17.2 电动机转动的原理（表格式教学设计）物理新教材沪粤版九年级下册

该初中物理教学设计聚焦电动机转动原理，涵盖磁场对通电导体的作用力、受力方向规律及换向器作用。通过磁浮列车和扬声器视频导入，衔接上节课“磁场对通电线圈有力的作用”的猜想，构建“猜想-实验验证-原理总结”的学习支架。 以科技情境激发探究兴趣，采用控制变量法实验（科学探究）探究受力方向影响因素，动画辅助（科学思维）突破平衡位置和换向器作用难点，培养学生实验操作与逻辑推理能力，助力教师高效教学，夯实电磁学基础。

17.2 电动机转动的原理（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 课题 17.2 电动机转动的原理 教学 目标 物理观念 1．掌握核心规律：明确通电导体在磁场中受力的存在性，理解受力方向与电流方向、磁场方向的关系（只变其一方向反向，同时变方向不变）； 2．理解关键结构：知晓换向器由两个绝缘半圆环组成，明确其“线圈过平衡位置时自动改电流方向”的核心作用； 3．建立原理认知：掌握直流电动机“通电线圈在磁场中受力转动，换向器保障持续转动”的工作原理及“电能→机械能”的能量转化。 科学思维 1．强化控制变量法：在探究受力方向影响因素时，能控制单一变量设计实验，分析“变量→现象”的因果关系； 2．建立逻辑链：形成“实验现象→受力规律→换向器作用→电动机原理”的推导链； 3．培养故障分析能力：针对“线圈不转动”“转动不持续”等问题，从“电路、磁场、机械结构”维度排查原因。 科学探究 1．完成核心实验：①规范操作验证“磁场对通电导体有力的作用”；②用控制变量法探究受力方向影响因素，记录实验数据；③观察线圈在磁场中的运动，分析平衡位置特点； 2．深化探究：通过模拟实验理解换向器的作用，解释“无换向器线圈无法持续转动”的原因； 3．合作完成：小组分工完成实验操作、数据记录、现象分析。 科学态度 与责任 1．感知技术价值：体会换向器发明对电动机应用的决定性作用，认识“科学规律→技术发明→实际应用”的转化价值； 2．培养严谨态度：实验中如实记录现象，规范操作控制变量，不篡改数据； 3．强化安全意识：电路连接时避免短路，操作磁体、导线时注意规范，养成安全习惯； 4．建立应用意识：能用电动机原理解释扬声器、磁浮列车等科技产品的工作逻辑。 教材 分析 1．地位作用：本节是沪粤版九年级下册“电动机与发电机”的核心内容，承接17.1“电动机转动的猜想”，通过实验验证猜想并深化原理，为后续“发电机”及“电磁相互作用”知识奠定基础，是“电生磁→磁生力→机械能转化”的关键应用课； 2．内容结构：按“情境导入→实验验证（导体受力）→深化探究（线圈运动）→核心突破（换向器作用）→原理总结→应用拓展”展开，以控制变量法实验和换向器作用为两大核心； 3．编写特点：以实验探究为主线，融入扬声器、磁浮列车等生活与科技案例，通过“问题链”引导思考，注重“现象→规律→应用”的逻辑构建，符合九年级学生“具象实验→抽象原理”的认知规律。 学情分析 1．已有基础：①知识储备：上节课已认知电动机定子（磁体）、转子（线圈）结构，提出“磁场对通电线圈有力的作用”的猜想，掌握电路连接基本技能；②能力基础：具备初步实验操作和小组协作能力，但控制变量法的规范应用仍需强化； 2．认知难点：①抽象理解：难以解释“平衡位置线圈受力平衡”的特点及换向器“自动改电流方向”的机制；②逻辑断层：无法将“导体受力方向规律”与“线圈持续转动”建立关联；③故障分析：对“线圈不转动”的多因素排查缺乏系统思路； 3．学习特点：对“动手实验、科技应用”兴趣浓厚，适合“实验探究→问题驱动→动画辅助”的教学模式。 教学重点 1．实验验证：通过规范操作，验证磁场对通电导体有力的作用； 2．规律掌握：用控制变量法探究并总结“受力方向与电流、磁场方向的关系”； 3．核心理解：明确换向器的结构、作用及电动机的工作原理； 4．应用关联：能用电动机原理解释扬声器、磁浮列车的工作逻辑。 教学难点 1．实验设计：用控制变量法精准设计“受力方向影响因素”的探究实验，控制单一变量并排除干扰； 2．原理突破：解释“平衡位置线圈停止转动的原因”及换向器“保障持续转动”的核心机制； 3．故障分析：系统排查“线圈不转动”“转动不持续”的具体原因（如电路断路、磁场弱、换向器接触不良）。 教师活动 学生活动 导入新课 【教师活动】1．科技情境冲击：播放磁浮列车悬浮前进、动圈式扬声器发声的短视频，聚焦核心疑问：“磁浮列车没有车轮为何能前进？扬声器没有振源为何能发声？这些现象都与我们上节课的猜想有关”； 2．复习衔接：“上节课我们猜想电动机转动是‘磁场对通电线圈有力的作用’，今天我们用实验验证这个猜想，还要解决一个关键问题——线圈转到一定位置会停止，如何让它持续转动？”； 3．任务发布：“本节课核心目标：验证受力作用、找规律、懂换向、明原理”（板书课题）。 【教师总结】这些科技产品的核心动力都来自“磁场对通电导体的作用力”，今天我们从实验到原理，揭开它们的工作秘密。 1．观看视频，产生探究兴趣：“磁浮列车前进的力是不是和电动机的力一样？”； 2．回顾上节课内容：“电动机有定子和转子，我们猜是磁场对线圈有力的作用”； 3．明确核心任务：记录“验证猜想、找规律、懂换向、明原理”四个关键目标。 学习新课【模块一：实验验证——磁场对通电导体的作用力】 环节1：验证“受力是否存在” 【问题情境】“如何设计实验，证明磁场对通电导体确实有力的作用？需要哪些器材？如何排除干扰？” 【教师活动】1．器材展示与选择：投影三种实验装置（a：蹄形磁铁+金属棒AB+电源+开关；b：U形磁体+导线框；c：电磁铁+金属棒），推荐装置a（操作简便），讲解：“蹄形磁铁提供稳定磁场，金属棒AB作为通电导体，电路要形成通路”； 2．实验规范：①在黑板绘制电路图（电源→开关→金属棒→电源），强调“先断开开关再接线，避免短路”；②指导金属棒放置：“与磁感线垂直，确保受力明显”； 3．对比实验：“有磁场和无磁场（移走磁铁）时，金属棒运动情况有何不同？”； 4．巡视指导：帮助学生解决“接线松动”“金属棒接触不良”等问题，确保实验现象明显。 环节2：探究“受力方向的影响因素”（控制变量法） 【问题情境】“受力方向不是固定的，它会受什么因素影响？如何用控制变量法找出规律？” 【教师活动】1．变量分析：“可能的变量——电流方向、磁场方向，探究时要‘定一议二’”； 2．实验步骤指导：①保持磁场方向不变（磁铁极性不变），改变电源正负极（改电流方向），观察金属棒运动方向；②恢复电流方向，反转磁铁（改磁场方向），观察运动方向；③同时改变电流和磁场方向，观察运动方向； 3．数据记录：发放“实验记录表”，引导记录“变量、现象、结论”； 4．规律总结：引导学生归纳“只改变电流或磁场方向，受力方向反向；同时改变，方向不变”。 【例题】闭合开关，导体棒AB水平向右运动，若只对调电源正负极，导体棒运动方向是？若同时对调电源和磁体两极呢？ 【教师活动】引导分析：“只改电流方向，受力反向→向左；同时改，方向不变→向右”，强化规律应用。 【教师总结】实验证明：通电导体在磁场中会受到作用力，受力方向与电流、磁场方向都有关，这是电动机转动的基础规律。 1．环节1实验：①对照电路图接线，确保金属棒与磁感线垂直；②闭合开关，观察到金属棒AB运动，记录“有磁场时运动，无磁场时不动”；③得出结论：“磁场对通电导体确实有力的作用”； 2．环节2探究：①按步骤操作，记录数据：“磁场不变，电流反向→运动反向；电流不变，磁场反向→运动反向；同时反向→运动方向不变”；②小组讨论归纳规律：“受力方向和两个方向都有关，只变一个反向，都变不变”； 3．完成例题：“只改电源→向左，都改→向右”，巩固规律。 学习新课【模块二：深化探究——线圈的运动与换向器的作用】 环节1：线圈的“停止难题”——平衡位置 【问题情境】“将金属棒换成线圈，通电后线圈会怎样运动？为什么转到某一位置会停止？” 【教师活动】1．实验演示：用线圈模型（两端固定，可绕轴转动）接入电路，闭合开关，让学生观察“线圈转动→停止”的过程； 2．动画辅助：播放“线圈转动受力分析”动画，讲解：“线圈两边电流方向不同，受力方向相反，形成转动力矩；当线圈平面与磁感线垂直时，两边受力大小相等、方向相反且在同一直线，二力平衡，这就是‘平衡位置’，线圈无法继续转动”； 3．关键设问：“如何让线圈越过平衡位置后继续转动？核心是改变什么？”（引导：改变线圈中的电流方向）。 环节2：解决难题——换向器的作用 【问题情境】“线圈在转动，电源是固定的，如何在线圈刚过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向？” 【教师活动】1．结构展示：出示换向器实物（两个彼此绝缘的金属半圆环），讲解：“半圆环分别接线圈两端，通过固定的电刷连接电源，线圈转时半圆环转，电刷不转”； 2．作用演示：播放“换向器工作过程”动画，分阶段讲解：①线圈在初始位置：电流路径固定，受力转动；②刚过平衡位置：半圆环随线圈转动，与电刷接触的半圆环切换，电流方向改变；③受力方向改变：线圈持续转动； 3．对比实验：“有换向器和无换向器的线圈，转动情况有何不同？”； 4．核心总结：“换向器的作用——线圈刚过平衡位置时，自动改变线圈中电流方向”。 【教师总结】换向器是电动机持续转动的“关键先生”，它通过“自动换向”解决了平衡位置的停止难题，是技术发明的典范。 1．环节1观察与思考：①看到线圈转动后停止，疑惑：“为什么转到这里就不动了？”；②观看动画后理解：“这个位置两边受力平衡，是平衡位置”；③讨论解决方法：“要让受力方向变一下，就得改电流方向”； 2．环节2学习：①观察换向器实物：“是两个分开的半圆环，和线圈连在一起”；②观看动画，理清逻辑：“线圈转，半圆环也转，电刷不动，接触的半圆环换了，电流方向就变了”；③对比实验结论：“有换向器的线圈能持续转，没的会停止”； 3．记录换向器结构：“两个绝缘半圆环+电刷”，作用：“刚过平衡位置改电流方向”。 学习新课【模块三：原理总结——电动机的工作原理与应用】 环节1：直流电动机的工作原理 【问题情境】“结合前面的实验和换向器作用，谁能完整说出直流电动机的工作过程？能量如何转化？” 【教师活动】1．原理梳理：引导学生分阶段描述（结合动画）：①初始位置：电流方向固定，线圈受力转动；②平衡位置：电刷与半圆环绝缘部分接触，无电流，靠惯性越过；③越过平衡位置：换向器自动改电流方向，受力反向，线圈持续转动； 2．核心原理：“通电线圈在磁场中受力转动，换向器及时改变线圈电流方向，保障持续转动”； 3．能量转化：“电能转化为机械能”； 4．分类：“用直流电源的叫直流电动机，交流电源的叫交流电动机”。 环节2：原理的实际应用 【问题情境】“生活中哪些设备用到了电动机原理？它们的核心结构是什么？” 【教师活动】1．案例分析：①扬声器：展示结构示意图（永磁体+线圈+振膜），讲解：“随声音变化的电流通过线圈，受力大小和方向变化，带动振膜振动发声”；②磁浮列车：“车辆和轨道的电磁铁产生磁场力，既悬浮又前进，本质是磁场对通电导体的作用力”； 2．电动机优点：“构造简单、造价低、效率高、控制方便、无污染”。 【教师总结】电动机是“电能转化为机械能”的核心设备，从家用电器到航天科技，都离不开它的身影，而这一切的基础，就是我们今天探究的受力规律和换向器技术。 1．环节1总结：①分阶段描述工作过程：“通电转→平衡位置靠惯性过→换向器改电流→继续转”；②明确核心原理和能量转化：“通电线圈受力转，换向器保持续，电能变机械能”；③区分直流和交流电动机：“我们实验用的干电池是直流，家里的电是交流”； 2．环节2应用：①理解扬声器原理：“电流变，受力变，振膜动就发声了”；②联系生活：“电扇、豆浆机里的电动机都是这个原理”； 3．记录电动机优点，体会应用价值。 板 书 设 计 17.2 电动机转动的原理 一、实验验证：磁场对通电导体的作用力 1．存在性：通电受力，断电不受力 2．方向规律：与电流、磁场方向有关 （只变其一反向，都变不变） 二、线圈的“停止难题”与解决 1．平衡位置：线圈平面与磁感线垂直（二力平衡） 2．换向器：结构（两绝缘半圆环+电刷） 作用（刚过平衡位置，自动改电流方向） 三、电动机工作原理 1．核心：通电线圈在磁场中受力转动，换向器保障持续转动 2．能量转化：电能→机械能 3．应用：扬声器、磁浮列车、电扇等 课 堂 小 结 作业布置 1．基础作业：①完成课件作业题1、3（矩形线框受力方向判断、导体棒运动方向分析），写出判断依据；②简述换向器的结构和作用，说明它如何解决线圈的“停止难题”； 2．实践作业：①观察家中的直流电动机（如玩具车电机），尝试拆解（小心操作），找到换向器并拍照标注；②分析“电动机转动缓慢”的3种可能原因（结合今天所学，如磁场弱、电流小、换向器接触不良）； 3．拓展作业：查阅资料，说明磁浮列车“悬浮”和“前进”分别利用了磁场的什么作用，与电动机原理有何关联。 【设计意图】1．基础巩固：强化规律应用和换向器认知；2．实践延伸：将原理与生活中的电动机结合，培养故障分析能力；3．拓展创新：联系前沿科技，深化跨学科应用意识。 教学反思 1．成功之处：①科技情境导入效果好，磁浮列车和扬声器案例激发95%学生的探究兴趣，课堂参与度高；②控制变量法实验设计细致，通过“定一议二”的引导，80%的小组能独立完成实验并总结规律；③动画辅助有效突破难点，“平衡位置”和“换向器作用”的抽象概念通过动画变得具象，学生理解率提升。 2．存在不足：①部分学生实验操作速度慢，因“金属棒放置角度不当”导致受力不明显，耽误数据记录；②少数学生对“换向器与电刷的配合”理解模糊，认为“是电刷转动改变电流方向”；③故障分析训练不足，对“线圈不转动”的多因素排查缺乏系统思路。 3．改进方向：①优化实验准备：下次课提前调整金属棒支架，标注“与磁感线垂直”的刻度线，减少操作障碍；②深化换向器认知：增加“换向器模拟实验”（用两个半圆环和导线手动演示），让学生亲手操作感受电流方向变化；③强化故障训练：增加“模拟故障排查”环节，列出“不转动”“转动慢”等场景，让学生匹配原因和解决方法。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $