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课题 20.4 电动机 主编教师 复核教师
授课时数 1 课型 授新课 授课方法 多媒体 授课时间
学习目标 1. 探究作用力：认识磁场对通电导线有力的作用，受力方向与电流方向、磁场方向有关。2. 理解其构造：了解直流电动机的基本构造，特别是换向器的作用。3. 阐明其原理：能说明直流电动机的工作原理，知道它是将电能转化为机械能的装置。
教学重点 磁场对通电导线的作用；直流电动机的构造与工作原理。
教学难点 1. 理解通电线圈在磁场中不能持续转动的原因。2. 理解换向器如何自动改变线圈中的电流方向，从而保证线圈持续转动。
一、 动力启思【师生活动】1. 情境导入： 播放视频或展示图片：工厂里机床飞转、电风扇送风、电动车行驶、无人机翱翔。 提问：“这些设备运转的共同动力来源是什么？”（电动机） 展示一个拆开的小型直流电动机模型，让学生观察其内部结构（磁铁、线圈等）。2. 提出问题： “电动机为什么能转起来？它把什么能转化成了什么能？”（电能转化为机械能） “电和磁是如何结合产生动力的？”引出核心探究问题。自然过渡：电动机的核心是线圈在磁铁中间转动。线圈为什么会转？是不是因为通电的线圈在磁场中受到了力的作用？让我们从最简单的模型开始探究。二、 探力之源【师生活动】1. 演示实验：磁场对通电直导线的作用： 介绍实验装置：U形磁铁（提供磁场）、金属导轨、直导线、电源、开关。 闭合开关，使直导线通电，观察现象。（现象：导线运动起来） 断开开关，导线停止运动。2. 分析得出结论： 引导学生分析：导线运动说明它受到了力的作用。这个力是磁场施加给通电导线的。 初步结论：磁场对通电导线有力的作用。3. 改变条件再探究： 改变电流方向，观察导线运动方向。（现象：运动方向改变） 改变磁场方向（调换磁极），观察导线运动方向。（现象：运动方向改变）4. 深入结论：磁场对通电导线作用力的方向，与电流方向和磁场方向有关。自然过渡：一根直导线在磁场中受力后会运动。如果我们将导线弯成一个线圈，放在磁场中并通电，会发生什么？它会不会转动起来？这离我们看到的电动机转动就更近一步了。三、 方向之秘【师生活动】1. 探究通电线圈在磁场中的受力： 利用模型或动画，展示一个简单的矩形线圈置于磁场中。 分析线圈两条对边的电流方向（一边向里，一边向外）。 根据“探力之源”结论，判断两边受力方向（相反）。 结论：通电线圈在磁场中会受到一对力偶的作用，从而发生转动。2. 发现问题：线圈不能持续转动： 动画演示线圈的转动过程：当线圈平面转到与磁场方向垂直时（平衡位置），两边受力方向恰好使其无法继续转动，而是会在此位置附近摆动几下后停止。 引导学生思考：为什么电风扇的电机能一直转，而我们这个简单线圈模型转到一半就停了？关键问题：如何让线圈转过平衡位置后能继续转下去？自然过渡：线圈因为受力方向问题，无法自己转过平衡位置。那么，真正的电动机是如何解决这个问题的呢？它一定有一个巧妙的装置，能在关键时刻“推一把”或者“换个方向”，这个装置就是电动机的“心脏”——换向器。四、 巧构妙转【师生活动】1. 认识电动机的基本构造： 展示直流电动机模型或剖视图，讲解主要部件： 定子：固定部分，通常是永磁体（或电磁铁），提供磁场。 转子：转动部分，由多组线圈绕在铁芯上构成。 换向器：两个彼此绝缘的半圆形铜环，固定在转轴上，与线圈两端相连。 电刷：两个弹性金属片，与换向器滑动接触，连接外部电路。2. 揭秘换向器的作用： 利用动画或模型，分步演示换向器的工作过程： 线圈转动时，换向器随轴一起转。 当线圈即将到达平衡位置时，换向器的两个半环恰好交换所接触的电刷。 这一交换，自动改变了线圈中电流的方向。 线圈中电流方向改变，导致两边受力方向也改变，从而推动线圈继续转过平衡位置，朝同一个方向持续转动下去。 核心作用：换向器能自动改变线圈中的电流方向，从而保证线圈在磁场中能持续朝一个方向转动。自然过渡：现在，我们了解了电动机的各个部件及其精妙配合。让我们把这些碎片拼凑起来，完整地回顾一下，从通电开始，到持续转动，电动机究竟是如何一步步工作的。五、 工作明理【师生活动】1. 系统阐述工作原理： 师生共同梳理，完成电动机工作过程的逻辑链： 电源通过电刷、换向器向线圈供电。 通电线圈在定子磁场中受到力的作用（力偶）而转动。 当线圈转到平衡位置时，换向器自动改变线圈中电流方向。 电流方向改变导致线圈受力方向改变，从而推动线圈持续转动。 转子带动其他机械装置做功，将电能转化为机械能。2. 能量转化强调：再次明确电动机是电能转化为机械能的装置。自然过渡：原理我们已经清楚了。那么，这个将电能转化为动力的机器，在我们的生活中究竟扮演着多么重要的角色呢？它又如何改变着我们的世界？六、 动力生活【师生活动】1. 电动机的应用： 图片或视频展示电动机在各领域的应用：家用电器（电扇、洗衣机、冰箱）、交通工具（电动汽车、高铁）、工业生产（机床、水泵）、电子产品（硬盘、光驱）。 强调：电动机是现代社会中应用最广泛的动力装置之一。2. 展示与评价环节： 评价活动：“我是解说员”。提供直流电动机的模型或结构图，请学生扮演解说员，向“参观者”讲解电动机的主要部件、工作原理（特别是换向器的作用）以及能量转化过程。 学生互评：从“讲解准确性”、“逻辑清晰度”、“重点突出性”几个方面进行评价。3. 课堂总结与展望： 总结：从奥斯特发现“电生磁”，到法拉第发现“磁生电”，人类对电磁规律的探索永不停歇。电动机，正是“电生磁”原理最伟大的应用之一。 设疑：电动机消耗电能输出机械能，那么反过来，机械能能否产生电呢？为下一章《电与磁》的“磁生电”和发电机埋下伏笔。【课堂小结寄语】 从实验室中导线微微一颤，到工厂里机床轰鸣、车轮飞转，电动机将无形的电能化为澎湃的动力，驱动着时代的齿轮。愿同学们掌握这转化的奥秘，未来用智慧与创新，去驱动更加美好的明天。 1. 基础作业：完成教材本节“动手动脑学物理”习题。2. 实践观察：拆解一个旧的玩具小电机（如四驱车马达），观察其内部结构，尝试找出磁铁、线圈、换向器和电刷，并思考它们是如何组装的。 设计意图个性化修改【设计意图】从学生熟悉的电动设备切入，直观展示电动机应用的广泛性，激发学习兴趣。通过观察实物模型，对电动机内部结构产生初步印象。提出能量转化和“电生力”的核心问题，明确本节课的探究方向。【设计意图】本环节是本节课的物理基础。通过直观且现象明显的演示实验，让学生亲眼见证“磁场对通电导线有力的作用”，建立最核心的感性认识。通过改变电流和磁场方向，引导学生发现力方向的规律，为后续理解电动机转向控制埋下伏笔。这是从现象到规律的第一次抽象。【设计意图】本环节是原理的深化和问题的暴露。将单根导线拓展到线圈，分析其受力情况，理解电动机转动的初步原理。通过动画演示线圈转到平衡位置停止，制造认知冲突，引出电动机设计中的核心难题——如何实现持续转动。这是激发学生思考、引出关键部件“换向器”的必要铺垫。【设计意图】本环节是突破难点的关键。通过实物或模型认识结构，建立整体印象。重点利用动态演示，将换向器抽象、连续的换向过程分解、慢放、清晰地展示出来，让学生理解其“在平衡位置改变电流方向”的时机和作用。这是将原理与具体结构相结合，解决“持续转动”难题的核心。【设计意图】本环节是对前面所有知识的系统整合与升华。将“磁场对通电导线有力的作用”、“线圈受力转动”、“换向器保证持续转动”这几个关键点串联起来，形成一个完整、连贯的工作原理叙述。明确能量转化，紧扣本章“电能”主题。这是从局部认识到整体把握的飞跃。
板书设计： 20.4 电动机一、 磁场对通电导线的作用1. 现象：通电导线在磁场中受力运动。2. 结论：磁场对通电导线有力的作用。3. 力的方向：与电流方向、磁场方向有关。二、 电动机的工作原理4. 基本原理：通电线圈在磁场中受力转动。5. 核心问题：线圈转到平衡位置时会停止。6. 关键部件：换向器（两个半环）和电刷。 作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向，使线圈持续转动。7. 工作过程：通电→受力转动→换向器换向→持续转动。8. 能量转化：电能 → 机械能。三、 电动机的应用：家用电器、交通工具、工业生产等。 教学反思本节内容原理抽象，结构复杂。本设计遵循“现象-问题-探究-结构-原理-应用”的认知逻辑，力图通过实验和模型将抽象原理具体化。反思如下：1. 导入环节（动力启思）的设计意图与情境创设：本环节旨在建立学习电动机的广泛意义感和探究动机。从学生司空见惯的电动设备入手，通过提问引发思考，使其意识到电动机的普遍性与重要性。展示拆开的实物模型，满足好奇心，并初步建立对内部结构的感性认识。过渡到基础探究时，将复杂模型简化为“线圈在磁场中”这一核心问题，降低了探究起点。2. 规律探究环节（探力之源）的设计意图与实验奠基：本环节是整节课的物理规律基础。演示实验必须现象明显、操作规范。引导学生从“运动”推理到“受力”，再聚焦到“磁场”和“通电”两个必要条件，完成初步结论。改变电流和磁场方向的实验，不仅得出了力方向的关系，更重要的是为后续理解电动机转向控制及换向器作用提供了知识储备。过渡到线圈时，通过“将导线弯成线圈”的设想，实现从简单到复杂的自然推进。3. 问题深化环节（方向之秘）的设计意图与认知冲突制造：本环节承上启下。利用模型或动画分析线圈受力转动，是对前一环节结论的应用。关键在于通过动画演示线圈在平衡位置停止，制造强烈的认知冲突——“为什么真实的电动机能一直转？”这个问题是驱动学生深入学习换向器结构的强大内在动力。此环节成功地将学生的思维从“为什么会转”引向“为什么能持续转”，聚焦到核心难点。4. 结构剖析环节（巧构妙转）的设计意图与难点突破：换向器的作用是本节课最大的难点。先认识实物结构（定子、转子、换向器、电刷），建立整体空间概念。然后，必须依赖高质量的动画或模型慢动作演示，将换向器“在特定位置自动改变电流方向”这一动态、连续的过程清晰地分解展示。讲解时要特别强调换向的“时机”（平衡位置）和“结果”（电流方向改变导致受力方向改变，从而推动线圈继续转）。这是将抽象思维与空间想象结合的关键步骤。5. 原理整合环节（工作明理）与应用评价环节（动力生活）的设计意图：在攻克难点后，本环节引导学生将“磁场对导线的作用”、“线圈转动”、“换向器换向”几个知识点串联起来，形成对电动机工作原理的完整、连贯的叙述。明确“电能转化为机械能”的本质。“我是解说员”评价活动设计巧妙，它要求学生不仅理解知识，还要能用自己的语言有逻辑地组织并表达出来，是对理解深度和综合能力的有效考察。广泛的应用实例展示，让学生体会到物理原理的巨大实用价值。最后的总结与设疑，既点明了本章知识的脉络，又为后续学习埋下伏笔，保持了课程的连贯性。
【教学设计总结】
本设计以“如何让线圈持续转动”为核心问题驱动，引导学生从观察现象、总结规律，到发现问题、探究结构，最终理解原理、认识应用。通过演示实验建立物理基础，利用动画模型突破结构难点，借助逻辑梳理整合工作原理。旨在帮助学生构建关于电动机的完整认知模型，理解其能量转化本质，并体会从科学原理到技术发明的创新过程，培养解决问题的能力。

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