17.3 科学探究：电动机为什么会转动（教学课件）-【上好课】九年级物理全一册同步高效课堂（沪科版）

第十七章 从指南针到磁浮列车 上海科学技术出版社 义务教育物理课程标准实验教科书编写组  编著 致老师、同学 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约80MB. 本ppt共有57张、3段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频 资源 ①演示实验——《磁场对通电直导线的作用》 ②演示实验——《通电线圈在磁场中的扭转》 ③视频讲解——《换向器及其作用》 免责 声明 ppt中的部分视频来源于自有媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 科学探究：电动机 为什么会转动 第十七章 从指南针到磁浮列车 第三节 通过实验探究，知道磁场对通电导体有力的作用。(科学思维、科学探究) 01 知道通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向和磁场方向有关。(物理观念) 02 理解电动机转动的工作原理，知道换向器的作用。(物理观念、科学思维) 03 学习目标 知道电动机工作时，电能转化为机械能。(物理观念) 04 课堂总结 02 课后作业全解 03 学习新课 01 综合提升训练 04 目录导航 导入新课 想一想 在如图所示的用电器中，它们内部都有一个重要的部件——电动机。你知道电动机为什么会转动吗？ 学习新课 01 第三节 科学探究：电动机为什么会转动 知识一、磁场对电流的作用 【提出问题】电动机内部结构怎样？它由哪些部件组成，它们各起什么作用？电动机是怎样转起来的？ 1. 观察并研究电动机的结构 【进行实验】 （1）电动玩具通常是由小电动机驱动的。观察玩具中的小电动机。 试一试：怎样使小电动机转动起来? 看一看：小电动机是由哪些部件组成的? 想一想：小电动机为什么会转动? 知识一、磁场对电流的作用 【观察结果】 小电动机的一些部件：外壳、磁体、线圈、轴等。 知识一、磁场对电流的作用 【进行实验与收集证据】 （1）将学生实验用的电动机接入电路， 闭合开关，观察电动机的转动。 （2）拆开这台直流电动机，观察它由哪几部分组成。 知识一、磁场对电流的作用 进行实验 3. 将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，线圈的转动方向是否改变? 4. 移动滑动变阻器的滑片，改变通过线圈的电流大小，线圈转动的速度是否改变?怎样改变? 1. 把电动机、滑动变阻器、电源、开关串联起来，接通电路，观察线圈的转动情况. 2. 改变通过线圈的电流方向，线圈的转动方向是否改变? 知识一、磁场对电流的作用 收集证据 1. 当通过直流电动机线圈的电流方向发生改变时，电动机转动的方向发生改变； 2. 将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，电动机转动的方向发生改变； 3. 当通过直流电动机电流的大小发生变化时，电动机的转速发生改变。电流越大，转速越快。 当通过直流电动机的电流方向发生改变或线圈所处的磁场方向发生改变时，电动机转动的方向发生改变； 当通过直流电动机电流的大小发生变化或线圈所处的磁场强弱发生变化时，电动机转动的速度改变. 知识一、磁场对电流的作用 （2）拆开这台直流电动机，观察它由哪几部分组成。 学生实验用电动机的主要部件有： ①蹄形磁体；②弧形铁片；③线圈；④转轴；⑤支架；⑥换向器；⑦电刷；⑧底座。 电动机通电后为什么能够转动呢？ 说明通电的导线在磁场中会受到力的作用。下面先研究一根通电直导线放在磁场中，观察它的运动情况。 知识一、磁场对电流的作用 【设计并进行实验】 （1）按照图组装实验器材。 （2）给金属杆（铝棒）通电，观察它的运动情况。 （3）保持磁场方向不变，改变金属杆中的电流方向，观察它的运动情况。 （4）保持电流方向不变，将磁极对调，改变磁场的方向，再次观察金属杆的运动情况。 2. 磁场对电流的作用 知识一、磁场对电流的作用 【分析论证】 （1）给金属杆通电，观察它的运动情况。 闭合开关后，金属杆由静止开始向左运动。 为什么通电金属杆会由静止变成运动？ 因为通电金属杆受到了蹄形磁体的磁场对它的力的作用。 结论：磁场对通电导线有力的作用. 知识一、磁场对电流的作用 （2）保持磁场方向不变，改变金属杆中的电流方向，观察金属杆的运动情况。 实验现象：改变金属杆中的电流方向，通电金属杆的运动方向也随之改变。 结论：通电导线在磁场中受力的方向与电流方向有关. 知识一、磁场对电流的作用 （3）保持电流方向不变，改将磁极对调，改变磁场的方向，再次观察运动情况。 实验现象：改变磁场方向，通电导线的运动方向也随之改变。 结论：通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关. 知识一、磁场对电流的作用 实验结论： ①如图所示， 导线向左运动 S N 电流I F ②改变电流方向， 导线向右运动 S N 电流I F ③改变磁场方向， 导线向左运动 N S 电流I F 磁场对通电导体有力的作用，其作用的方向与电流方向和磁场方向有关。 知识一、磁场对电流的作用 视频欣赏——《磁场对通电直导线的作用》 知识一、磁场对电流的作用 A．只对调电源正、负极，电路中电流方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故A不符合题意； B．将磁体的N、S极对调，磁场方向改变，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故B不符合题意； 【例题1】如图所示，闭合开关，铜棒向左运动，为使铜棒向右运动，下列操作不可行的是（　　） A．只对调电源的正、负极 B．只对调磁体的N、S极 C．导线①接A、C接线柱，导线②接B、D接线柱 D．同时对调电源正、负极和磁体N、S极 D 所以选D。 C．导线①接A、C接线柱，导线②接B、D接线柱，改变了电路中电流的方向，则通电导体的受力方向改变，铜棒向右运动，故C不符合题意； D．同时对调电源正、负极和磁体N、S极，影响磁场力方向的两个因素同时改变，则通电导体的受力方向不变，仍向左运动，故D符合题意。 知识二、直流电动机的原理 【实验】用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图所示。闭合开关，线圈将怎样运动？你观察到什么现象？ 【现象】通电线圈在磁场中会发生转动，但是当线圈的平面与磁场垂直时，就会停止转动。 1. 观察磁场对通电线圈的作用 线圈平面与磁感线垂直时，这个位置叫平衡位置. 想一想：磁场中的通电线圈为什么会这样运动？ 知识二、直流电动机的原理 视频观看——《通电线圈在磁场中的扭转》 知识二、直流电动机的原理 ①在图所示位置时，通电线圈ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下， 方向相反，发生顺时针转动。 ②当通电线圈转到平衡位置时，ab边与cd边受到的磁场力相互平衡。这时由于惯性，线圈还会继续转动。 【分析】通电矩形线圈在磁场中不能持续转动的原因 知识二、直流电动机的原理 ③线圈靠惯性越过平衡位置后， ab边受力方向向上，cd边受力方向向下，磁场力会使线圈逆时针旋转。 ④ 通电线圈最后静止在平衡位置。 知识二、直流电动机的原理 【想一想】通电线圈在磁场中可以转过一个角度，但不能持续转动。怎样才能使通电线圈持续地转动下去？ 由上述分析可知，当线圈刚转过平衡位置时，如果立即改变其中的电流方向，那么通电线圈就能在磁场力的作用下继续转动。 实际的电动机是通过换向器来实现这一目的的。 知识二、直流电动机的原理 2. 换向器 （1）换向器：在通电线圈的两端各连有一个半圆铜环E、F，称为换向器，它们随线圈一起转动。A、B是电刷，分别与一个半圆铜环接触，使电源和线圈组成闭合回路。当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。 知识二、直流电动机的原理 （2）换向器的工作过程 当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。 换向器使靠近磁体S极一边线圈中的电流方向永远向里，从而使该边线圈的受力方向始终向上；而靠近磁体N极一边的受力方向始终向下，从而使线圈持续转动。 知识二、直流电动机的原理 3. 直流电动机（玩具中的电动机）的工作过程 ①通电线圈ab、cd边电流方向相反，受力方向相反，顺时针转动. ②线圈转到平衡位置，无电流通过，依靠惯性转过平衡位置. ③线圈越过平衡位置后，电流方向发生改变，线圈在磁场力的作用下继续顺时针转动. ④线圈利用惯性转过平衡位置后，又改变了电流的方向和受力方向，继续转动. 知识二、直流电动机的原理 视频欣赏——《换向器与电动机的工作过程》 知识二、直流电动机的原理 （1）换向器的作用 当线圈每转到平衡位置时，自动改变线圈中电流方向（每半周改变一次），从而实现了线圈的持续转动。 （2）原理：利用了通电线圈在磁场中受力转动的原理来工作的。 （3）能量转化：电动机工作时将电能转化为机械能。 （4）电动机的优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高，而且对环境污染很小。 4. 总结——直流电动机 知识二、直流电动机的原理 5. 实际的电动机 实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。 换向器 转子 直流电动机的结构 知识二、直流电动机的原理 6. 家用电器中的电动机 有一部分家用电器用到了电动机。 知识二、直流电动机的原理 7. 制作简易电动机 把1m长的漆包线（或细导线）绕成小线圈，将两端线头的漆（或绝缘皮）刮去半边，注意两端刮去的漆应在同侧[图（a）］；把两个回形针折成图 （b）所示的形状，用胶带固定在纸板上 [图（c）]；把线圈搁在回形针上，使其可以转动。 按图 （d） 所示连接电路，拿一块条形磁体放在线圈上方，接通电源，线圈就会转动。想一下，线圈为什么会转动呢？如果它不转动，推一下，或检查一下，确保刮去半边漆后露出的铜线接触到了金属回形针。 知识二、直流电动机的原理 ①利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”、“b”之间接入______，根据该原理可制成______； ②乙、丙两个图中，______图的线圈恰好处于平衡位置； ③丁图中的线圈可以持续转动，是因为它加装了______，该装置能在线圈______ （选填“刚转到”“即将转到”或“刚转过”）平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 【例题2】研究磁场对电流有力的作用。 电源 电动机 丙 换向器 刚转过 知识二、直流电动机的原理 ①因为通电导体在磁场中受力会运动，观察图可知缺少一个电源，因此利用如图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在“a”、“b”之间接入电源，根据此原理制成了电动机。 ②当通电线圈所在平面与磁感线垂直时，线圈处于平衡状态，此时线圈受力平衡，所以图丙的线圈恰好处于平衡位置，另一个图中线圈左右两边所受力不满足二力平衡条件中的不在同一直线上。 ③丁图中加装了换向器，所以线圈可以持续转动，它能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。 知识二、直流电动机的原理 【例题3】如图所示，图甲和图乙分别为直流电动机线圈在两个不同的时刻所处的位置，下列分析中正确的是（　　） A．导线ab中的电流方向在这两个时刻相同 B．导线ab在这两个时刻受到的磁场作用力方向不同 C．图乙中的线圈处在平衡位置上 D．由于具有惯性，线圈能持续转动 B 知识二、直流电动机的原理 AB．由图可知，导线ab在这两个时刻分别于电源正极和负极相连，电流方向不同，由于导体受力方向与磁场方向和电流方向有关，所以两次导线ab的受力方向不同，故A错误，B正确； C．平衡位置是指线圈平面与磁感线垂直的位置，图中磁感线从左向右，故甲、乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置，图中不是平衡位置，故C错误； D．电动机之所以能转动，是因为换向器在线圈由于惯性刚转过平衡位置就会改变线圈中电流的方向，不是全部依靠惯性持续转动的，故D错误。 所以选B。 知识二、直流电动机的原理 【例题4】如图所示为小金同学制作的简易直流电动机模型。他用金属丝做成两个支架，分别与电池的两极相连。用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去上半周漆皮。将线圈放在支架上，磁体放在线圈下。接通电源后且用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。 通电线圈在磁场中受力而转动 （1）直流电动机的工作原理是_____________________； （2）将线圈一端的漆全部刮去，另一端刮去一半。这样做的目的是让线圈能_____________； （3）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后线圈不能连续转动，请你分析可能的原因是_________。（写出一点即可） 磁场太弱 持续转动 知识二、直流电动机的原理 （1）直流电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动。 （2）在实验中，用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端刮去半周漆皮是为了使线圈的在一个半周内受到磁场的力的作用，另一个半周利用惯性转动，使线圈能持续转动。 （3）如果电池、开关、导线的连接和性能良好，闭合开关后，线圈不能连续转动，可排除无电流的情况，可能是磁场太弱或开始线圈处在平衡位置。 02 课堂总结 第三节 科学探究：电动机为什么会转动 课堂总结 磁场对电流的作用 ①磁场对通电导体有力的作用. ②力的方向与电流方向 和磁场方向有关. ①原理：通电线圈在磁场中受力而转动. ②基本组成：换向器、转子、定子. ③换向器作用：线圈转过平衡位置时， 自动改变线圈中电流的方向. ④能量转化：把电能转化为机械能. 电动机 科学探究：电动机为什么会转动 03 课后作业全解 第三节 科学探究：电动机为什么会转动 课后作业全解 1．下列家用电器中，均使用了电动机的是（   ） A．电熨斗和日光灯 B．电风扇和洗衣机 C．电饭锅和微波炉 D．电热毯和电热水器 A. 电熨斗是将电能转为内能，日光灯是将电能转化为内能和光能，它们都没有用到电动机，故A不符合题意； B. 电风扇和洗衣机是将电能转化机械能，应用了电动机，故B符合题意； C. 电饭锅是将电能转化为内能，微波炉是将电能转化为内能，它们没有用到电动机，故C不符合题意； D. 电热毯和电热水壶是将电能转为内能，没有用到电动机，故D不符合题意．故选B。 B 课后作业全解 2．关于直流电动机，下列说法中正确的是（   ） A．直流电动机原理是电流的磁效应 B．直流电动机正常工作时，是将电能转化为内能 C．直流电动机换向器是由两个彼此绝缘的半铜环组成的 D．电源的正、负极和磁场的方向都改变，直流电动机的转动方向也改变 A．直流电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动，电磁铁的工作原理是电流的磁效应，故A错误； B．直流电动机正常工作时，消耗电能，产生机械能，是将电能转化为机械能，故B错误； C．直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的，换向器是用来改变电流的方向，故C正确； D．电源的正负极和磁场的方向同时改变，直流电动机的转动方向不变，只改变其中一个时，电动机的转动方向会发生变化，故D错误。 故选C。 C 课后作业全解 3．如图所示是某小组制作的一个简易电动机。用硬金属丝做两个支架，分别与电池的两极相连，用漆包线绕成一个矩形线圈，以线圈引线为轴。用小刀刮去轴的一端的全部漆皮，另一端刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下。接通电源并用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。请回答下面的问题。 （1）推一下线圈的原因是：______________________。 （2）线圈不停转动的原因是：____________________。 （3）要使线圈的转动方向发生改变，请提出两个方案。 ① _______________________。 ② ________________________。 使线圈越过平衡位置能够转动 线圈转动后依靠磁场对通电线圈的作用力和惯性使线圈在支架上连续不停地转动 只改变磁场方向 只改变电流方向 课后作业全解 （1）推一下线圈的原因是：当线圈在平衡位置时，此时线圈受力平衡，则线圈不能转动；所以，需要用手轻推一下线圈，使线圈越过平衡位置后，线圈在磁场力的作用下不停的转动起来。 （2）线圈不停转动的原因是：线圈转动后依靠磁场对通电线圈的作用力和惯性使线圈在支架上连续不停地转动。 （3）要使线圈的转动方向发生改变，请提出两个方案。 影响线圈的转动方向是电流的方向和磁场的方向。故要使线圈的转动方向发生改变，只要改变其中一个因素即可。 课后作业全解 4．调查一下，你家中有哪些用电器用到了电动机？ 家中有许多用电器用到了电动机，包括洗衣机、电风扇、吸尘器、抽油烟机、榨汁机、粉碎机、空调、电冰箱等。‌这些电器共同特点是它们都需要较大的功率或较大的体积，因此电动机在这些设备中扮演着至关重要的角色。例如： ‌洗衣机‌：洗衣机的转动部分是由电动机驱动的，当洗衣机工作时，电动机转动，从而驱动洗衣机的转动部分进行洗涤和甩干等操作。 ‌电风扇‌：电风扇的叶片装在电动机上，当电动机旋转时，叶片也跟着旋转，从而产生风力，实现降温效果。 ‌抽油烟机‌：抽油烟机中的电动机启动后，会将油烟排出室外。 ‌‌空调‌和‌电冰箱‌：空调和电冰箱的压缩机是使用电动机原理的装置，通过电动机驱动压缩机工作，实现制冷或调节室内温度的功能。 课后作业全解 5．动圈式扬声器（喇叭）结构如图所示。如果把它引出线的一端接在电池正极，另一端不断摩擦电池负极，你将听到“咔嚓、咔嚓”的声音。请先试一试，再分析为什么。如果有废旧的喇叭，还可把它拆开，观察其内部结构。 当把动圈式扬声器的引出线的一端接在电池正极，另一端不断摩擦电池负极时，线路中便出现间断的电流。这个间断的电流在扬声器的永久磁铁产生的磁场中受到力的作用，使得线圈运动，进而带动纸盒振动，发出声音。这个过程展示了电能如何被转化为机械能，即声音的产生。这种利用磁场对电流的作用的原理，与电动机的原理相同，都是基于安培力的作用。 课后作业全解 1. 在制作简易电动机时，可以将两端线头的漆全刮去吗？ 答：不能将两端线头的漆全刮去。 将两端线头的漆全刮去后，线圈转到平衡位置时，线圈中电流方向不变，线圈受力方向不变，最终使线圈停在平衡位置，无法使线圈持续转动。 若只刮去半边的漆，这半边接触到金属回形针时，线圈中电流方向不变，线圈受力方向不变，线圈转动方向一致。当转到平衡位置时，没有刮去漆的半边接触到金属回形针，线圈中无电流，线圈由于惯性沿原来的方向继续转动，从而实现线圈的持续转动。 04 综合提升训练 第三节 科学探究：电动机为什么会转动 1. 下列哪种设备是根据如图所示的实验原理制成的（ ） A. 电熨斗 B. 电动机 C. 电磁铁 D. 发电机 B 如图所示的实验是研究通电导体在磁场中受力运动的情景，是电动机原理。根据该原理制成的设备有电动机；电熨斗是电流的热效应；电磁铁是电流的磁效应；发电机是电磁感应原理。 所以选B. 综合提升训练 综合提升训练 电动机是根据通电导体在磁场中会受到力的作用原理制成的，在虚线框中接入电源时，通电导体在磁场中会受到力的作用，可以探究磁场对电流的作用，与电动机的原理相同。 故选A。 2. 如图所示，两根绝缘细线悬挂着的导体 ，放在U形磁铁中央， 两端连接着导线。若要探究电动机的工作原理，虚线方框中接入的实验器材是（　　） A．电源 B．电压表 C．灵敏电流计 D．滑动变阻器 A 3. 如图所示的实验中，闭合开关，观察到铝棒向右运动，实验现象说明磁场对_______有力的作用，利用这一原理可以制成_______机；断开开关，对调电源正、负两极，重新接入电路，再次闭合开关，观察到铝棒向_______运动。 综合提升训练 通电导体在磁场中受到力的作用。铝棒在磁场中，闭合开关，铝棒通电，铝棒由静止向左运动，说明磁场对通电导体有力的作用。 电动机就是利用了通电导体在磁场中受到力的作用这一原理制成的。 对调电源正、负两极，改变了导体中电流的方向，再次闭合开关，铝棒将向与之前相反的方向运动，故铝棒向左运动。 左 通电导体 电动 4. 如图所示装置是_______的工作模型，在工作过程中，_______起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过_______位置时，就自动改变线圈中的_______ ，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动，工作时它是把____能转化为_______ 能。 综合提升训练 根据图中可以知道通电线圈在磁场中受力转动，这是一个电动机的工作模型。工作过程中，换向器起到关键作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，这样线圈受力就改变了，就可以连续转动。工作时，电动机把电能转化为机械能。 平衡 电动机 换向器 电流方向 电 机械 5. 如图所示为直流电动机工作原理图，下列分析正确的是（　　） A．电动机通电后不转，一定是电路断路 B．没有换向器也可实现持续转动 C．将磁体的磁极对调一下可以使电动机的转速增大 D．改变磁场方向可以改变线圈转动的方向 D A．电动机通电后不转的可能原因：电流太小、磁场磁性太弱、电路断路、线圈处于平衡位置，故A错误； B．换向器在线圈刚转过平衡位置时，能自动改变线圈中的电流方向，能使线圈连续转动下去，没有换向器无法实现持续转动，故B错误； 综合提升训练 C．对调磁极只会使线圈受力方向发生改变，不会改变线圈受力的大小，线圈转动的速度将不变，故C错误； D．线圈转动方向跟电流方向和磁场方向有关，改变其中一者，线圈转动方向改变；同时改变两者，线圈转动方向不变，因此改变磁场方向可以改变线圈转动的方向，故D正确。 故选D。 综合提升训练 6. 小明为观察磁场对通电线圈的作用。用漆包线做成线圈，线圈两端的漆全部刮去，放在接有电源的金属支架上并放入磁体中（如图所示）。闭合开关后，看到线圈 ___________ （“持续转动”/“左右摆动”/“静止不动”）。为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是下列哪两种_______ 。 A．两侧全刮 B．一侧全刮，另一侧刮半周 C．两侧均刮上半周 D．一侧刮上半周，一侧刮下半周 BC 左右摆动 综合提升训练 由图可知，闭合开关后，通电线圈在磁场中受力运动；线圈受力的方向与磁场的方向和电流的方向有关；当线圈转过平衡位置时，线圈受到的磁场力发生变化，使得线圈在平衡位置摆动几次后很快就停下来，故闭合开关后，看到线圈左右摆动。 为了使线圈能持续转动，正确的刮漆方法应该是将线圈两端的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，或两侧均刮上半周；按这两种方法刮漆，线圈转到平衡位置时，线圈中没有电流，线圈 由于惯性能够按原方向持续转动，故BC符合题意， AD不符合题意。 故选BC。 Lavf58.45.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$