20.4 電動機【教學目標】1.了解磁場對通電導線的作用。2.了解直流電動機的結構和工作原理。3.知道換向器在直流電動機中的作用。【教學重難點】1.重點:磁場對通電導線的作用。2.難點:電動機能夠持續轉動的原因。【課前準備】教師:電動玩具汽車、U形磁鐵、電源、導線、開關、金屬架、線圈和電動機演示模型、多媒體。學生:U形磁鐵、小電動機線圈、1號電池(2節)、金屬支架、電動機模型。【教學過程】【情境引入】小明在臺燈下用條形磁體做實驗時,突然發現,當手中的條形磁體靠近白熾燈時,燈絲就會不停地抖動,思考問題:燈絲為什么會抖動?【互動新授】(一)磁場對通電導線的作用1.磁場對通電直導線的作用:(1)問題提出:教師演示奧斯特實驗,由奧斯特實驗可知:通電導線周圍存在磁場,即電流對磁體有力的作用,引導學生逆向思考:磁體對電流有沒有力的作用呢?教師引導學生進行理論推理,思考討論:奧斯特的實驗證明了通電導線可以產生磁場,而且通電螺線管產生的磁場就相當于一個條形磁鐵的磁場。那么把通電導線放在磁場中也就相當于把兩個磁鐵放在一起,肯定會有力的作用,因為兩個磁體之間是可以相吸或相斥的。(2)設計實驗:教師指出科學僅有猜想是不夠的,要想獲得正確的結論,應該用實驗進行驗證。學生小組討論交流,設計出實驗方案,并說出所選用的實驗器材。教師巡回聽取學生討論的方案,然后請小組代表把討論的結果進行交流。學生1:因為我們考慮到問題是要驗證通電導線在磁場中有沒有受到力的作用,所以我們想到實驗必須有一條通電的導線,選擇器材時就應該有導線、電源和開關;另外還要有提供磁場的磁鐵。把通電導線放在磁場中看它能不能受到力的作用。學生2:我們覺得用U形磁鐵可能更好些,因為U形磁鐵內的磁場集中些。還有我們覺得那根通電導線最好把它支起來,使它可以自由滾動,這樣可以更好地觀察。(3)進行實驗:確定實驗方案后,按照實驗裝置組裝器材,由一個學生上臺演示實驗,用實物投影儀將實驗現象展示在屏幕上,教師提醒學生注意觀察,發現閉合開關后,通電導體在磁場中由靜止開始運動,說明磁場對電流有力的作用。教師引導學生記錄下實驗中的磁場方向、導體中的電流方向以及導體的運動方向。教師接著提出問題:如何判斷通電導體在磁場中受力的方向跟磁場的方向以及電流的方向是否有關?小組討論,根據剛才的實驗現象得出以下幾種操作方案:只把電源正負極對調,改變導線ab中的電流方向,則導線ab向與剛才相反的方向運動,即導線受力的方向發生改變;只把磁極對調一下,改變磁場方向,導線ab向與剛才相反的方向運動,即導線受力的方向也發生改變;如果把電源正負極對調,同時對調一下磁極,即同時改變導線ab中的電流方向和磁場方向,導線ab的運動方向不變,即導線ab的受力方向不變。然后根據實驗方案進行實驗驗證,并及時將實驗結果記錄在表格中。電流方向磁場方向導體運動方向1234師生根據實驗現象總結得出:通電導線在磁場中受到力的作用,力的方向跟電流的方向、磁感線的方向都有關系,當電流的方向或者磁感線的方向變得相反時,通電導線受力的方向也變得相反。2.磁場對通電線圈的作用:提出問題:如果把通電線圈放入磁場中它會運動嗎?引導學生猜想后演示通電線圈在磁場中扭轉的實驗。引導學生觀察并提出問題:為什么線圈是轉動而不是直線運動呢?(討論后總結)由于導線兩邊的電流方向是不一樣的,那么它們受到的力也就不一樣,就像一個框被相反的力扭動一樣,所以只能是轉動的。然后讓學生自主學習“想想做做”的內容,并親自動手操作,觀察實驗。(二)電動機的基本構造1.電動機的基本構造:學生自主學習相關內容,找出電動機是由能夠轉動的線圈和固定不動的磁體兩部分組成的。2.電動機的工作原理:結合“想想做做”中的自制電動機的轉動,提出問題:線圈為什么能不停地轉動呢?利用多媒體課件進行演示。邊演示邊提問:(1)線圈會在什么位置停下來?為什么?(2)要使線圈持續轉動下去,應采取什么措施?與學生共同分析明確平衡位置的概念,并得出:線圈不能連續轉動,是因為線圈越過了平衡位置后,它受到的力要阻礙它的轉動。然后通過多媒體介紹換向器構造、原理和作用。3.實際的電動機:利用視頻介紹實際的電動機構造及其在生活中的應用,實際電動機都有多個線圈,每個線圈都接在一對換向片上,以保證每個線圈在轉動的過程中受力的方向都能使它朝同一方向轉動。有的大型電動機由于線圈很龐大,往往讓磁場轉動,即線圈作為定子,磁場作為轉子。一些電動機的磁場使用的是電磁鐵產生的強磁場。【課堂小結】老師:通過今天的學習你學到了什么?有什么成功的經驗和收獲?學生:1.磁場對通電導線有力的作用,力的方向與電流方向和磁場方向有關。2.電動機的結構和工作原理,換向器的作用。【板書設計】第4節電動機一、磁場對通電導線的作用1.通電導線在磁場中受到力的作用。2.通電導線所受力的方向跟電流方向、磁場方向有關。二、電動機1.結構:定子、轉子。2.工作原理:通電線圈在磁場中受力轉動。三、換向器每當線圈轉過平衡位置時,能夠自動改變線圈中的電流方向,使線圈繼續轉動。3