20.5 跨学科实践：制作简易直流电动机 同步知识点对点讲义 -2025-2026学年人教版物理九年级全一册

本初中物理讲义聚焦“制作简易直流电动机”核心实践，基于直流电动机工作原理（通电导体在磁场中受力），构建从理论认知到实践操作的学习支架，涵盖线圈选材与匝数、转子定子设计、刮漆换向等关键技术要点。 资料以项目式学习为主线，通过详细制作步骤、故障分析及多维度评价表，培养学生科学探究能力与工程实践思维，如刮漆换向替代换向器的创新设计。课中辅助教师引导实践，课后例题与中考真题助力学生巩固知识，查漏补缺。

第二十章 电与磁 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 · 知识点对点 1、 制作简易直流电动机☆ 项目 内容 项目提出 利用学习过的直流电动机的工作原理（通电导体在磁场中受到力的作用），制作一台简易的直流电动机。如图20.5-1所示 图20.5-1 项目分析 我们知道，电动机主要由线圈和磁体组成，要制作直流电动机，需要考虑以下问题。 （1）确定导线与匝数：选漆包线作为导线，原因是漆包线材质是铜导电性好，表面有绝缘漆，可避免线圈匝间短路。匝数不用太多，十几匝到几十匝，比如20~30匝，太多难绕、线圈重，太少动力弱 （2）确定转子与定子：转子就是通电线圈。绕好的漆包线线圈作为转子；定子通常为磁体，可以用强磁体、一块蹄形磁体或两块条形磁体作定子；设计时磁体固定于底座上，线圈放在支架（曲别针）上，确保转动时摩擦力较小。 （3）确定持续转动的措施：靠“刮漆换向”可以把导线的一端刮去全部绝缘漆，另一端刮去半周绝缘漆，利用惯性和半周通电，半周断电，来保证线圈持续转动，起到类似换向器的作用。 项目实施 序号 要解决的问题 操作方法 需要的材料 1 制作线圈 把一段漆包线绕成约3 cm×2 cm的矩形线圈作为转子，两端预留2 cm引线做转轴（如图20.5-2所示）将漆包线绕成圆环状，紧密缠绕10~15匝 漆包线、胶带、强磁体、电池 2 制作换向器 用小刀刮去两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周 小刀 3 搭建支架 用曲别针弯折成两个U形支架，固定在硬纸板上，确保顶部支撑点水平对齐 曲別针，硬纸板、胶水 4 安装磁体 将强磁体放置在线圈正下方 强磁体 5 组装调试优化 将线圈引线架在支架上，与电池、开关连接，确保刮漆面接触良好，通电并调试，轻推线圈让电动机工作如图20.5-3所示 电池，开关 6 故障分析 故障1：不转动→轻推线圈或检查是否处于平衡位置 故障2：转速慢→增强磁铁、增加匝数、润滑转轴 图20.5-2 图20.5-3 展示交流 （1）持续转动的实现：通过刮漆改变线圈导通状态，上班之后通电受力转动，下半周因一端半周无漆不同点，靠惯性转动，替代换向器让线圈持续转动。 （2）匝数与摩擦（示例）：比如绕了25匝；支架和转轴贴合好、无毛刺，摩擦小，转动顺；支架和转轴贴合紧、有毛刺，摩擦大，转不动或转的慢。 （3）转动快慢与带动：匝数多、磁体磁性强、电池电压高的，转动快；转动稳定且动力强的（匝数合适、摩擦小），能带动小物件，像小风扇叶片、轻木棍旋转 附加 小组名称:________评价者:_________（自评/互评/师评） 评价维度 评价指标 等级（优秀/良好/合格/待改进） 评语/建议 科学 思维 ①能精准分析电动机的工作原理，逻辑严谨 ②在设计与制作中，能运用控制变量的方法思考问题，如探究线圈匝数与转速的关系 技术与 工程 ①电动机结构设计合理，易于组装和调试，具备一定的稳定性和耐用性 ②熟练掌握制作工具和材料的使用，操作规范，制作工艺精细 ③能根据实际情况对设计进行优化、解决制作过程中遇到的问题 交流与 合作 ①小组内沟通顺畅、互相分享想法和经验 ②积极倾听他人意见，尊重不同观点，共同解决问题 ③成员分工明确，各司其职，高效完成任务 创新与 实践 ① 在电动机的设计和制作中，提出独特的创意和方法 ②勇于尝试新的材料、结构或制作工艺，效果良好 ③能将理论知识灵活应用于实践，制作出性能优良的电动机 · 例题 考点：电动机的基本构造 1．（2025秋•庆云县期末）如图所示，小西用漆包线自制了一个简易电动机，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，然后用小刀刮去两端的漆皮，方法是 　 　 （选A：“左端全部刮掉右端刮半周”或B：“两端均全部刮掉”），要改变电动机的转动方向可以 　 　 。 · 易错 × √ 1误认为电磁铁的磁性增强一定会表现为吸引力增强 实际电磁铁通电后具有磁性，磁性增强不一定表现为吸引力增强，也可能时排斥力增强 · 中考真题 考点：通电导线在磁场中受到力的作用 1．（2023•辽宁）如图是我国自主研发的电磁发射器，它是利用磁场对电流的作用把弹丸发射出去，下列设备中与电磁发射器的工作原理相同的是（　　） A．发电机 B．电铃 C．司南 D．电动机 考点：电动机工作原理 2．（2023•锦州）如图所示的四个装置中，能说明洗衣机中电动机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 3．（2023•广西）如图，某兴趣小组利用干电池、铜线框和磁铁制作一个“爱心”电动机，“爱心”能绕电池转动。下列家用电器与“爱心”电动机工作原理相同的是（　　） A．电饭锅 B．电风扇 C．手电筒 D．电视机 4．（2025•扬州一模）如图是一种3D打印机上的直流直线电机，其工作时通电线圈在磁场中受到力的作用发生运动。下图能反映其工作原理的是（　　） A． B． C． D． 考点：电动机转向与速度的调节 5．（2025•瑶海区校级一模）如图所示，某综合实践小组用一段漆包线绕成线圈abcd，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半周或下半周。将线圈abcd放在用硬金属丝做成的支架m、n上，并按图示连接电路。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动。若只将电源的正负极互换，则电磁铁的上端的磁极是_____；相对原来的转动方向，线圈的转动方向会______（　　） A．N极 改变 B．N极 不变 C．S极 改变 D．S极 不变 考点：直流电动机的应用 6．（2023•安徽）图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO′为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则（　　） A．螺线管F端为N极，P端为N极 B．螺线管F端为S极，P端为S极 C．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动 D．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将逆时针转动 7．（2025•扬州三模）将一段裸铜导线弯成如图甲所示形状的线框，将它置于一节5号干电池上（线框上端的弯折处A与正极接触良好），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端P、Q与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会开始转动，成为一个“简易电动机”，如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（　　） A．线框会转动是由于受到电场力的作用 B．电路中的热功率等于线框旋转的机械功率 C．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，那么从上向下看，线框做逆时针转动 D．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则线框将上下振动 8．（2025•苏州模拟）如图，2024常熟市实验创新大赛上的一件作品：用漆包线和磁体制作的一台“电动机”，制作时用刀片将线圈两端不同位置的绝缘漆按图示一半或全部刮掉并作为转动轴，实验时左端支架在A或B位置选择一个，将支架与干电池相连，发现接　 　 （AC/BC）时线圈能持续转动，这种让线圈持续转动的思路与电动机中换向器的思路是　 　 （相同/不同）的。 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二十章 电与磁 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 · 知识点对点 1、 制作简易直流电动机☆ 项目 内容 项目提出 利用学习过的直流电动机的工作原理（通电导体在磁场中受到力的作用），制作一台简易的直流电动机。如图20.5-1所示 图20.5-1 项目分析 我们知道，电动机主要由线圈和磁体组成，要制作直流电动机，需要考虑以下问题。 （1）确定导线与匝数：选漆包线作为导线，原因是漆包线材质是铜导电性好，表面有绝缘漆，可避免线圈匝间短路。匝数不用太多，十几匝到几十匝，比如20~30匝，太多难绕、线圈重，太少动力弱 （2）确定转子与定子：转子就是通电线圈。绕好的漆包线线圈作为转子；定子通常为磁体，可以用强磁体、一块蹄形磁体或两块条形磁体作定子；设计时磁体固定于底座上，线圈放在支架（曲别针）上，确保转动时摩擦力较小。 （3）确定持续转动的措施：靠“刮漆换向”可以把导线的一端刮去全部绝缘漆，另一端刮去半周绝缘漆，利用惯性和半周通电，半周断电，来保证线圈持续转动，起到类似换向器的作用。 项目实施 序号 要解决的问题 操作方法 需要的材料 1 制作线圈 把一段漆包线绕成约3 cm×2 cm的矩形线圈作为转子，两端预留2 cm引线做转轴（如图20.5-2所示）将漆包线绕成圆环状，紧密缠绕10~15匝 漆包线、胶带、强磁体、电池 2 制作换向器 用小刀刮去两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周 小刀 3 搭建支架 用曲别针弯折成两个U形支架，固定在硬纸板上，确保顶部支撑点水平对齐 曲別针，硬纸板、胶水 4 安装磁体 将强磁体放置在线圈正下方 强磁体 5 组装调试优化 将线圈引线架在支架上，与电池、开关连接，确保刮漆面接触良好，通电并调试，轻推线圈让电动机工作如图20.5-3所示 电池，开关 6 故障分析 故障1：不转动→轻推线圈或检查是否处于平衡位置 故障2：转速慢→增强磁铁、增加匝数、润滑转轴 图20.5-2 图20.5-3 展示交流 （1）持续转动的实现：通过刮漆改变线圈导通状态，上班之后通电受力转动，下半周因一端半周无漆不同点，靠惯性转动，替代换向器让线圈持续转动。 （2）匝数与摩擦（示例）：比如绕了25匝；支架和转轴贴合好、无毛刺，摩擦小，转动顺；支架和转轴贴合紧、有毛刺，摩擦大，转不动或转的慢。 （3）转动快慢与带动：匝数多、磁体磁性强、电池电压高的，转动快；转动稳定且动力强的（匝数合适、摩擦小），能带动小物件，像小风扇叶片、轻木棍旋转 附加 小组名称:________评价者:_________（自评/互评/师评） 评价维度 评价指标 等级（优秀/良好/合格/待改进） 评语/建议 科学 思维 ①能精准分析电动机的工作原理，逻辑严谨 ②在设计与制作中，能运用控制变量的方法思考问题，如探究线圈匝数与转速的关系 技术与 工程 ①电动机结构设计合理，易于组装和调试，具备一定的稳定性和耐用性 ②熟练掌握制作工具和材料的使用，操作规范，制作工艺精细 ③能根据实际情况对设计进行优化、解决制作过程中遇到的问题 交流与 合作 ①小组内沟通顺畅、互相分享想法和经验 ②积极倾听他人意见，尊重不同观点，共同解决问题 ③成员分工明确，各司其职，高效完成任务 创新与 实践 ① 在电动机的设计和制作中，提出独特的创意和方法 ②勇于尝试新的材料、结构或制作工艺，效果良好 ③能将理论知识灵活应用于实践，制作出性能优良的电动机 · 例题 考点：电动机的基本构造 1．（2025秋•庆云县期末）如图所示，小西用漆包线自制了一个简易电动机，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，然后用小刀刮去两端的漆皮，方法是 　 　 （选A：“左端全部刮掉右端刮半周”或B：“两端均全部刮掉”），要改变电动机的转动方向可以 　 　 。 考点：电动机的基本构造 1．（2025秋•庆云县期末）如图所示，小西用漆包线自制了一个简易电动机，漆包线在线圈的两端各伸出约3cm，然后用小刀刮去两端的漆皮，方法是 　A　 （选A：“左端全部刮掉右端刮半周”或B：“两端均全部刮掉”），要改变电动机的转动方向可以 　将电源的正、负极对调　 。 【解答】解：为了使线圈能够持续转动，需要在线圈刚转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向，使线圈能够继续转动。如果两端均全部刮掉，当线圈转过平衡位置时，由于电流方向不变，线圈的受力方向也不变，线圈会在平衡位置附近来回摆动一下而停止，不能持续转动。当左端全部刮掉时，该端与换向器始终接通，右端刮半周，则线圈有半周处于通电状态而受力转动，另外半周电路中无电流，线圈由于惯性继续转动，从而实现持续转动。故选A。 电动机的转动方向与电流方向和磁场方向有关，当只改变其中一个因素时，电动机的转动方向就会发生改变。所以，要改变电动机的转动方向可以改变电流方向，如对调电源正负极；或改变磁场方向，如对调磁体的磁极。 故答案为：A；将电源的正、负极对调。 · 易错 × √ 1误认为电磁铁的磁性增强一定会表现为吸引力增强 实际电磁铁通电后具有磁性，磁性增强不一定表现为吸引力增强，也可能时排斥力增强 · 中考真题 考点：通电导线在磁场中受到力的作用 1．（2023•辽宁）如图是我国自主研发的电磁发射器，它是利用磁场对电流的作用把弹丸发射出去，下列设备中与电磁发射器的工作原理相同的是（　　） A．发电机 B．电铃 C．司南 D．电动机 【解答】解：电磁发射器是利用磁场对电流的作用把弹丸发射出去， A、发电机的原理是电磁感应现象，故A错误； B、电铃的主要元件是电磁铁，电磁铁的原理是电流的磁效应，故B错误； C、司南是最早的指南针，利用地磁场工作的，故C错误； D、电动机的原理是通电导体在磁场中受力，或者说通电线圈在磁场中受力转动，故D正确。 故选：D。 考点：电动机工作原理 2．（2023•锦州）如图所示的四个装置中，能说明洗衣机中电动机工作原理的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：A、开关闭合后，在外力作用下使导体左右移动，切割磁感应线，则电流表指针发生偏转，说明此时有感应电流产生，是发电机的制作原理，不符合题意； B、奥斯特实验，小磁针偏转说明通电导体周围有磁场，不是电动机的制作原理，不符合题意； C、闭合开关后，螺线管具有磁性，不符合题意； D、开关闭合后，电路中有电流，通电线圈受到磁场力的作用发生运动；是电动机的制作原理，符合题意； 故选：D。 3．（2023•广西）如图，某兴趣小组利用干电池、铜线框和磁铁制作一个“爱心”电动机，“爱心”能绕电池转动。下列家用电器与“爱心”电动机工作原理相同的是（　　） A．电饭锅 B．电风扇 C．手电筒 D．电视机 【解答】解：“爱心”电动机工作是利用通电导体在磁场中受到力的作用的原理来工作的。 A、电饭锅是利用电流的热效应来工作的，与电动机原理不同，故A不符合题意； B、电风扇是利用通电导体在磁场中受到力的作用来工作的，故B符合题意； C、手电筒工作时将电能转化为光能，是利用电流的热效应，与电动机原理不同，故C不符合题意； D、电视机工作时主要是把电能转化为光能和声能，与电动机原理不同，故D不符合题意。 故选：B。 4．（2025•扬州一模）如图是一种3D打印机上的直流直线电机，其工作时通电线圈在磁场中受到力的作用发生运动。下图能反映其工作原理的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：3D打印机上直流直线电机是通电导体在磁场中受力运动的原理工作的： A．这是奥斯特实验，展示的是通电导体周围存在磁场，即电流的磁效应，并非通电线圈在磁场中受力运动，故A不符合题意； B．这是探究通电螺线管磁场的实验，研究的是通电螺线管的磁场分布等相关内容，和通电线圈在磁场中受力运动原理不同，故B不符合题意； C．这是电磁感应实验，是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，是发电机的原理，和通电线圈在磁场中受力运动原理不同，故C不符合题意； D．电路中有电源，通电导体在磁场中会受到力的作用而运动，这与3D打印机上直流直线电机工作时通电导体在磁场中受力运动的原理相符，故D符合题意。 故选：D。 考点：电动机转向与速度的调节 5．（2025•瑶海区校级一模）如图所示，某综合实践小组用一段漆包线绕成线圈abcd，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半周或下半周。将线圈abcd放在用硬金属丝做成的支架m、n上，并按图示连接电路。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动。若只将电源的正负极互换，则电磁铁的上端的磁极是_____；相对原来的转动方向，线圈的转动方向会______（　　） A．N极 改变 B．N极 不变 C．S极 改变 D．S极 不变 【解答】解：根据安培定则，只将电源的正负极互换，则电磁铁的上端的磁极是S极；相对原来的转动方向，磁场方向和电流方向同时改变，线圈的转动方向会不变，故D正确，ABC错误。 故选：D。 考点：直流电动机的应用 6．（2023•安徽）图示为某电动机的原理图，EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，OO′为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，则（　　） A．螺线管F端为N极，P端为N极 B．螺线管F端为S极，P端为S极 C．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈仍顺时针转动 D．若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将逆时针转动 【解答】解：AB、由图知电流从螺线管的左端流入、右端流出，据安培定则可知，通电螺线管EF 的E端为N极、F端为S极，通电螺线管PQ的P端为N极、Q端为S极，故AB错误； CD、若只将电源的正负极对调，则电流的方向发生改变，两个螺线管的磁极的方向也发生了改变，即线圈所处磁场方向改变，则受到的磁场力的方向不改变，线圈转动方向会与原来的转动方向相同，即顺时针转动，故C正确，D错误。 故选：C。 7．（2025•扬州三模）将一段裸铜导线弯成如图甲所示形状的线框，将它置于一节5号干电池上（线框上端的弯折处A与正极接触良好），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端P、Q与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会开始转动，成为一个“简易电动机”，如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（　　） A．线框会转动是由于受到电场力的作用 B．电路中的热功率等于线框旋转的机械功率 C．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，那么从上向下看，线框做逆时针转动 D．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则线框将上下振动 【解答】解：A．线框会转动是由于磁场对电流有力的作用，是受到磁场力的作用，故A错误； B．电动机将电能主要转化为机械能，少了转化为内能，故电路中的热功率小于线框旋转的机械功率，故B错误； C．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，磁场方向向上，而电流方向流入负极的，根据左手定则，受力右侧向纸内，左侧向外，那么从上向下看，线框做逆时针转。故C正确； D．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，只有半个线圈受力转动，受力方向不变，线框不会上下振动，故D错误。 故选：C。 8．（2025•苏州模拟）如图，2024常熟市实验创新大赛上的一件作品：用漆包线和磁体制作的一台“电动机”，制作时用刀片将线圈两端不同位置的绝缘漆按图示一半或全部刮掉并作为转动轴，实验时左端支架在A或B位置选择一个，将支架与干电池相连，发现接　BC　 （AC/BC）时线圈能持续转动，这种让线圈持续转动的思路与电动机中换向器的思路是　不同　 （相同/不同）的。 【解答】解：选择BC 的原因：连接AC时，线圈一直没有电流通过，线圈不会转动。而连接BC线通电转动等到转过180度后没有电流，利用惯性转过。 这样刮漆可以跟换向器达到相同的目的——持续转动，但解决问题的思路是不同的，换向器是改变线圈中的电流方向，这里是使电路断开，利用惯性继续转动。思路不同，同一目的。 故答案为：BC；不同。 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $