20.4 电动机【教学目标】1.了解磁场对通电导线的作用。2.了解直流电动机的结构和工作原理。3.知道换向器在直流电动机中的作用。【教学重难点】1.重点:磁场对通电导线的作用。2.难点:电动机能够持续转动的原因。【课前准备】教师:电动玩具汽车、U形磁铁、电源、导线、开关、金属架、线圈和电动机演示模型、多媒体。学生:U形磁铁、小电动机线圈、1号电池(2节)、金属支架、电动机模型。【教学过程】【情境引入】小明在台灯下用条形磁体做实验时,突然发现,当手中的条形磁体靠近白炽灯时,灯丝就会不停地抖动,思考问题:灯丝为什么会抖动?【互动新授】(一)磁场对通电导线的作用1.磁场对通电直导线的作用:(1)问题提出:教师演示奥斯特实验,由奥斯特实验可知:通电导线周围存在磁场,即电流对磁体有力的作用,引导学生逆向思考:磁体对电流有没有力的作用呢?教师引导学生进行理论推理,思考讨论:奥斯特的实验证明了通电导线可以产生磁场,而且通电螺线管产生的磁场就相当于一个条形磁铁的磁场。那么把通电导线放在磁场中也就相当于把两个磁铁放在一起,肯定会有力的作用,因为两个磁体之间是可以相吸或相斥的。(2)设计实验:教师指出科学仅有猜想是不够的,要想获得正确的结论,应该用实验进行验证。学生小组讨论交流,设计出实验方案,并说出所选用的实验器材。教师巡回听取学生讨论的方案,然后请小组代表把讨论的结果进行交流。学生1:因为我们考虑到问题是要验证通电导线在磁场中有没有受到力的作用,所以我们想到实验必须有一条通电的导线,选择器材时就应该有导线、电源和开关;另外还要有提供磁场的磁铁。把通电导线放在磁场中看它能不能受到力的作用。学生2:我们觉得用U形磁铁可能更好些,因为U形磁铁内的磁场集中些。还有我们觉得那根通电导线最好把它支起来,使它可以自由滚动,这样可以更好地观察。(3)进行实验:确定实验方案后,按照实验装置组装器材,由一个学生上台演示实验,用实物投影仪将实验现象展示在屏幕上,教师提醒学生注意观察,发现闭合开关后,通电导体在磁场中由静止开始运动,说明磁场对电流有力的作用。教师引导学生记录下实验中的磁场方向、导体中的电流方向以及导体的运动方向。教师接着提出问题:如何判断通电导体在磁场中受力的方向跟磁场的方向以及电流的方向是否有关?小组讨论,根据刚才的实验现象得出以下几种操作方案:只把电源正负极对调,改变导线ab中的电流方向,则导线ab向与刚才相反的方向运动,即导线受力的方向发生改变;只把磁极对调一下,改变磁场方向,导线ab向与刚才相反的方向运动,即导线受力的方向也发生改变;如果把电源正负极对调,同时对调一下磁极,即同时改变导线ab中的电流方向和磁场方向,导线ab的运动方向不变,即导线ab的受力方向不变。然后根据实验方案进行实验验证,并及时将实验结果记录在表格中。电流方向磁场方向导体运动方向1234师生根据实验现象总结得出:通电导线在磁场中受到力的作用,力的方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关系,当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时,通电导线受力的方向也变得相反。2.磁场对通电线圈的作用:提出问题:如果把通电线圈放入磁场中它会运动吗?引导学生猜想后演示通电线圈在磁场中扭转的实验。引导学生观察并提出问题:为什么线圈是转动而不是直线运动呢?(讨论后总结)由于导线两边的电流方向是不一样的,那么它们受到的力也就不一样,就像一个框被相反的力扭动一样,所以只能是转动的。然后让学生自主学习“想想做做”的内容,并亲自动手操作,观察实验。(二)电动机的基本构造1.电动机的基本构造:学生自主学习相关内容,找出电动机是由能够转动的线圈和固定不动的磁体两部分组成的。2.电动机的工作原理:结合“想想做做”中的自制电动机的转动,提出问题:线圈为什么能不停地转动呢?利用多媒体课件进行演示。边演示边提问:(1)线圈会在什么位置停下来?为什么?(2)要使线圈持续转动下去,应采取什么措施?与学生共同分析明确平衡位置的概念,并得出:线圈不能连续转动,是因为线圈越过了平衡位置后,它受到的力要阻碍它的转动。然后通过多媒体介绍换向器构造、原理和作用。3.实际的电动机:利用视频介绍实际的电动机构造及其在生活中的应用,实际电动机都有多个线圈,每个线圈都接在一对换向片上,以保证每个线圈在转动的过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。有的大型电动机由于线圈很庞大,往往让磁场转动,即线圈作为定子,磁场作为转子。一些电动机的磁场使用的是电磁铁产生的强磁场。【课堂小结】老师:通过今天的学习你学到了什么?有什么成功的经验和收获?学生:1.磁场对通电导线有力的作用,力的方向与电流方向和磁场方向有关。2.电动机的结构和工作原理,换向器的作用。【板书设计】第4节电动机一、磁场对通电导线的作用1.通电导线在磁场中受到力的作用。2.通电导线所受力的方向跟电流方向、磁场方向有关。二、电动机1.结构:定子、转子。2.工作原理:通电线圈在磁场中受力转动。三、换向器每当线圈转过平衡位置时,能够自动改变线圈中的电流方向,使线圈继续转动。3