20.5跨学科实践：制作简易直流电动机 -2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

第5节　跨学科实践：制作简易直流电动机 1.了解直流电动机的结构。 2．了解直流电动机的原理。 3．了解直流电动机的能量转化。 4．初步学会选择材料制作简易直流电动机。 制作简易直流电动机 阅读教材P165～P166相关内容，完成下列问题。 玩具陪伴了我们的童年时代，像电动小汽车这一类装上干电池轮子就能转动起来在地面上跑起来的玩具，坏了后估计大家都曾好奇地拆解开过。那么你一定会发现这类通电后就会转动起来玩具无一例外地有一个小电动机，是的，它就是这类电动玩具的心脏。 课堂导学 1．玩具电动机有哪些结构？ 2．电动机的原理是什么？ 3．电动机工作过程中的能量是如何转化的？ 1．电动机由定子和转子组成，线圈和磁体中转动的叫作转子，固定不动的叫作定子。 2．通电线圈在磁场中受力转动。 3．电能转化为机械能。 课堂导学 4．通电线圈都能在磁场中连续转动吗？ 4．通电线圈在磁场可以转动，但是不能持续转动，必须将导线的一端削去一半漆，另一端的漆全部削去，或者安装换向器，线圈才能在磁场中持续转动。 课堂导学 （物理概念）如图所示，这是自制简易电动机模型。 （1）绕制线圈的钢丝外表有漆皮，必须对线圈引出线的两端（搁置于铜质弯钩的部位）进行刮漆处理，其中一端的漆皮全部刮去，另一端的漆皮刮半周留半周。按这种方法刮漆的目的是使线圈能够 　　 　　　。 持续转动 课堂导学 （2）如果整个制作没有问题，但接上电源后线 圈不动，这时应做哪些尝试？（说出两点即可）①　　　　　　　 　　　； ②　　　　　　　　 　　。 （3）通电后线圈能转动，如要改变转动方向，可采取的做法是：①　　　　　　　　　　 ，②　　　　　　　　　　 。 （4）如果还想改变线圈转动的快慢，应该怎么办？。 将线圈拨转一定角度 增大电源电压 只改变电流方向 只改变磁场方向 改变电路中的电流的大小 课堂导学 （1）通电直导线在磁场中受到力的作用；换向器的作用是当线圈刚转过平衡位置时，能够自动改变线圈中的电流方向，使线圈能够持续转动下去。 （2）电动机不转动的原因有以下几种情况：①启动前线圈刚好处于平衡位置；②线圈中的电流太小或磁场太弱。 （3）通电线圈在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关。 （4）线圈转动的快慢与电流大小、线圈的匝数有关。 课堂导学 将两块磁铁分别吸在干电池的正负极上，使两个磁铁的N极都向外，构成了一个可以在平面上滚动的滚轮。如图所示，将锡箔纸平铺在水平桌面上，再将滚轮轻轻放在锡箔纸上，这时锡箔纸、磁铁、干电池就构成了闭合电路形成电流，电流在锡箔纸上电流的方向是从 　　　　　（填“A到B”或“B到A”），此时滚轮立刻开始向前滚动；滚轮能够滚动，其原理与 　　　　　（填“发电机”或“电动机”）相同；若让滚轮向相反的方向滚动，请说出一种可行 的做法：　　　　　　　　　　　　 　　. 　 。 A到B　 电动机 将滚轮左右换个方向(或将电池正负极对调一下) 课堂导学 1．科技小组对电流表指针偏转的原因产生了兴趣，于是在实验室找到一只可拆卸的电流表，进行了如下探究： （1）打开外壳，内部结构如图所示，按规范将电流 表接入电路，通电后线圈转动，带动指针偏转；撤 去磁体再次通电，指针不动。这说明电流表指针偏 转的原因是通电线圈在　　　　　中受力转动，这与　　　　　（填“电动机”或“发电机”）的工作原理相同。 磁场　 　电动机 随堂检测 （2）若让电流从电流表的“﹣”接线柱流入，“＋”接线柱流出，指针偏转方向会与（1）中的偏转方向　　　　　，因此使用电流表时不能把接线柱接反。 （3）同一量程，电流越大，指针偏转角度越大，据 此猜想：通电线圈受力的大小可能与　　　　　有 关。 相反 电流大小 随堂检测 2．用一个铁钉、一节电池、一根电线和一个纽扣强磁铁，可组装成一个演示用的简易电动机，组装过程如图的甲、乙、丙所示。 （1）乙图中，把铁钉和磁铁连起来后就能竖直地吸在电池的正极上，若磁铁的N极朝上，S极朝下，则磁化后的铁钉的尖端为　　　　（填“N”或“S”）极。 N　 随堂检测 （2）丙图中，用电线把电池的负极和磁铁连接起来，就有电流通过磁铁和铁钉，通过电线的电流方向是　　　　　（填“向上”或“向下”）。 （3）这个简易电动机工作时，将电能转化为　　　　　能。 （4）丙图中，若要改变铁钉的转动方向，可以改变　　　　　方向。 向上　 机械　 电流 随堂检测 课后强化练习 制作简易直流电动机 1．小岩想利用带风叶的电动机制作一款“书桌神器”：既能收集书桌上的小纸屑，又能吹风纳凉，于是他利用带风叶的电动机、电池、旋钮式电阻等材料制作模型，如图甲所示，其工作原理示意图如图乙所示。 （1）图乙中，通过切换开关S，可以改变 电动机转向的原因是__________________ __________。 （2）将开关S与“1”连接，旋钮OP绕O点沿 箭头方向转动时，电动机转速变_________ （选填“快”或“慢”）。 改变通过电动机电流的方向 慢 （3）请对图甲模型的设计作出评价。 由图甲可知，吸纸屑时收集盒右侧 的阀门打开，从而将纸屑吸入收集 盒，同时也有一部分纸屑被吸到隔 板下面；吹风时，收集盒右侧的阀 门关闭，收集盒内的纸屑不会被吹出，但隔板下面的纸屑会被吹出。 2．小明用自己安装好的直流电动机模型（如图甲）来研究电动机的工作过程。 （1）电动机的工作原理是磁场对　　　　　有力的作用。图乙是直流电动机工作原理图，其中C、D叫作换向器，它的作用是当线圈平面刚转过平衡位置时能自动改变线圈中　　　　　，线圈左右两边框的受力方向相反，其原因是　　　　方向相反。 通电导体 电流方向 电流 （2）小明将直流电动机模型接入电路，各部分连接完好，闭合开关后电动机不能转动。他用手轻轻地碰了一下线圈后，电动机模型开始正常转动。刚开始不转的原因可能是　　　　（填序号）。 A．蹄形磁铁磁性太弱 B．电源电压太低 C．线圈刚好处于平衡位置 D．线圈中的电流太小 C （3）小明按图丙所示将电动机模型连入电路，闭合开关，电动机正常转动，小明记下了电流表和电压表的示数。实验过程中，由于弧形铁片螺丝松动，电动机线圈被弧形铁片卡住了，小明惊奇地发现，电动机线圈被卡住后，电流表和电压表的示数都发生了变化，小明赶紧记下了两表的示数（如下表所示）并断开了开关。 电动机状态 电压U/ 电流I/A 正常转动 2.2 0.18 被卡住不转 2.0 0.33 为什么电动机线圈被卡住后电流会变大呢？小明经过反复思考，终于明白了其中的道理，原来线圈不转时只有线圈电阻阻碍电流，线圈电阻比较小，因此电流较大；当通电线圈在磁场中转动时，线圈同时也会在磁场中做　　 　　　运动，产生感应电流，根据实验数据可以判断，感应电流的方向应该与原来线圈中的电流方向相反。在实际生活中，如果电动机转轴被卡住而不转动时，电能将全部转化为_______能，很容易烧坏电动机线圈。 切割磁感线 内 3．小明在制作电动机模型时把一段粗漆包线绕成3 cm×2 cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出约3 cm，用硬金属丝做两个支架，两个支架分别与电池的两极相连。把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁铁，如图甲所示。给线圈通电并用手轻推一下，线圈就会持续转动。 （1）在漆包线两端用小刀刮去引线的漆皮，为使线圈能够持续转动，刮线的要求是　　　　。 A．两端全刮掉 B．一端全部刮掉，另一端只刮半周 （2）如图甲、乙所示，图　　　　的线圈恰好处于平衡位置，另一个图中线圈左右两边所受的两个力不满足二力平衡条件的原因是这两个力　　　　 　。如图丙所示的线圈可以持续转动，是因为它加装了　　　　　，该装置能在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向。 B 乙 没有作用在同一直线上 换向器 4．小娟为了弄清电动机的工作原理，做了如下实验： （1）她利用如图甲所示装置探究磁场对通电导体的作用，为了使实验顺利进行，导体棒ab应选用　　　　　（选填“铁棒”或“铜棒”）； 铜棒 （2）闭合开关时，发现导体棒ab向右运动，若只对调磁体两极，再次闭合开关，观察到导体棒ab将向左运动，说明磁场对通电导体的作用力的方向与　　　　方向有关，这一过程中电能主要转化为　 能； 磁场 机械 （3）将导体棒换成线圈放入磁场中，如图乙所示，闭合开关，ab边中电流方向是从a至b，此时ab边受到磁场对它竖直向上的力，使线圈顺时针转动，当线圈转至如图丙所示的位置时，ab边中电流方向__________ （选填“会”或“不会”）发生改变，此时ab边所受磁场对它作用力的方向不变，力会阻碍线圈继续转动； 不会 （4）为使电动机的线圈能持续转动，在如图乙所示结构的基础上加上两个半铜环，用电刷与铜环接触，如图丁所示。当线圈转至图丁所示的位置时，电流方向从a至b，ab边所受磁场对它作用力方向竖直向上，线圈转至图戊所示的位置时，ab边中电流方向从　　　　　，ab边所受磁场对它作用力的方向　　　　　，从而使得线圈能够持续转动，所加的这个结构称为　　　　　。 b至a 竖直向下 换向器 $$