第三章交变电流之电动机创新实验 说课设计-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

《交变电流之电动机创新实验》说课文稿 一、使用教材 本课使用2020版人教版普通高中教科书物理选择性必修第二册：第一章《安培力与洛伦兹力》第一节《磁场对通电导线的作用力》；第三章《交变电流》第一节《交变电流》。 二、实验器材 （一）演示实验 高速直流电动机二台、低速直流电动机一台、机械联轴器一个、磁力耦合器一对、12V电源一个、LED灯泡一个、100A量程的指针式电流表一个、点触式开关一个、固定板二块、鳄鱼夹若干、导线若干、螺丝若干。 （二）分组实验 小型电动机模型二个、强磁铁四块、250mA量程的指针式电流表一个、干电池一节、开关二个、导线若干、固定板一块、502胶水一瓶。 三、实验设计思路 对比教材中直流电动机、磁电式电流表、交流发电机的原理图，这三种模型结构相似，学生有时无法辨析。因此，本课以电动机为背景，将这些模型整合分析，用实验进行突破，理清模型间的联系，激发学生的学习兴趣。本课采用演示实验与学生分组实验相结合的方式，利用问题驱动，让学生在具身体验的基础上习得知识。 对比分析学生设计的机械连接装置，改进提升电动机连接的稳定性。学生能从实际应用中发现机械连接的缺点，利用所学知识设计磁力驱动方案，建立物理原理与生产生活的联系。 四、实验原理 电源与电动机1接通，转动的电动机1通过传动装置驱动电动机2转动，电动机2的线圈就切割磁感线产生感应电流，此时电动机2就是发电机。 换向器可以实现交流电与直流电之间的转变。 在电动机中安培力驱动线圈转动，在发电机中安培力阻碍线圈转动。 当旋转的电动机被卡住时，反电动势消失，线圈中的电流显著增大，时间长了，电动机势必会损坏。 五、实验教学目标 （1）证实电动机可以当发电机使用。 （2）体会安培力的作用效果和换向器的作用。 （3）探究磁场方向对发电机和电动机的影响。 （4）证实反电动势的存在。 （5）体会机械连接的缺点，能设计磁力驱动。 六、实验教学内容 学生通过分组实验证实电动机可以当发电机使用，并进一步观察实验现象，经历模型建构与科学推理得出换向器的作用、安培力的作用效果、反电动势的存在，从而深入掌握理解电动机与发电机的基本原理。再通过对接高考题，学以致用，培养学生解决实际问题的能力。 学生通过查阅资料、观察实验现象，总结电动机在实际应用中遇到的负载被卡住、容器不密封等问题，从而设计并展示解决方案——磁力联轴器，体会物理知识与生产生活的联系。 七、实验教学过程 （一）问题驱动、设计实验 教师提供两个相同的电动机和一些连接装置，提出驱动性问题：电动机能不能当作“发电机”使用？学生经过小组讨论，提出设计方案并展示实验，通过组间互评改进方案并优化电动机连接方式。演示实验装置见图1，分组实验装置见图2。 图1 演示实验装置 图2 分组实验装置 （二）具身体验、发现问题 学生在分组实验中也会发现如下的问题。如图2所示，为何我的“发电机”竟产生直流电？经过科学推理得出，当线圈中的电流方向发生变化时，由于换向器的作用，使得外部的电流方向保持不变。 如图3所示，为何“发电机”回路接通时，电机转动变慢？学生进一步推理得出，在发电机中线圈所受安培力的作用效果是阻碍其转动的。 图3 发电机回路接通 图4 改变发电机磁场 （三）任务驱动、引发思考 教师布置两个任务。任务一，改变组装的发电机的电流方向。学生通过改变发电机的磁场方向，见图4；改变线圈的转动方向（即改变电动机的磁场方向或电源的极性），见图5，观察电流表指针偏转方向。在大量实验的基础上，学生经历模型建构与科学推理得出，在电动机与发电机中，线圈所受安培力的作用效果是不同的。 图5 改变电动机磁场 图6 卡住电动机 任务二，将正常转动的电动机卡住，观察电流变化。学生将电动机与电流表连接，用带防护手套的手握住转动的电动机转轴，看到电流表示数变大，见图6。 在实际应用中，当负载被卡住，通过机械连接的电动机将停止转动，电流显著增大，时间长了，势必会损坏电机。在实际应用中，还有一个问题，当用电动机搅拌剧毒物质时，由于机械轴与容器连接处的密封性不佳，会导致剧毒物质泄漏。 （四）设计方案、联系生活 师生一起提出问题：机械连接有缺点，能设计其他传动方式吗？学生设计出通过磁体间的相互作用来驱动，这种装置称为磁力耦合器，见图7。磁力耦合器的两板并没有直接连接，解决了容器的密封性问题，而且与负载连接的板被卡住时，与电动机连接的板仍能正常转动，电动机不会损坏，见图8。磁力耦合器还从根源上阻断了振动的传递，在快递输送机等领域中也得到了广泛的应用。 图7 磁力耦合器 图8 卡住负载 （五）对接高考、