20.4 电动机 教学设计-2025-2026学年人教版九年级物理全一册

该初中物理教学设计聚焦电动机工作原理，涵盖通电导体在磁场中受力、受力方向影响因素及换向器作用等核心知识点。通过拆解USB小风扇和玩具车马达导入，从生活实例出发，连接电与磁的已有知识，搭建从现象到原理的探究支架。 此设计亮点突出，以生活化情境激发兴趣，通过铝箔条实验、控制变量法探究受力方向（科学探究），利用实物拆解和动画演示突破换向器难点（模型建构，科学思维），联系电动车等应用培养科学态度与责任。助力学生提升探究能力和物理观念，为教师提供清晰教学流程与资源支持，有效提升课堂效率。

第四节《电动机》 1. 物理观念：通过实验观察与分析，建构“磁场对通电导体有力的作用”这一核心观念，并能用此解释电动机转动的基本原理，理解电动机工作时的能量转化。 2. 科学思维：经历“观察现象-发现矛盾-设计实验-解决问题”的探究过程，提升基于证据的推理能力和模型建构能力（如用“力是改变运动状态的原因”分析线圈的持续转动）。 3. 科学探究：能利用简易器材探究影响通电导体在磁场中受力方向的因素，并能通过动手制作、观察模型等活动，理解换向器的作用。 4. 科学态度与责任：感悟物理学原理（电与磁）转化为实用技术（电动机）的伟大创造力，认识电动机在现代化生活中的广泛应用及其在推动社会绿色可持续发展（如电动车）中的价值。 重点：通电导体在磁场中受力；电动机的基本工作原理。 难点：理解换向器的作用；从“受力转动”到“持续旋转”的逻辑建构。 教师演示：拆解后的玩具四驱车马达（可见线圈与换向器）、自制电动机原理演示模型（可见换向器与电刷）、多媒体课件、动画（展示换向器工作过程）。 学生分组（4人一组）：蹄形磁铁1个、带鳄鱼夹的导线2根、干电池1节、开关1个、铝箔条（或轻质漆包线框）1个、木质支架1套、矩形线圈模型（带转轴）1个。 第一环节：马达寻踪 · 情境导入 (设计时长：5分钟) 情境设计与操作： 1. 教师展示一个常见的USB小风扇，插电后扇叶转动。提问：“是什么让扇叶转动起来的？”（学生：里面的小电机。） 2. 教师随即拆开风扇后壳，展示其微型直流电动机。再出示一个从玩具车拆出的更大些的马达。提问：“这些‘马达’看似普通，却是现代世界的‘心脏’。它们是怎么转起来的？与我们已经学过的‘电’和‘磁’有什么关系？” 设计意图：从学生最熟悉的电动小物件入手，拆开看本质，快速聚焦到“电动机”这一核心器件上，引发探究其内部奥秘的兴趣。从生活走向物理，自然引出课题。 教师引导：“这个小小的装置，能将电能转化为持续的转动，它的魔力究竟藏在哪里？让我们从最基本的原理开始探索。” 第二环节：导线跃动 · 初探磁力 (设计时长：8分钟) 学生活动与探究： 1. 实验观察：学生将一段铝箔条（作为轻质导体）悬挂在支架上，并将其两端通过导线、开关与电池连接。将蹄形磁铁靠近铝箔条，观察其静止。 2. 关键操作：保持磁铁位置，闭合开关（通电），观察铝箔条是否运动。断开开关，再观察。 3. 对比思考：引导学生对比“有电有磁”、“有电无磁”、“无电有磁”等不同条件下的现象。 4. 形成观念：师生共同总结出核心结论：通电导体在磁场中会受到力的作用。这是电动机能够转动的“力量之源”。 设计意图：通过最简单、最直观的实验，让学生亲手“创造”出磁场对电流的作用力，深刻体会到“通电”是产生这个力的必要条件，从而初步建构核心物理观念。 过渡设计：“我们让一段导线‘跃动’了起来。但真正的电动机是让线圈‘旋转’起来的。从‘跃动’到‘旋转’，从‘一下’到‘一直’，这中间还藏着什么玄机呢？” 第三环节：转向揭秘 · 探寻规律 (设计时长：12分钟) 学生活动与探究： 1. 问题提出：“我们如何控制这个力的方向，从而控制线圈转动的方向？” 2. 猜想与设计：引导学生猜想力的方向可能与电流方向、磁场方向有关。讨论如何用实验验证（控制变量法）。 3. 分组探究：学生利用原有器材，尝试：（1）只改变电池正负极接法（改变电流方向），观察铝箔条摆动方向变化。（2）只调换磁铁两极位置（改变磁场方向），再观察。 4. 总结规律：交流实验结果，得出结论：通电导体在磁场中受力的方向与电流方向、磁场方向有关。教师可简介左手定则（不要求熟练掌握），作为判断方向的模型。 设计意图：从力的“有无”深入到力的“方向”，是思维的进阶。通过自主探究，让学生自己发现影响受力方向的因素，体验科学探究的过程，训练控制变量的思维方法。 过渡设计：“我们找到了控制转向的钥匙。现在，把直导线弯成线圈，放入磁场并通电，猜猜会怎样？它能否如我们所愿，持续旋转下去？” 第四环节：巧破僵局 · 解构持续 (设计时长：10分钟) 讲解与模型建构： 1. 矛盾呈现：教师演示或学生用矩形线圈模型尝试。现象：线圈转动不到半圈就摆回来或卡住。引导学生分析：线圈转过平衡位置后，两侧导线受力方向导致其受到相反方向的力矩，阻碍其持续转动。 2. 核心问题：“如何让线圈在刚转过平衡位置时，及时改变其中电流的方向，从而使它继续朝原方向转动？” 3. 揭秘“换向器”： 展示拆解的电动机，指出“换向器”（两个半圆铜环）和“电刷”。 播放慢放动画，动态展示线圈转动过程中，电刷与换向器的接触变化如何自动改变线圈中的电流方向。 4. 原理整合：师生共同梳理电动机持续转动的条件：通电线圈在磁场中受力转动 → 换向器在恰当位置自动改变线圈电流方向 → 线圈受力方向始终利于它朝同一方向转动 → 实现连续旋转。 设计意图：这是突破教学难点的关键环节。通过制造“能转不能持续转”的认知冲突，让学生深刻体会到“换向器”存在的必要性。利用实物拆解和动画演示，将抽象的、瞬间的换向过程具体化、可视化，帮助学生完成原理建构。 过渡设计：“从灵光一现的原理，到巧夺天工的设计，电动机终于能为我们‘鞠躬尽瘁，转而不息’了。它如何驱动我们生活的世界？” 第五环节：动力之源 · 叩问生活 (设计时长：5分钟) 应用与升华： 1. 能量之辨：引导学生分析电动机工作时的能量转化过程：输入电能 → 输出机械能。 2. 应用之广：开展头脑风暴，列举生活中使用电动机的实例（电扇、洗衣机、电动车、无人机、地铁……），感受电动机应用的普遍性。 3. 价值展望：简要介绍高效电动机在新能源汽车、智能制造等领域的重要性，讨论其对节能减排、可持续发展的意义。 设计意图：将课堂所学与广阔的现实世界和科技前沿连接，让学生体会物理原理的巨大应用价值，完成从知识理解到态度责任养成的升华。 第四节 电动机 核心：通电导体在磁场中受力 一、力量之始 现象：通电导体在磁场中 → 受力 （实验：铝箔条跃动） 二、方向之钥 规律：受力方向与①电流方向、②磁场方向有关 （探究：控制变量寻规律） 三、持续之妙（关键） 矛盾：线圈为何不能持续转？ 解决：换向器（自动改变线圈电流方向） 结果：获得持续、同向的扭转力 四、动力之芯 原理：电能 → 机械能 应用：无处不在的动力心脏 1. 情境与逻辑相得益彰：“马达寻踪”从生活实物切入，迅速建立学习意义。“导线跃动”实验简单有效，让学生第一时间触及核心原理，为后续环节奠定了坚实的感性基础和探究兴趣。 2. 探究与思维层层递进：从“有无力”（观念建立）到“力向哪”（规律探究），再到“何以持续”（矛盾解决），教学环节环环相扣，思维要求逐步提升。“换向器”的引入基于明显的认知冲突，符合学生的思维发展路径。 3. 难点突破化抽象为具体：对“换向器”这一难点，采用“矛盾激疑-实物观察-动画慢放”的组合策略，将不可见的电流换向过程清晰呈现，有效降低了学生的理解难度，是模型建构与空间想象能力培养的体现。 4. 素养融合于活动之中：学生动手实验、观察分析、讨论总结，科学探究与科学思维素养得到落实；从原理到广泛应用（特别是绿色能源）的讨论，则将科学态度与社会责任的培养自然融入，实现了素养的综合发展。 教学设计总结： 本设计以“拆风扇”启疑，引领学生从“导线跃动”中发现基本原理，于“转向揭秘”中探究规律，在“巧破僵局”处聚焦换向器的精妙，最终在“动力之源”中感悟技术价值。全程以学生活动和思维进阶为主线，用简易实验和直观模型化解抽象难点，着力培养科学探究能力与模型建构思维。 学科网（北京）股份有限公司 $