第二十章《电与磁》第5节《跨学科实践：制作简易直流电动机》讲义 ---2025-2026学年人教版物理九年级

本初中物理讲义聚焦简易直流电动机的制作实践，系统梳理其工作原理（通电导体在磁场中受力运动）、核心结构（定子提供磁场、转子线圈转动、换向装置实现电流换向）、规范制作步骤（绕制线圈、处理换向部分、组装调试）及常见故障排查方法，构建从原理理解到实践操作的完整学习支架。 资料以跨学科实践为特色，通过“三步法”故障排查等设计培养科学探究能力和问题解决的科学思维，结合生活实例强化知识应用。课中辅助教师引导学生规范操作，课后借助针对性巩固训练和案例分析，助力学生查漏补缺，深化对电与磁转化关系的理解。

第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 目录 【学习目标】 【重点难点】 【思维导图】 【知识梳理】 知识点 1：简易直流电动机的工作原理 知识点 2：简易直流电动机的核心结构与材料准备 知识点 3：制作步骤与规范操作 知识点 4：常见故障排查与优化方案 【方法技巧】 方法技巧 1：线圈绕制与换向处理技巧 方法技巧 2：磁场优化与转动效果提升技巧 方法技巧 3：故障排查的 “三步法” 【巩固训练】 【学习目标】​ 分类​ 具体要求​ 核心概念​ 1.理解直流电动机的工作原理（通电导体在磁场中受力运动、电磁感应的应用）； 2.掌握简易直流电动机的核心结构（定子、转子、换向器 / 换向片的作用）； 3.了解电与磁的转化关系，明确磁场方向、电流方向对导体运动方向的影响。​ 能力素养​ 1.能根据给定材料设计并组装简易直流电动机，规范操作实验步骤； 2.能分析组装过程中出现的故障（如不转动、转动不稳定），并提出改进方案； 3.培养跨学科思维（物理原理 + 工程实践），提升动手操作和问题解决能力； 4.能结合生活实例说明直流电动机的应用，理解技术与生活的联系。​ ​【重点难点】​ 重点：​ 1.简易直流电动机的工作原理（通电线圈在磁场中受力转动）；​ 2.核心结构的作用（磁体提供磁场、线圈作为转子、换向片 / 电刷实现电流换向）；​ 3.组装步骤的规范性和关键操作（如线圈绕制、换向片处理、电路连接）。​ 难点：​ 1.理解 “换向器” 的作用（保证线圈持续单向转动的关键）；​ 2.分析磁场方向、电流方向与线圈转动方向的关系；​ 3.解决实验故障（如线圈不转动可能的原因：接触不良、磁场太弱、线圈平衡问题等）。​ 【思维导图】​ ​ 【知识梳理】​ 知识点 1：简易直流电动机的工作原理​ 核心原理：基于 “通电导体在磁场中受力运动”（安培力原理）。当电流通过置于磁场中的线圈时，线圈两侧的导体受到方向相反的安培力，形成力矩，使线圈绕轴转动。​ 关键条件：​ 存在磁场（由永磁体提供，如条形磁体、马蹄形磁体）；​ 线圈形成闭合回路（通入直流电流）；​ 需换向装置（如两片金属换向片），避免线圈转到平衡位置时停止转动。​ 方向规律：线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关（改变其中一个方向，转动方向反向；同时改变，转动方向不变）。​ 知识点 2：简易直流电动机的核心结构与材料准备​ 核心结构（4 大组件）：​ ​ 组件​ 作用​ 定子（磁场源）​ 提供稳定磁场，常用器材：条形磁体 2 块、马蹄形磁体 1 块（磁场越强，转动越稳定）​ 转子（线圈）​ 通电后受力转动，常用器材：漆包线（直径 0.3-0.5mm，长度 50-80cm）​ 换向装置​ 实现电流换向，简易版：将线圈两端的漆包线刮去半圈绝缘漆（替代换向片）；进阶版：金属片 + 电刷​ 电路与支架​ 提供电流和固定结构，常用器材：干电池（1.5V×2 节，串联为 3V）、导线、电池夹、支架（塑料架、铁架台）​ ​ 材料清单（简易版）：​ 漆包线 1 卷、干电池 2 节、电池夹 1 个、导线若干（带鳄鱼夹）；​ 条形磁体 2 块、塑料支架 1 个（或用硬纸板自制）；​ 剪刀、砂纸（打磨漆包线绝缘层）、记号笔。​ 知识点 3：制作步骤与规范操作​ 1.第一步：绕制线圈（关键步骤）​ 取漆包线，在笔杆（或直径 1cm 的圆柱）上绕制 10-15 圈（匝数越多，受力越大，转动越稳定）；​ 线圈两端各留出 2-3cm 的引线（用于固定和接线），绕制完成后轻轻取下，用导线在线圈两端缠绕固定（避免松散）。​ 2.第二步：处理换向部分​ 用砂纸将线圈两端引线的绝缘漆打磨干净（注意：仅打磨引线的 “半圈”，且两端打磨的半圈方向一致，如均打磨上半圈）；​ 打磨目的：当线圈转动时，只有半圈接入电路，实现 “断电 - 通电” 交替，替代换向器功能。​ 3.第三步：组装支架与固定磁体​ 将支架固定在桌面，把两块条形磁体相对放置在支架两侧（异名磁极相对，形成匀强磁场区域，间距略大于线圈直径）；​ 用细线或支架上的挂钩固定线圈，使线圈位于两块磁体之间（线圈轴线与磁场方向垂直），且能自由转动。​ 4.第四步：连接电路并调试​ 用导线将电池夹、线圈两端引线、开关（可选）连接成闭合回路（电池正极→线圈一端→线圈另一端→电池负极）；​ 轻轻拨动线圈，观察是否转动：若不转动，检查接触是否良好、磁场是否对齐、线圈是否平衡，调整后再次尝试。​ 知识点 4：常见故障排查与优化方案​ 常见故障​ 可能原因​ 优化方案​ 线圈不转动​ 1.线圈两端绝缘漆未打磨干净（接触不良）； 2.磁场方向与线圈轴线平行（受力为零）； 3.电池电压过低（磁场太弱）​ 1.用砂纸彻底打磨引线，确保金属部分裸露； 2.调整磁体位置，使磁场方向垂直于线圈平面； 3.更换新电池（或增加 1 节电池，提升电压）​ 线圈转动不稳定​ 1.线圈匝数过少（受力不足）； 2.线圈重心偏移（转动时晃动）； 3.磁体间距过大（磁场分散）​ 1.增加线圈匝数（15-20 圈）； 2.在线圈两端对称位置缠绕少量胶带，调整重心； 3.减小磁体间距（贴近线圈但不接触）​ 线圈反转频繁​ 换向部分打磨不均匀（半圈打磨不完整）​ 重新打磨引线，确保半圈绝缘漆完全去除，且两端打磨方向一致​ ​【方法技巧】​ 方法技巧 1：线圈绕制与换向处理技巧​ 1.绕制线圈时，尽量保持线圈形状规则（圆形或矩形），避免扭曲，否则会导致重心偏移，转动不稳定；​ 2.打磨绝缘漆时，可先用记号笔在引线处画半圈标记，再沿标记打磨，确保 “半圈裸露、半圈绝缘”，这是简易版换向的关键；​ 3.若没有砂纸，可用剪刀尖端轻轻刮去绝缘漆，但需注意避免剪断引线。​ 方法技巧 2：磁场优化与转动效果提升技巧​ 1.磁场越强，线圈受力越大：可将两块条形磁体的异名磁极靠近，形成 “夹逼式” 磁场（线圈位于中间），增强磁场强度；​ 2.电流大小影响转动速度：串联 3 节干电池（4.5V）比 2 节（3V）转动更快，但需注意线圈发热，避免长时间通电；​ 3.减少摩擦：线圈与支架的接触点尽量用细导线或光滑的金属挂钩，减少转动时的摩擦力。​ 方法技巧 3：故障排查的 “三步法”​ 1.查电路：用导线直接连接线圈两端，观察是否有电流通过（可搭配小灯泡检测回路是否闭合）；​ 2.查磁场：用小磁针靠近磁体，确认磁体有磁性，且磁场方向垂直于线圈；​ 3.查结构：检查线圈是否松散、引线是否接触良好、重心是否平衡，逐一排除问题。​ 【巩固训练】​ 1.简易直流电动机的工作原理是（　　）​ A．电磁感应现象 B．通电导体在磁场中受力运动 C．磁极间的相互作用 D．电流的热效应​ 答案：B​ 详解：直流电动机的核心原理是通电导体在磁场中受到安培力而运动，电磁感应是发电机的原理，故选 B。​ 2.制作简易直流电动机时，线圈两端的漆包线需要打磨半圈，其目的是（　　）​ A．减小电阻 B．便于接线 C．实现电流换向 D．增加导电性​ 答案：C​ 详解：打磨半圈绝缘漆，使线圈转动时交替通电和断电，替代换向器功能，保证线圈持续单向转动，故选 C。​ 3.若要改变简易直流电动机的转动方向，下列方法可行的是（　　）​ A．增加线圈匝数 B．提高电源电压 C．改变磁体的磁极方向 D．减小磁体间距​ 答案：C​ 详解：转动方向与电流方向和磁场方向有关，改变磁体磁极方向（磁场方向改变），转动方向反向；其他选项仅影响转动速度或稳定性，故选 C。​ 4.组装简易直流电动机后，线圈不转动，下列排查措施中不合理的是（　　）​ A．检查线圈两端的绝缘漆是否打磨干净 B．更换磁性更强的磁体​ C．将线圈匝数减少为 5 圈 D．调整线圈位置，使磁场垂直于线圈平面​ 答案：C​ 详解：减少线圈匝数会减小受力，更难转动，排查时应增加匝数而非减少；ABD 均为合理排查措施，故选 C。​ 5.简易直流电动机中，提供磁场的组件是______，作为转动部分的组件是______，实现电流换向的关键结构是______。​ 答案：磁体（定子）；线圈（转子）；半圈打磨的引线（或换向片）​ 详解：定子提供磁场，转子是通电后转动的线圈，换向结构通过 “半圈绝缘” 实现电流交替。​ 6.请分析：为什么简易直流电动机的线圈需要 “换向装置”？如果没有换向装置，线圈会出现什么现象？​ 答案：换向装置的作用是使线圈转过平衡位置时，电流方向反向，从而保证线圈持续单向转动；若没有换向装置，线圈转到平衡位置时，两侧受力方向相反且在同一直线上，线圈会停止转动（或来回摆动）。​ 7.某同学制作的简易直流电动机转动不稳定，请列举两种可能的原因，并提出对应的改进方案。​ 答案：（1）原因：线圈重心偏移；改进方案：在线圈两端对称位置缠绕少量胶带，调整重心至中心；（2）原因：磁场太弱；改进方案：更换磁性更强的磁体，或减小磁体间距。​ 8.结合生活实际，列举 3 个利用直流电动机工作的家用电器，并说明其核心作用。​ 答案：（1）电风扇：直流电动机带动扇叶转动，产生气流；（2）电动牙刷：电动机带动刷头高频振动，清洁牙齿；（3）无人机：多个电动机带动螺旋桨转动，提供升力和动力。​ 6 学科网（北京）股份有限公司 $