内容正文:
第三节 磁场对通电导线的作用
◇教学目标◇
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1.了解磁场对通电导线的作用。
2.经历制作模拟电动机的过程,通过实验探究直流电动机的结构和工作原理。
3.通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知识的兴趣。
◇教学重难点◇
1.教学重点:电动机的工作原理;直流电动机的能量转化。
2.教学难点:明确电动机是怎样转动的以及电动机能够持续转动的原因。
◇教学过程◇
一、新课导入
电动车、电梯、电扇、冰箱、洗衣机,以及各种电动玩具都离不开电动机。电动机的应用非常广泛,种类也很多,但它们工作的原理是一样的,都是由电动机带动运转的。可电动机为什么会转动呢?
二、教学步骤
探究点1 通电导线在磁场中的受力情况
[阅读课本]P148~149“通电导线在磁场中的受力情况”
[实验]P148“做中学”
[思考]通过什么现象判断金属杆受到磁场力的作用呢?你认为会对实验现象产生影响的因素有哪些?
[提示]金属杆运动说明受到了磁场力的作用。影响因素主要是金属杆和导轨之间的摩擦力,所以一般用轻质的铝金属杆,实验前将导轨和金属杆拉直,减小摩擦带来的影响。
[思考]实验时,开关可以长时间闭合吗?
[提示]通电后电路相当于短路,应短暂闭合开关观察现象,然后立即断开开关。
[思考]改变电流方向和磁场方向时,金属杆的运动方向改变,你认为这是什么原因呢?如何设计实验验证呢?
[提示]采用控制变量法。一次控制电流的方向不变,改变磁场的方向;一次控制磁场的方向不变,改变电流的方向。
[归纳提升]磁场对通电导体具有力的作用,其力的方向与磁场和电流的方向有关。只改变磁场方向或电流方向,通电导体的受力方向改变,当磁场方向和电流方向同时改变时,通电导体的受力方向不变。
[思考]通电导线在磁场中会受到力的作用。这一物理学原理在生活、生产、科技中有哪些应用?
[提示]动圈式扬声器主要由线圈、永久磁体、锥形纸盆等构成。线圈处在永久磁体的磁场中,当线圈中有电流通过时,就会受到磁场的作用力而运动。由于扬声器工作时通过线圈的电流是随声音而变化的,所以线圈受到的力也是变化的,从而带动纸盆来回振动,将电信号转换成为声音。
电磁弹射技术利用通电导体在磁场中受力使物体加速,只要保证足够的电流输入,便能在发射装置内产生足够大的推力,使物体达到更高的速度。
[思考]你有办法让金属杆在轨道上持续往复运动吗?
[提示]如果能够及时地改变电流方向,就能改变金属杆的受力方向,金属杆的运动方向也会发生改变。
探究点2 直流电动机是如何工作的
[阅读课本]P150“直流电动机是如何工作的”
[思考]观察一下电动机为什么能持续转动呢?
[提示]观察电动机的换向器,换向器由两个铜半环组成,铜半环分别跟线圈两端相连,它们彼此绝缘。
[思考]用手使线圈缓慢转动,观察换向器是如何改接电源正、负极的呢?
[提示]换向器随线圈一起转动的过程中,交替跟两个电刷接触,使得每当线圈转到一定的位置时,就会自动改接电源的正、负极,从而改变线圈中的电流方向。
[思考]换向器改变线圈中的电流方向后,为什么线圈就能持续转动了呢?
[提示]磁场方向不变,电流方向改变,线圈的受力方向就会改变。
[思考]观察课本图18-29(a),AB边和CD边受力方向不同的原因是什么?
[提示]通过AB边和CD边的电流方向相反,磁场方向相同,所以受力方向不同,线圈发生转动。
[思考]观察课本图18-29(b),AB边和CD边不再受力的原因是什么?线圈能够转过此位置利用了什么?
[提示]电刷与换向器的绝缘部分接触,没有电流流过线圈,线圈也不再受到力的作用,但由于惯性线圈继续转动越过这个位置,这个位置叫做平衡位置。
[思考]观察课本图18-29(c),线圈越过平衡位置后,AB边和CD边的受力方向有没有改变?AB边和CD边的位置有没有改变?
[提示]观察图片可以发现:AB边的受力方向由向上变成了向下,CD边的受力方向由向下变成了向上;AB边和CD边的位置也发生了互换。
[思考]观察课本图18-29,电动机的线圈每转动一周,线圈中的电流方向改变几次?
[提示]线圈每转动一周,电流的方向改变一次,两次越过平衡位置。
[归纳提升]电动机的工作原理:通电线圈在磁场中受到力转动。换向器及时改变电流方向,使得线圈持续转动。
[习题]如图所示是直流电动机的模型,闭合开关后线圈顺时针转动。现要使线圈逆时针转动,下列方法中可行的是 ( )
A.只改变电流大小
B.只改变电流方向
C.对换磁极同时改变电流方向
D.换用磁性更强的磁铁
[分析]直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关,若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变,则它的转动方向将改变。但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向,线圈的转动方向将不变。
[答案]B
探究点3 制作简易电动机
[阅读课本]P151“制作简易电动机”
[思考]为什么要将漆包线两端线头的漆刮去半边?
[提示]当线圈转动时可以改变线圈中的电流方向,作用相当于换向器。
[思考]拿一块条形磁体在上方,其目的是什么?
[提示]电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动,条形磁体可以提供磁场。
[思考]如果线圈不动,为什么需要推一下?
[提示]线圈在平衡位置时,没有电流通过,线圈不受到力的作用,推一下越过平衡位置,线圈中就会有电流通过。
[习题]如图所示的直流电动机模型,把线圈两端导线的漆按图中方法刮去,通电后线圈 (选填“能”或“不能”)持续转动,如果通过线圈的电流变大,线圈的转动速度将变 ,如果改变线圈中的电流方向,线圈的转动方向将 (选填“改变”或“不改变”)。
[分析]把线圈两端导线的漆按图中方法刮去,通电后线圈转到平衡位置时,电流被切断,线圈可以利用惯性继续转动,所以通电后线圈能持续转动;电流变大,线圈转速将变快;改变线圈中电流的方向,线圈的转动方向将改变。
[答案]能 快 改变
三、板书设计
第三节 磁场对通电导线的作用
1.通电导线在磁场中的受力情况
(1)通电导体在磁场中受到力的作用
(2)受力方向与电流方向和磁场方向有关
2.直流电动机如何工作的
(1)通电线圈在磁场中受力转动
(2)换向器及时改变电流方向
3.制作简易电动机
◇教学反思◇
先让学生思考通电导体怎样才能在导轨上往复运动,再思考通电线圈怎样才能持续转动。当学生明白不能持续转动的原因后,才会有兴趣思考如何才能持续转动。做到“不愤不启,不悱不发”,这时介绍换向器,正好满足学生的好奇心和求知欲,很容易突破本节课难点。
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