圈再次顺时针旋转。最终,通电线圈静止在平衡位置。
任务二：了解直流电动机的原理
【活动4】观察并了解换向器
怎样才能使通电线圈在磁场中持续转动呢
思路引领：如果线圈在越过平衡位置时,能改变受力方向,就能使它连续转动。而通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关,只要及时改变电流方向和磁场方向中的
一个,就能达到以上目的。从方便性考虑,生活中常采用改变线圈中电流方向的方法使线圈在磁场中连续转动。
任务二：了解直流电动机的原理
认识换向器。
任务二：了解直流电动机的原理
(1)换向器的构造：两个铜半环C和D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。
(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。
任务二：了解直流电动机的原理
(3)换向器的工作原理：
①如图所示,通电线圈在磁场力的作用下,开始顺时针旋转。
任务二：了解直流电动机的原理
②如图所示,线圈转到平衡位置时,无电流流过,不受磁场力的作用,靠惯性继续转动。
任务二：了解直流电动机的原理
③如图所示,线圈越过平衡位置后,电流方向发生改变,线圈在磁场力的作用下,继续顺时针转动。
任务二：了解直流电动机的原理
电动机转动过程中的能量转化是怎样的
电能转化为机械能。
总结：
(1)直流电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受力转动。
(2)直流电动机工作时的能量转化：电能主要转化为机械能(少部分转化为内能)。
任务二：了解直流电动机的原理
【活动5】安装直流电动机
环节1：安装直流电动机模型
1.分工明确：小组内确定“安装员”(2人,负责部件组装)、“观察员”[1人,对照结构图核对部件位置]、“记录员”(1人)。
任务二：了解直流电动机的原理
任务二：了解直流电动机的原理
2.安装顺序：严格按照“从下到上、从内向外”的原则安装直流电动机模型。
3.安装检查：观察员对照结构图逐一核对部件位置,确认线圈转动无卡顿、磁体放置稳固后,完成安装。
任务二：了解直流电动机的原理
环节2：连接电路,观察线圈转动
1.连接电路：安装员按照“电源正极→开关→滑动变阻器→电动机模型→电源负极”的顺序串联电路,闭合开关前将滑动变阻器的滑片调至最大阻值处。
2.检查电路：记录员检查接线是否正确,重点确认滑动变阻器接线柱“一上一下”接入、电动机电刷与换向器接触良好。
任务二：了解直流电动机的原理
3.试通电：闭合开关,观察线圈是否转动;若不转动,断开开关后排查原因(如电刷接触不良、线圈位置偏移等),调整后再次试通,直至线圈正常转动,记录员记下初始转动情况(如转动方向、快慢等)。
任务二：了解直流电动机的原理
环节3：实验探究
各小组围绕以下3个问题展开实验,每完成一个实验后断开开关调整,再进行下一个实验,记录员及时填写实验记录表。
(1)探究电流方向对转动方向的影响：保持蹄形磁体的磁场不变,断开开关后调换电源正、负极接线,闭合开关,观察线圈转动方向与环节2中是否相同,记录实验结果。
任务二：了解直流电动机的原理
(2)探究磁场方向对转动方向的影响：恢复电源正、负极接线(即电流方向与环节2中一致),断开开关后将蹄形磁体的N极与S极对调,闭合开关,观察线圈转动方向变化,记录实验结果。
任务二：了解直流电动机的原理
(3)探究电流大小对转动速度的影响：保持磁场方向、电流方向不变,闭合开关后缓慢移动滑动变阻器的滑片,观察线圈转动速度的变化,记录“滑片移动方向—电流变化—转速变化”的对应关系。
任务二：了解直流电动机的原理
环节4：小组交流,总结实验结论
结合实验记录表,讨论并归纳结论：
(1)只改变电流方向,线圈转动方向改变。
(2)只改变磁场方向,线圈转动方向改变。
(3)电流变大时,线圈转动速度变快;电流变小时,线圈转动速度变慢。
任务二：了解直流电动机的原理
【拓展应用】动圈式扬声器
任务二：了解直流电动机的原理
(1)结构：线圈、铁芯、永磁体、锥形纸盆等。
(2)作用：它是把电信号转变为声音信号的装置。
(3)原理：扬声器的线圈中通入携带声音信息、时刻变化的电流,由于线圈中的电流方向是不断变化的,线圈就不断地来回振动,带动纸盆也不断地来回振动,于是扬声器就发出了声音。
(4)能量转化：电能转化为机械能。
任务三：了解用电力驱动的交通工具
电动汽车
高速列车
任务三：了解用电力驱动的交通工具
高温超导电动悬浮列车
核心总结
1.磁场对通电导体的作用
(1)通电导体在磁场中受到力的作用。
(2)影响力的方向的因素：电流的方向和磁场的方向。
核心总结
2.电动机
(1)原理：通电线圈在磁场中受力转动。
(2)换向器的作用：线圈转过平衡位置时,自动改变线圈中的电流方向。
(3)能量转化：电能主要转化为机械能(少部分转化为内能)。
1.如图所示,闭合开关,铜棒向右运动,为使开关闭合后铜棒向左运动,下列操作可行的是 ( )
A.换用更细的铜棒
B.将磁体的N、S极对调
C.移动滑动变阻器的滑片
D.将电源正、负极和磁体的N、S极同时对调
课堂评价
B
2.如图所示,用两根绝缘细线悬挂导体ab,并将其放在蹄形磁体中央,导体ab两端连接着导线。若要探究电动机的工作原理,虚线方框中接入的实验器材是 ( )
A.电源 B.电压表 C.灵敏电流计 D.滑动变阻器
课堂评价
A
课堂评价
3.如图所示,在“探究磁场对通电直导线的作用”的实验中,小明把一根轻质的铝棒EF 置于蹄形磁体的磁场中。
(1)接通电源,通过观察___________来判断磁场对通电直导线有力的作用。
(2)若只将磁体的两极对调,接通电源,会观察到铝棒EF 向相反方向运动,说明力的方向与_________有关。
(3)小明想探究“通电直导线在磁场中受力大小是否与电流大小有关”,请你帮助他写出具体的操作：__________________
____________________________________________________。
课堂评价
铝棒EF摆动
磁场方向
调节滑动变阻器滑片的位置,改变电路中电流的大小,观察铝棒EF摆动幅度的大小

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