17.2 探究电动机转动的原理（教案）-【木牍教育·课时A计划】2023春九年级下册物理（沪粤版）安徽

17.2　探究电动机转动的原理 ◇教学目标◇ 【知识与技能】 1.了解通电导体在磁场中会受到力的作用,知道力的方向跟电流方向和磁场方向有关。 2.了解直流电动机的工作原理,知道换向器的结构及作用。 【过程与方法】 1.通过实验探究磁场对电流的作用和换向器的作用,学会科学探究的方法。 2.学会运用控制变量的方法设计并进行实验,探究影响通电导体在磁场中受力方向的因素。 【情感·态度·价值观】 通过学习换向器和电动机的工作原理,感悟科学、技术发展对社会进步带来的影响。 ◇教学重难点◇ 【教学重点】 1.通电导体在磁场中受力方向的影响因素。 2.电动机的工作原理及换向器的作用。 【教学难点】 电动机的工作原理。 ◇教学过程◇ 一、新课导入 通过上节课的学习,我们提出了电动机转动原因的猜想。今天我们就来探究它的原理。 二、教学步骤 探究点1　探究磁场对电流的作用 [思考]还能回忆上节课探究磁场对电流作用的实验方案吗? [阅读课本]P26“在上一节……(2)如果将蹄形磁铁移开,通电金属棒AB还会动吗?这个现象说明什么?” [思考]你认为课本P26图17-7的三种方案,哪一种方案较好? [提示]图17-7中的(b)实验装置较好。(c)装置不够简便;(a)装置在闭合开关后,需立即断开,因为闭合开关时电路处于短路状态;(b)装置简便、易操作、可调节电路中电流的大小、易于观察探究。 [思考]闭合开关,蹄形磁体中的金属棒AB是否能动起来?使金属棒动起来的原因是什么? [提示]金属棒AB在磁场中能动起来,是因为通电后金属棒受到了磁场的作用力。 [思考]如果将蹄形磁体移开,通电金属棒AB还会动吗?这个现象说明了什么? [提示]不会动了。这个现象说明磁场对电流有力的作用,物理学上就叫做磁场对电流的作用,这也就是电动机的基本原理。 [阅读课本]P27“(3)改变电流方向……方向都有关系。” [思考]这一探究活动中,用了什么实验方法? [提示]探究电流方向对通电导体在磁场中的受力方向的影响时,控制磁场方向不变;探究磁场方向对通电导体在磁场中的受力方向的影响时,控制电流方向不变。所以在探究过程中,运用了控制变量法。 [思考]通电导体在磁场中受力的作用,力的方向与哪些因素有关? [提示]通电导体在磁场中的受力方向跟磁场方向和电流方向有关。 [思考]实验中能量是怎样转化的? [提示]电能转化为机械能。 [阅读课本]P27“你能用上述结论……此时线圈的平面恰好与磁感线垂直。” [思考]在教材图17-8(a)中,线圈红色边和绿色边受力的方向为什么不同?此时线圈将沿顺时针方向转动,还是沿逆时针方向转动? [提示]通电后,线圈两边磁场方向相同,电流方向不同,其受力方向相反。根据两边的受力情况可知,线圈将沿顺时针转动。 [思考]当线圈转动到17-8(b)的位置时,线圈红色边和绿色边受到的两个力是否平衡,为什么? [提示]当圈转动到17-8(b)的位置时,线圈红色边和绿色边受到的两个力是一对平衡力,因为它们大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、作用在同一物体上。这一位置叫做平衡位置(线圈平面和磁感线垂直时的位置)。 [思考]当线圈转动到17-8(b)的位置时,由于惯性,会稍转过平衡位置,这时线圈红色边和绿色边受到的两个力的方向改变了吗?线圈会怎样运动? [提示]这两条边受到的力的方向没有变化,因为这两条边的电流方向和磁场方向都没发生改变。线圈在平衡位置来回摆动几次就停下来了。 探究点2　换向器的作用 [阅读课本]P27“当线圈由于惯性刚越过平衡位置时……装置叫做换向器。” [思考]怎样能够使线圈在磁场中持续转动下去? [提示]当线圈由于惯性越过平衡位置时,如果立即改变线圈中的电流方向,线圈就能够继续转动下去。在电动机中完成这一任务的装置叫做换向器。 [阅读课本]P28“活动2　探究换向器的作用……使线圈继续转动下去。” [思考]换向器是怎样改变线圈中电流的方向? [提示]在电动机电源的引入处有一个“小机关”——换向器,它是由彼此绝缘的两个金属半圆环组成的。换向器的两个半圆环分别跟线圈的两端相连接,并通过电刷接到电源的两极上。当线圈越过平衡位置时,由于换向器的作用,线圈中电流的方向发生了改变,使线圈能够继续转动下去。 [习题]有关直流电动机中换向器的作用,下列说法正确的是 (　　) A.当线圈平面与磁感线平行时,自动改变电流方向 B.当线圈平面与磁感线垂直时,自动改变电流方向 C.当线圈平面与磁感线平行时,自动改变磁感线的方向 D.当线圈平面与磁感线平行时,自动改变线圈转动方向 [分析]换向器的作用:线圈转到与磁感线垂直的位置时,自动改变线圈中的电流方向,使得线圈持续转动;且线圈在到达平衡位置前是处于运动状态的,故由于惯性能越过平衡位置,再利用换向器的作用使得其持续转动。