制作简易直流电动机（教案）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

高教版第三版《物理（通用类）》 主题五 电与磁及其应用 第七节 学生实验：设计制作简易直流电动机 授课班级 授课类型 实验课 授课教师 教学时长 1课时（45分钟） 教材分析 本课是主题五由电磁规律学习转向工程实践的学生实验。教材要求学生依据安培定律和左手定则，利用磁铁、漆包线、回形针、橡皮、导线和干电池设计制作简易直流电动机；通过绕制线圈、处理绝缘漆、组装和调试，把通电线圈在磁场中受力的规律转化为可运行的装置，并在操作、合作和整理中发展技术运用能力与工匠精神。 学情分析 学生已学习磁场、磁感应强度、安培力和左手定则，能判断通电导线的受力方向，也有简单电路连接经验；但容易把原理理解为“通电就会转”，忽略半刮漆的间歇接通作用、转轴同心与线圈平衡，也可能在不转时反复通电而不按顺序排查。教学应将物理依据、制作标准、安全操作和调试证据贯通起来。 教学目标 1.能依据安培定律和左手定则说明简易直流电动机的设计原理，解释磁铁、线圈、电源和回形针支架的作用。 2.能按教材材料和尺寸规范绕制线圈、处理两端绝缘漆并完成组装，遵守刀具和低压用电安全要求。 3.能按顺序排查电动机不转的原因，记录调整过程，完成小组协作、过程自评、器材复位和卫生整理。 教学重难点 重点：通电线圈在磁场中受力的设计依据；一端全刮、另一端半刮的间歇接通机制；按教材数据规范制作。 难点：把受力规律转化为结构功能，控制转轴同心和线圈平衡，并按接触、机械、磁场和供电顺序诊断不转故障。 教学方法 教材装置观察、结构功能分析、原理论证、材料核对、线圈绕制、端部刮漆、制作互检、装置组装、短时试转、单因素调试、过程记录和自评整理。 课前准备 教师准备：教材、演示课件。 学生准备：教材、笔记本。 教学环节设计 教学环节 教学内容 设计意图 教学导入 【教材情境】把通电线圈放入磁场，线圈会受到安培力；如果能让线圈在适当位置接通、断开电路，就可以把电磁作用转化为持续的转动。 【问题】怎样利用漆包线、磁铁、回形针、橡皮、导线和干电池，设计并制作一个可以转动的简易直流电动机？ 学生观察教材装置图，从磁场、通电线圈、电源、支架和接触方式五个方面提出结构设想，并预测影响线圈启动和转动的关键细节。 【教师归纳】本课先依据安培定律和左手定则说明设计原理，再按教材数据完成绕制、刮漆、组装和通电调试，最后以规范操作和过程记录评价制作质量。 由通电线圈受力和自制装置任务切入，引导学生从部件功能预测关键制作细节，形成明确的实验问题。 新知讲授 一、设计依据与结构功能 【教材原理】根据安培定律和左手定则，设法让通电线圈在磁场中受到与运动方向相同的安培力作用，从而达到不停旋转的目的。 【教材方法】磁铁提供磁场，漆包线线圈通电后受到安培力；干电池提供电能，回形针既支承线圈转轴，又通过导线与电池形成导电通路。 【教材方法】线圈一端完全刮漆，另一端只刮半个圆周：裸露半周接触支架时电路接通并产生驱动力，绝缘半周接触时电路断开，线圈依靠惯性越过不利位置，随后再次接通。 【即时练习1】简易直流电动机把哪一种能量转化为线圈转动的机械能？磁铁和线圈分别起什么作用？ 答案：把电能转化为机械能；磁铁提供磁场，通电线圈在磁场中受到安培力。 解析：电池向线圈供电，线圈中的电流与磁场共同产生安培力，力矩推动线圈转动。 【即时练习2】为什么线圈的一端要全部刮漆，另一端只刮半个圆周？ 答案：一端保证导通，另一端利用半周裸露、半周绝缘实现周期性接通和断开，使线圈获得同一转向的推动并靠惯性越过断电位置。 解析：若两端都完全刮漆，线圈转过不利位置后安培力矩可能阻碍原转动；半刮漆可形成简易的间歇接通机构。 【教师归纳】装置的核心链条是“电池供电—线圈通电—磁场中受力—间歇接通—持续转动”；结构功能必须与物理原理一一对应。 二、材料核对与规范制作 【教材材料】回形针2个，橡皮2块，长1.2 m左右、芯直径1 mm的漆包线1根，小刀1把，磁铁1块，导线2根，干电池1节等。 【教材步骤】将漆包线绕制成直径约2.5 cm、15圈左右的线圈，保留两端作转轴，并使两端尽量在同一直线上。 【教材步骤】将线圈一端的绝缘漆全部刮掉，另一端只刮掉半个圆周的绝缘漆；刮漆范围应清楚，裸露铜线能与回形针稳定接触。 【教材规范】使用小刀时，刀口朝向远离手和同伴的方向，线圈放稳后轻刮；组装与调整前先断开电池，防止短路、导线发热或误伤。 【即时练习3】按教材要求，漆包线和线圈的关键尺寸分别是多少？ 答案：漆包线长约1.2 m、芯直径1 mm；线圈直径约2.5 cm、约15圈。 解析：这些数据兼顾线圈强度、质量、通电效果和转动空间。 【即时练习4】绕好线圈后，为什么要让两端转轴尽量同轴并使线圈保持平衡？ 答案：可减小摆动、摩擦和卡滞，使线圈更容易启动并稳定转动。 解析：转轴不同心或线圈偏重会使支点受力不均并增大阻力。 【教师归纳】规范制作要做到尺寸合规、转轴同心、线圈平衡、刮漆准确、接触稳定、操作安全。 三、组装调试与过程评价 【教材操作】小组共同设计方案并制作：用橡皮固定两个回形针支架，把线圈转轴放入支架，在线圈下方放置磁铁，再用导线将支架与干电池连接。 【教材操作】通电前检查支架高度、转轴同心、线圈平衡、刮漆方向、接触状态、磁铁位置和导线连接；确认线圈转动范围内无阻挡后再短时通电试转。 【教材方法】若电动机无法转动，先断开电源，再按“刮漆与接触—转轴与支架—线圈平衡—磁铁位置—电源与连接”的顺序排查，分析原因后重新调整或制作。 【教材规范】实验完成后，整理实验仪器和材料，恢复初始位置，摆放整齐并整理卫生；小组依据能否转动、结构牢固、操作规范、协作记录进行过程自评。 【即时练习5】线圈通电后不转，正确的第一步是什么？接下来优先检查哪两项？ 答案：先断电；先查刮漆与接触，再查转轴同心和支架卡滞。 解析：先断电防止短路发热；接触不良和机械阻力是常见原因。 【即时练习6】实验结束后，怎样完成规范收尾和本组过程自评？ 答案：断电，器材恢复原位、摆放整齐并清理卫生；按转动、结构、操作和协作记录自评。 解析：评价还要检查安全、制作、排查、协作和劳动整理。 【教师归纳】调试坚持“先断电、后检查、再试转”，每次只改变一个关键因素并记录现象；完成制作后还要落实器材复位和过程评价。 按原理与结构—材料与制作—组装与调试递进，把教材数据转化为操作标准，并用即时练习及时校正。 课堂背诵 1. 提问：本实验的制作任务是什么？ 答案：设计并制作一个可以转动的简易直流电动机。 2. 提问：简易直流电动机持续转动的物理依据是什么？ 答案：通电线圈在磁场中受到安培力；用左手定则判断受力方向，并通过间歇接通使线圈继续沿原方向转动。 3. 填空：教材建议线圈直径约______，绕制约______圈；漆包线长约______、芯直径______。 答案：2.5 cm；15；1.2 m；1 mm。 4. 提问：线圈两端的绝缘漆分别怎样处理？ 答案：一端全部刮掉，另一端只刮掉半个圆周。 5. 提问：电动机不转时和实验结束后分别怎样处理？ 答案：不转先断电查接触、机械、磁场、供电；结束后断电归位。 围绕实验任务、受力依据、关键尺寸、刮漆方式和调试收尾组织背诵，巩固规范表达。 师生互动 【任务一：结构功能核对】小组对照教材装置图，说明磁铁、线圈、回形针支架、导线和干电池的作用，并用箭头描述能量转化链。 答案：磁铁提供磁场，线圈通电受力并转动，回形针支承转轴并导电，导线连接电路，干电池供电；电池的电能经电磁作用转化为线圈的机械能。 【教师归纳】结构不是简单拼装，每个部件都要对应供电、导电、受力、支承或减阻功能。 【任务二：制作互检】绕制和刮漆完成后，两人一组按“直径—圈数—同轴—平衡—全刮端—半刮端—刀具安全”逐项检查。 答案：线圈直径约2.5 cm、约15圈；两端同轴、线圈平衡；一端全刮、另一端半刮，刮面能稳定接触；小刀已安全收放。 【教师归纳】互检把教材数据和操作规范转化为可观察的制作标准，可在通电前发现多数结构问题。 【任务三：调试记录】线圈未启动时，小组每次只调整一个因素，记录“现象—判断—调整—结果”，并完成过程自评。 答案：先断电，依次检查刮漆接触、转轴支架、线圈平衡、磁铁位置和供电连接；每次调整后短时试转，记录结果并按转动、结构、操作和协作评价。 【教师归纳】单因素调整能保留证据、定位原因；过程记录和规范收尾与装置能否转动同样重要。 通过结构核对、制作互检和调试记录，让小组把分工合作落实为可观察、可复核的操作证据。 课堂练习 1. 线圈一端全刮漆、另一端只刮半个圆周，主要是为了（　　）。 A．增大线圈质量 B．使电路周期性接通和断开 C．减小磁铁磁性 D．让两端都始终绝缘 答案：B。 解析：半刮漆端交替导通和绝缘，使线圈受力后靠惯性越过断电位置。 2. 下列部件与作用对应正确的是（　　）。 A．磁铁—提供电能 B．干电池—固定转轴 C．回形针—支承转轴并导电 D．橡皮—产生安培力 答案：C。 解析：回形针支承并导电；磁铁提供磁场，干电池供电，通电线圈受到安培力。 3. 绕好的线圈两端没有处在同一直线上，通电后会出现什么问题？应怎样调整？ 答案：线圈可能摆动、摩擦或卡住，难以启动；应先断电，调整两端转轴同轴并使线圈平衡。 解析：转轴不同心会增大支点摩擦和周期性阻力，机械问题不能靠延长通电时间解决。 4. 线圈通电后不转。请写出安全、合理的排查顺序。 答案：先断开电源，再检查刮漆与接触、转轴与支架、线圈平衡、磁铁位置、电源与导线连接；调整后短时试转。 解析：按接触、机械、磁场、供电顺序单因素排查，便于定位故障。 5. 用小刀刮除绝缘漆时，应遵守哪些安全要求？ 答案：线圈放稳，刀口远离手和同伴，轻刮并控制范围；用完及时收刀，组装和调整前断开电池。 解析：规范持刀可防止划伤，断电操作可避免短路、导线发热和误触。 6. 某组电动机已经能够转动，实验是否可以立即结束？说明还需完成的工作。 答案：不能；应断开电池，记录制作和调试过程，按转动、结构、操作和协作完成自评，再整理器材、恢复原位并清理卫生。 解析：实验目标包含设计、制作、操作、合作和劳动整理，装置转动只是其中一项结果。 从结构作用、制作误差、安全操作、故障诊断和实验收尾检查学生能否将原理迁移到实践。 课堂小结 【教师提问】简易直流电动机为什么能够转动？ 【教师归纳】电池使线圈通电，通电线圈在磁场中受到安培力，电能转化为机械能。 【教师提问】半刮漆结构怎样帮助线圈持续沿同一方向转动？ 【教师归纳】裸露半周接通产生驱动，绝缘半周断开并靠惯性越过不利位置，随后再次接通。 【教师提问】规范制作要抓住哪些关键数据和细节？ 【教师归纳】核对材料，线圈直径约2.5 cm、约15圈，两端同轴且平衡，一端全刮、另一端半刮，并遵守刀具和用电安全。 【教师提问】不能转动时怎样调试，完成后怎样评价和收尾？ 【教师归纳】先断电，按接触、转轴、平衡、磁铁、供电顺序单因素排查；完成过程自评、记录、器材复位和卫生整理。 以原理、间歇接通、制作规范、调试评价四组问题回扣实验主线，形成完整操作框架。 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 教学反思 ①目标达成：学生能说明结构与原理对应关系，按教材数据完成绕制、刮漆、组装和试转。 ②典型问题：半刮漆范围不准、转轴不同心、支架接触不稳，出现通电不转或摆动卡滞。 ③原因分析：学生容易只关注电路接通，忽略间歇接通、线圈平衡和机械阻力之间的关系。 ④改进措施：用通电前互检表和单因素调试记录强化制作证据，并针对共性故障补充结构示范。 学科网（北京）股份有限公司 $