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第六节直流电动机一、任务分析本节内容是教材中《第十四章磁场》的最后一节，是在电学和磁场基本知识的基础上，进一步应用的具体实例。
学生通过学习，不但知道直流电动机的基本结构和工作原理，而且知道直流电动机是生活、工程中实现能量转化的一种电机设备，从中感悟物理知识在生产和生活中的广泛应用。
学习本节课的学生是我校高二年级已经选择加试物理学科的学生，学生学习水平较好，对之前所学的电学和磁场等知识基础掌握较好，学生有一定的实验水平和探究水平。
本节课以电动玩具导入，从学生的生活感受出发，引发学生的学习兴趣，激发学生的探究欲望。
通过拆装玩具电动机、分析单匝直流电动机、对比有无换向器的电动机、自制简易电动机，使学生逐步了解直流电动机的基本结构和工作原理。
通过学习电动机发展的历史和换向器的发明，理解科学与技术的辩证关系；通过了解电动机在生产和生活中的广泛应用，感悟物理知识源于生活，进而促动现代科技的发展。
《直流电动机》计划为2课时，本节课为第1课时。
二、教学目标1、知识与技能（1）知道直流电动机的主要结构。
（2）知道直流电动机的工作原理。
（3）知道直流电动机在生产和生活中的应用。
2、过程与方法（1）通过拆装玩具电动机，学习直流电动机基本结构，体验实验探究的方法。
（2）通过观察、分析、讨论，学习电动机转动的原理，并理解电动机的制成有一个技术创新的过程。
（3）通过自制简易直流电动机，研究“换向器”的作用，体验科技创新的过程。
3、情感、态度与价值观（1）通过学习电动机发展的历史和换向器的发明，感悟科学与技术的辩证关系。
（2）从电动机在生产和生活中的广泛应用，懂得物理知识源于生活，进而促动现代科技的发展，从而在学习中重视理论与实践的联系。
（3）通过小组合作，体验相互合作和交流的重要性，学会互相协作和交流。
三、教学重点与难点教学重点：直流电动机的工作原理。
教学难点：换向器的作用。
四、教学资源：单匝线圈的直流电动机模型1台、能够拆卸换向器的直流电动机1台、电动机模型1台、能够拆装的玩具电动机15件、自制简易电动机器材（含木头底座、木头支架、导电片、电池盒及导线、干电池2节、钮扣磁铁、线圈）15套、螺丝刀15件、回形针15个、PPT等教学资源。
第6节直流电动机教学目标【知识与技能】1．知道直流电动机的原理和主要构造．2．知道换向器在直流电动机中的作用．3．了解直流电动机的优点及其应用．【过程与方法】通过交流讨论，总结出直流电动机的工作原理．【情感、态度与价值观】培养学生把物理理论应用于实际的能力．重点难点【重点】1．知道直流电动机的原理和主要构造．2．知道换向器在直流电动机中的作用．【难点】直流电动机的工作原理．教学过程知识点一直流电动机的原理【自主学习】阅读课本P159－161，完成以下问题：1．线圈越过平衡位置后，不能继续转动，因为所受到的力的方向与原来相反，所以又会回到平衡位置．2．电动机中安装有换向器，其作用是改变后半周线圈中电流的方向，从而改变线圈的受力方向．【合作探究】演示一把一段直径约为0.6 mm的漆包线绕成尺寸约为4 cm×2.5 cm的矩形线圈，圈数6匝．在线圈的两端各伸出约2 cm做转动轴．然后，用砂纸除去线圈两个轴上的漆层，使它能够导电．用金属丝做两个支架，固定在木板上．支架间放入一个永磁体，并且让一个磁极朝上．把矩形线圈的轴放到支架上，让线圈的平面处于竖直方向．用导线把两节干电池接到支架上，闭合开关后，会看到线圈开始转动，但是只能转动90°.线圈为什么会转动？又为什么不会连续地转动下去？答：线圈开始通电时，上下两个边的漆包线中电流的方向是相反的．因此在同一磁场中，一个边受到向前的磁场力，而另一个边受到向后的磁场力，这两个力不在同一条直线上，于是就使线圈开始转动．转过90°角时，这两个力变成在一条直线上，这个位置叫平衡位置．线圈的惯性使它可以冲过平衡位置，但不能持续转动．演示二如图所示，是一个教学用的电动机．先让线圈处于水平位置，然后通电，将看到它能够连续地转动．为什么这种装置能够使线圈连续转动？换向器和电刷起了什么作用？答：在电动机中，巧妙地设计了两个半圆形的铜制换向器，它与电刷配合，解决了不能连续转动的问题．其原理如下．(1)下图是开始通电时的状态，换向器F与电刷A接触，换向器E与电刷B接触．线圈的ab边内电流方向由b向a，受到向上的磁场力，cd边内电流方向由d向c，受到向下的磁场力，于是线圈开始沿顺时针方向转动．(2)转过90°后到达平衡位置，如下图所示．(3)线圈的惯性使它冲过平衡位置，于是换向器就改变了所接触的电刷，E与A接触、F 与B接触，如下图所示．这时ab边内电流方向由a向b，受力方向变成向下，cd边内电流方向由c向d，受力方向变成向上，于是线圈就继续沿顺时针方向转动180°.(4)转到下图所示的平衡位置时，又靠惯性冲过去，就回到了开始时的状态．【教师点拨】电动机工作原理：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．【跟进训练】1．(多选)要改变直流电动机转向，可以采用(AB)A．改变电流方向，其他不变B．改变磁场方向，其他不变C．增大电流强度D．同时改变电流方向和磁场方向2．如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动．现要线圈逆时针转动，下列方法中可行的是(A)A．只改变电流方向B．只改变电流大小C．换用磁性更强的磁体D．对换磁极同时改变电流方向知识点二实用的电动机【自主学习】阅读课本P161－162，完成以下问题：1．实际使用的直流电动机由定子和转子两部分组成．2．转子的线圈有许多组，并且嵌在圆柱形铁芯上．换向器是由许多对铜片组成的．定子由机壳和电磁铁组成，转子安装在定子里．两个电刷是用石墨与铜粉压制而成的．【合作探究】演示三电动机1．电动机有哪些优点？答：构造简单、制造方便、体积小、效率高、便于控制、种类繁多，能满足不同的需要．2．电动机有哪些应用？答：电风扇、洗衣机等家用电器中的电动机，多数是交流电动机；电动玩具、录音机等小型电器则多数使用直流电动机．课堂小结1．直流电动机的工作原理：电动机是根据通电线圈在磁场中受力的作用而发生转动的原理制成的．2．直流电动机构造：(1)转子(2)定子(3)换向器和电刷3．电动机种类：电风扇、洗衣机使用交流电动机．电动玩具为直流电动机．练习设计完成本课对应训练．温馨提示：实验视频见课件．。
《直流电动机》教学目标：1、知识与技能：（1）利用收集到的信息，提高收集、处理信息的能力；（2）了解与电动机有关的知识；（3）认清电动机构造，学会安装电动机模型。
2、过程与方法：（1）能表达自己的观点和疑问，初步具备评估自己学习成果的能力；（2）通过安装电动机模型，增强学生的动手实验能力；（3）交流信息，合作完成实践活动。
3、情感与价值观：（1）激发学生探究电磁联系的兴趣；（2）提倡集体合作，敢于提出与他人不同的观点，勇于放弃或修正自己的错误观点；（3）鼓励提问，鼓励质疑，在疑问中保持好奇心，增强学习动力；（4）激发学生热爱家乡的情感。
教学重点：对收集到的相关信息进行整理分析，能发现问题并作出一定的解释，弄清电动机的构造，按照合理的顺序进行安装，会对实验中出现的问题进行分析，并尝试排除故障。
教学难点：安装直流电动机模型，总结故障出现的原因；利用滑动变阻器和电源改变电动机的转向和转速。
教学过程：（一）导入课题：教师出示各种电动机的图片，问：这是什么？师：课前已经请同学们准备了许多与电动机有关的资料，电动机有很多应用，我们来一次一分钟知识竞赛，两大组同学每组说一个与电动机有关的应用，只要说出名称即可，如果叙述重复或者等待时间超过3秒钟即判输，开始：（二）进入正课：师：上一节课布置大家一个任务，请每个同学收集一个与电动机有关的资料，就你收集的资料提出一个有价值的问题，现在请两个同学到讲台前，把他们准备的资料向全班同学汇报。
师：我也准备了一些资料图片，请看图片。
教师展示一张印有世界名牌打印机的照片，问：这些打印机的心脏部件——伺服电机是哪里生产的？师：常州。
教师再出示另一张图片，图上有火星车、机器人、塔吊等。
师：这些机器的动力源都是电动机。
师：电动机很有用，实际的电机非常复杂，我们从最简单的直流电动机学起。
今天要请同学们学习安装一个直流电动机模型，并且要求利用它研究电动机的转速和转向。
教师展示操作一个安装好的直流电动机模型。
《直流电动机》教学目标：1、知识与技能：（1）利用收集到的信息，提高收集、处理信息的能力；（2）了解与电动机有关的知识；（3）认清电动机构造，学会安装电动机模型。
2、过程与方法：（1）能表达自己的观点和疑问，初步具备评估自己学习成果的能力；（2）通过安装电动机模型，增强学生的动手实验能力；（3）交流信息，合作完成实践活动。
3、情感与价值观：（1）激发学生探究电磁联系的兴趣；（2）提倡集体合作，敢于提出与他人不同的观点，勇于放弃或修正自己的错误观点；（3）鼓励提问，鼓励质疑，在疑问中保持好奇心，增强学习动力；（4）激发学生热爱家乡的情感。
教学重点：对收集到的相关信息进行整理分析，能发现问题并作出一定的解释，弄清电动机的构造，按照合理的顺序进行安装，会对实验中出现的问题进行分析，并尝试排除故障。
教学难点：安装直流电动机模型，总结故障出现的原因；利用滑动变阻器和电源改变电动机的转向和转速。
教学过程：（一）导入课题：教师出示各种电动机的图片，问：这是什么？师：课前已经请同学们准备了许多与电动机有关的资料，电动机有很多应用，我们来一次一分钟知识竞赛，两大组同学每组说一个与电动机有关的应用，只要说出名称即可，如果叙述重复或者等待时间超过3秒钟即判输，开始：（二）进入正课：师：上一节课布置大家一个任务，请每个同学收集一个与电动机有关的资料，就你收集的资料提出一个有价值的问题，现在请两个同学到讲台前，把他们准备的资料向全班同学汇报。
师：我也准备了一些资料图片，请看图片。
教师展示一张印有世界名牌打印机的照片，问：这些打印机的心脏部件——伺服电机是哪里生产的？师：常州。
教师再出示另一张图片，图上有火星车、机器人、塔吊等。
师：这些机器的动力源都是电动机。
师：电动机很有用，实际的电机非常复杂，我们从最简单的直流电动机学起。
今天要请同学们学习安装一个直流电动机模型，并且要求利用它研究电动机的转速和转向。
教师展示操作一个安装好的直流电动机模型。
《直流电动机》教学目的：1、知道直流电动机的原理和主要构造。
2、知道换向器在直流电动机中的作用。
3、了解直流电动机的优点及其应用。
4、培养学生把物理理论应用于实际的能力。
教学重点、难点：1.、磁场对电流的作用。
2.、磁场对电流作用的现象和规律，电动机的构造和原理。
教学过程：1、复习提问：上节课我们做实验给磁场中的导体通电，发现了什么？（学生回答：通电导体在磁场中受力）。
提问：这个力的方向与哪两个因素有关？（学生回答之后，教师强调：改变电流方向，或改变磁感线方向，导体受力方向就随着改变）提问：出示如课本中的挂图和模型，根据上面的结论，通电线圈在磁场中是怎样受力的？（学生回答：ab边受力向上，cd边受力向下）提问：在这两个力的作用下，线圈怎样运动？（学生回答：线圈会转动）提问：这个现象中能量是怎样转化的？（学生回答：电能转化为机械能）2、引入新课教师陈述：电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。
下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。
给出直流电动机定义，并板书：〈第六节直流电动机〉3、进行新课（1）使磁场中的通电线圈能连续转动的办法很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动（转到平衡位置要停下来），而实际的电动机要连续转动。
怎样解决这个问题呢？（此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动，还可简介各国对理论应用于实际的重视，以培养学生对应用科学的兴趣）要解决这个问题，我们还得进行深入研究。
提问：在上节课的演示实验中，线圈转到平衡位置时是立即停止吗？为什么它不立即停止？（学生答：由于惯性线圈会稍转过平衡位置）提问：转过平衡位置后，为什么它又转回来呢？（利用模型分析：转过平衡位置后，ab边受力仍朝上，cd边受力仍朝下，正是这一对力使线圈转回来的）提问：要使线圈不转回来，应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向，即使线圈刚转过平衡位置就使ab边受力变为向下，cd边受力变为向上。
一引入新课教师：在现代生产和生活领域中广泛使用着直流电动机。
（通过多媒体课件展示生活中电动机的应用）学生：观察并思考，在哪些领域中应用到了电动机。
教师：电能转化成机械能的装置。
教师：电动机的种类很多，这节课我们只研究直流电动机的基本原理。
学生思考：电动机的基本功能是什么？教师：直流电动机的工作原理是什么？二简易电动机视频展示：旋转的线圈教师：1.介绍实验仪器（铜线两端全部漆皮挂掉）。
2.提示注意观察线圈运动状态的变化。
学生思考：1．为什么线圈会转动？2．怎样让线圈持续转动？教师：介绍实验仪器（一端全部刮掉，另一端只刮上半周或下半周）。
学生：观察实验现象。
教师过渡：下面我们就来一起分析一下。
三直流电动机原理分析教师：分析通电线圈的受力情况。
把通电的矩形线圈放入磁场中，线圈的受力和运动情况与所放的位置有关。
如果线圈平面与磁感线平行，线圈两边ab和cd中电流的方向相反。
如图所示根据左手定则判断，线圈ab和cd在磁场中受力方向相反，这两个力不在一条直线上。
学生：判断出线圈将发生顺时针转动。
教师：当线圈平面转到与磁感线垂直，线圈ab和cd两边的受力方向如何？如图所示线圈ab和cd受力方向相反，而且在同一直线上，以线圈为整体研究对象，合力为零。
我们把线圈受力平衡的位置叫作平衡位置。
学生思考：线圈将如何运动？教师：由于惯性线圈越过平衡位置继续顺时针转动。
教师：如果由于惯性原因，当线圈转动到如图3所示的位置。
学生：1.观察图1线圈ab和cd位置和图3线圈ab和cd位置变化。
2.分析图1线圈ab和cd受力情况和图3线圈ab和cd受力情况。
教师：通过受力分析我们得到如图所示的结论。
线圈ab和cd的受力方向也相反，由于这两个力不在一条直线上，因此线圈会发生转动。
但是我们发现此时线圈ab和cd的受力方向和线圈的转动方向相反。
学生思考：1.此时线圈受到的安培力是动力还是阻力？2.线圈最终会怎样运动？教师：这就解释了为什么之前的演示实验中，线圈最终会停下来的原因。
亲爱的同学：这份试卷将再次记录你的自信、沉着、智慧和收获，我们一直投给你信任的目光……学习资料专题《直流电动机》本节教材中，磁场对通电导线和通电线圈的作用是学习电动机的基础，电动机是磁场对电流作用知识的一个重要应用，了解电动机在现实生活中的作用以及对人们生活的影响，同时也拓宽学生的知识面，是属于“物理走向社会”的内容。
在内容结构上，教材首先从与生产、生活密切相关的现象入手，让学生体会到电动机已经应用在现代生活的各个方面，激发学生的兴趣。
然后由磁场对通电导线的作用入手，通过通电线圈在磁场中扭动再探讨电动机的原理，并从应用、优越性等方面让学生体会电动机在现代生产生活中的价值，教材的编排体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念。
【知识与技能】1. 了解磁场对通电导线的作用。
2．初步认识科学与技术之间的关系。
【过程与方法】经历制作模拟电动机的过程，了解直流电动机的结构和工作原理。
情感、态度与价值观【情感态度与价值观】通过了解知识如何转化成实际技术应用，进一步提高学习科学技术知识的兴趣。
磁场对电流的作用。
电动机的基本构造与原理。
师用:多媒体课件、磁体、线圈、开关、电源、导线.一、新课引入：通电导体的周围有磁场，等效一磁体，把它放在另一磁场中，会不会发生作用？二、知识讲解：一、磁场对通电导线的作用：1.实验：磁场对通电导线的作用演示图.结论：（学生分析，教师总结）通电导线在磁场中要受到力的作用，力的方向跟电流方向、磁场方向有关。
2、磁场对通电线圈的作用：实验：课本上演示图结果：转动（左右）结论：通电线圈在磁场中受力转动学生探究：让线圈转动起来让学生按照课本步骤完成，并说明这就是一个小电动机）二、电动机：看录像、然后分析总结如下：（1）结构：转子、定子、换向器(2) 原理：通电线圈在磁场中受力转动实质是机械电能转化为机械能（3）重点分析演示图说明为什么要换向器。
（4）简述“生活中的电动机”三、课堂总结：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，跟电流方向和磁感线方向有关.3.电动机工作原理——电磁感应现象四、布置作业：课后“动手动脑学物理”。
《直流电动机》教案
教学目的：
1、知道直流电动机的原理和主要构造。
2、知道换向器在直流电动机中的作用。
3、了解直流电动机的优点及其应用。
4、培养学生把物理理论应用于实际的能力。
教学重点、难点：
1.、磁场对电流的作用。
2.、磁场对电流作用的现象和规律，电动机的构造和原理。
教学过程：
1、复习
提问：上节课我们做实验给磁场中的导体通电，发现了什么？（学生回答：通电导体在磁场中受力）。
提问：这个力的方向与哪两个因素有关？（学生回答之后，教师强调：改变电流方向，或改变磁感线方向，导体受力方向就随着改变）
提问：出示如课本中的挂图和模型，根据上面的结论，通电线圈在磁场中是怎样受力的？（学生回答：ab边受力向上，cd边受力向下）
提问：在这两个力的作用下，线圈怎样运动？（学生回答：线圈会转动）
提问：这个现象中能量是怎样转化的？（学生回答：电能转化为机械能）
2、引入新课
教师陈述：电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。
下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。
给出直流电动机定义，并板书：
〈第六节直流电动机〉
3、进行新课
（1）使磁场中的通电线圈能连续转动的办法
很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动（转到平衡位置要停下来），而实际的电动机要连续转动。
怎样解决这个问题呢？（此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动，还可简介各国对理论应用于实际的重视，以培养学生对应用科学的兴趣）要解决这个问题，我们还得进行深入研究。
提问：在上节课的演示实验中，线圈转到平衡位置时是立即停止吗？为什么它不立即停止？（学生答：由于惯性线圈会稍转过平衡位置）
提问：转过平衡位置后，为什么它又转回来呢？（利用模型分析：转过平衡位置后，ab 边受力仍朝上，cd边受力仍朝下，正是这一对力使线圈转回来的）
提问：要使线圈不转回来，应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向，即使线圈刚转过平衡位置就使ab边受力变为向下，cd边受力变为向上。
怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢？
引导学生回忆影响受力方向的两个因素，从而得出：应该在此时改变电流方向，或者改变磁感线方向。
进一步引导学生分析：改变磁感线方向就是要及时交换磁极，显然这不容易做到；实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。
板书：〈1、使磁场中的通电线圈连续转动，就要每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向。
〉
（2）换向器
提问：怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢？
让学生想办法并开展讨论，教师下去了解学生的情况并鼓励和指导。
教师出示：两个半圆铝环和电刷，指出：靠这两样东西就可以解决问题。
待学生思考片刻，教师出示已准备的与课本图12—12相似的模型，说明铝环与线圈的连接情况和铝环与电刷的配合过程。
引出换向器的概念并板书：
〈2、换向器的作用：当线圈刚转过平衡位置时，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。
〉
让学生仔细观察课本图14-47，进一步弄清楚线圈转动过程，重点是甲图和丙图，回答教师填空式的提问：
甲图：电流方向是a→b→c→d，受力方向是ab边受力向上，cd边受力向下，转动方向是顺时针。
丙图：电流方向是d→c→b→a，受力方向是ab边受力向下，cd边受力向上，转动方向是顺时针。
（3）直流电动机的构造
出示：直流电动机，介绍主要构造：磁极、线圈、换向器、电刷。
板书：〈3、直流电动机的构造〉
演示：给直流电动机通电转动，提高学生兴趣（若时间不允许，可省些演示）。
告诉学生：下节课同学们将自己装一台小直流电动机，进一步弄清楚它的有关知识。
