20.5 跨学科实践：制作简易直流电动机（培优教学课件）物理新教材人教版九年级全一册

人教版 九年级全一册 20.5跨学科实践： 制作简易直流电动机 第二十章 电与磁 学习目标 物理观念 制作简易直流电动机，加深对直流电动机相关知识的认识。 科学思维 设计简易直流电动机制作方案，基于电与磁的知识对方案的合理性进行分析。 科学探究 在制作简易直流电动机活动中，能综合运用所学知识解决遇到的问题。 科学态度 与责任 在实施过程、讨论交流、作品展示中，提升工程实践与合作学习的能力，增强对物理学与日常生活、工程实践间联系的认识，树立学以致用的思想。 重点难点 重点 制作简易直流电动机。 难点 制作简易直流电动机。 学习内容 1. 项目提出 2. 项目分析 3. 项目实施 4. 展示交流 5. 课堂小结 6. 提升训练 一、项目提出 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 一、项目提出 生活中有许多地方会用到直流电动机。例如很多玩具电动车就是用直流电动机来驱动的。 一、项目提出 回忆前面学习过的直流电动机的工作原理：通电导线在磁场中要受到力的作用。 直流电动机中加装了换向器，使线圈利用惯性转过平衡位置后，改变了电流的方向和受力方向，使线圈继续转动。 一、项目提出 利用前面学习过的直流电动机的工作原理，你可以制作一台简易的直流电动机。 二、项目分析 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 二、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. 用什么样的导线绕制线圈？绕制的匝数多少为宜？ 2. 哪部分作为转子？哪部分作为定子？ 3. 如何保证通电线圈能在磁场中持续转动？ 二、项目分析 1. 用什么样的导线绕制线圈？绕制的匝数多少为宜？ 可以选择直径约0.5mm的漆包线作为导线，原因是漆包线表面有绝缘漆，可避免线圈匝间短路。 线圈匝数以5~10匝为宜，匝数过少磁场产生的作用力较小，匝数过多线圈会过重且电阻会增大。 也可让学生分组尝试绕制不同匝数（如5匝、10匝、20匝），通过对比简易电动机的转速找到最适合的匝数。 二、项目分析 2. 哪部分作为转子？哪部分作为定子？ ●从方便制作的角度，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。 ●转子就是通电线圈。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。 二、项目分析 3. 如何保证通电线圈在磁场中持续转动? 甲 线圈受到的力使它顺时针转动 乙 线圈由于惯性会越过平衡位置 丙 线圈受到的力使它逆时针转动 如图所示，通电线圈在磁场中是不能连续转动的。 二、项目分析 线圈不能连续转动，是因为线圈越过了平衡位置以后，受到的力阻碍它的转动。如果在线圈越过了平衡位置后，设法改变线圈中电流的方向，线圈将会继续转动下去。 如何改变线圈中电流的方向呢？我们可以加装换向器。 如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。 二、项目分析 使线圈连续转动的方法： 把导线一端的绝缘漆全部刮去，另一端的绝缘漆刮去半周，这样让线圈半周内通电，半周内断电，从而保证线圈持续转动。 二、项目分析 制作简易直流电动机的参考示意图。 三、项目实施 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 三、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 将漆包线绕成圆环状，紧密缠绕 5~10匝，两端各留2cm引线 漆包线、胶带 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 曲别针，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 安装电源 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 电池，开关 项目设计要解决的问题及操作方法示例 三、项目实施 根据每个人的个性化设计可以制作出不同的直流电动机。下面是一个比较简单的电动机设计和制作方法，可以参考。 （1）实验器材：漆包线（刷有绝缘漆的铜导线）、强磁体、电池、羊眼钉、木块、小刀等。 三、项目实施 ①把一段粗漆包线绕成约 3cm×2cm的矩形（或椭圆形）线圈 ，作为转子。从线圈的两端各拉出约2cm的漆包线作为转轴。用小刀刮去线圈两端引线的漆皮，把一端全部刮掉，另一端只刮半周。 （2）制作步骤 三、项目实施 ②用连有开关的导线将电池的正负极和羊眼钉支架连接。 ③将羊眼钉插入硬纸板底座，并将线圈两端的引线搭接在U形支架上。 ④将强磁体放在线圈下面的硬纸板上。 ⑤闭合开关，轻轻推动线圈，观察线圈能否连续转动。 三、项目实施 参考视频1——《自制电动机模型》 三、项目实施 参考视频2——《自制电动机模型》 四、展示交流 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 四、展示交流 1. 请大家展示自己制作的简易直流电动机，并说明是怎样实现让线圈连续转动的，看看谁的电动机设计得更巧妙。 2. 你的电动机线圈匝数是多少？转子在转动时，转轴受到的摩擦情况如何？ 3. 观察哪个电动机转动得更快。它们可以带动其他装置旋转吗？ 四、展示交流 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 简易直流电动机制作项目评价表示例 五、课堂总结 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 五、课堂总结 制作简易直流电动机. ①绕制线圈：线圈的材料、圈数. ②转子与定子：线圈是转子；强磁体是定子. ③通电线圈要求：一端全部刮漆，一端刮半周漆. 选择实验器材；制作步骤. ①制作过程；制作过程中的问题和解决方法. ②对作品进行评价. ③故障及其排除. 项目提出 项目分析 制作简易直流电动机 展示交流 项目实施 六、提升训练 第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机 六、提升训练 1. 如图所示为小明同学制作的简易直流电动机模型．支架与电池两极相连，以漆包线矩形线圈引线为轴，一端漆皮全部刮去，另一端刮去上半周，将线圈放在带有磁体支架上，轻推线圈，线圈就会连续转动。关于此电机模型，下列说法正确的是（　　） A．线圈在连续转动的过程中，存在断路现象 B．支架是用绝缘体做成的 C．线圈越过平衡位置时，会自动改变线圈中 的电流方向，使线圈连续转动 D．该模型是利用电磁感应的原理工作的 A 六、提升训练 【解析】AC．将线圈两端引线的漆皮，一端全部刮掉，另一端只刮半周，线圈在转动的过程中，电流的方向不变，只有半周有电流，线圈由于具有惯性能持续地转动下去，故A正确，C错误； B．实验中需要用支架连接线圈和电源，则支架是用导体制成的，故B错误； D．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力而转动，故D错误。 故选A。 六、提升训练 2. 要想使一台直流电动机转速增大一些，下列方法中不能达到目的的是（　　 ） A．增大线圈中的电流 B．在线圈中插入铁芯 C．将磁体的磁极对调 D．增强原来的磁场 C 【解析】直流电动机的转速与线圈中的电流大小有关，增大线圈中的电流可以提高其转速；还与磁场强弱有关，增强磁场也可以提高其转速；在线圈中插入铁芯也可使磁场增强，提高其转速；但对调磁极，只能改变电动机的转动方向，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 六、提升训练 3. 一台直流电动机模型通电后不转动，但用手轻轻拨动一下线圈就转动起来了，出现这种现象的原因可能是（　　） A．换向器与电刷未接触 B．启动时线圈恰好在平衡位置 C．磁体的磁性不够强 D．电源正负极接反了 B 【解析】A．若此时换向器没有和电刷接触好，即该电路是断路，电路中没有电流，即电动机不可能工作，故即使拨动线圈也不会转动，故A不符合题意； B．启动时，线圈刚好处于平衡位置，线圈中无电流，线圈不受力的作用，但只要轻轻拨动一下，线圈越过平衡位置，就会转动，故B符合题意； C．磁体的磁性不够强，产生的磁力较小，即使拨动线圈，线圈也不会转动，故C不符合题意； D．若电源正负极接反了，电动机会反转，故通电后不会不转动，故D不符合题意。故选B。 （3）小明还想设计一个能调节电动机转速的实验装置，他还需要的主要器材是_______，请画出实验电路图。（电动机用符号M表示） 六、提升训练 4. 为了探究电动机为什么会转动，小明根据电动机主要构造制作了一台简易电动机（如图）。他用回形针做成两个支架，分别与电池的两极相连，用漆包线绕一个矩形线圈，以线圈引线为轴，并用小刀刮去轴的一端全部漆皮，另一端只刮去半周漆皮，将线圈放在支架上，磁体放在线圈下方，闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈就会不停地转动起来。 （1）要想改变线圈的转动方向，可采用的措施：_______或_______； （2）闭合开关，用手推一下线圈后，如果电动机不转，可能的原因_______； 接线柱接触不良、磁场不够强、线圈匝数太少，电池电压不够 改变电流方向 改变磁场方向 滑动变阻器 六、提升训练 【解析】（1）要想改变运动方向，应改变线圈在磁场中的受力方向，由左手定则可知应改变电流方向或磁场方向。 （2）线圈不转说明线圈可能不受磁场力，即电路中没有电流，此种原因可能是部分电路断开，一般来说可能是接线柱接触不良造成的；同时因线圈和转轴之间有阻力存在，故还有可能就是，线圈受力，但是磁场力较小，无法带动线圈，导致这种现象的原因有：磁铁的磁性不强、线圈的匝数太少，电池电压不够导致电流较小。 （3）要想控制线圈的转速，可以控制电流的大小，故可以接入滑动变阻器，将滑动变阻器与电机串联即可起到控制电流的作用，据此作图。 六、提升训练 绝缘体 （2）线圈abcd与电磁铁的连接方式是_____联；电磁铁上端的磁极是________极； （3）线圈转动一周时，只有半周获得了动力，要靠________转过另半周； （4）若把电池正负极对调，闭合开关，线圈的转动方向将 ________ （改变/不变）。 并 5. 如图，创新小组自制小小电动机：用硬金属丝制作两支架m、n，固定在木板上；把一段粗漆包线绕成矩形线圈abcd，漆包线的两端伸出作为引线，用小刀刮两端引线的漆皮，左端全部刮掉，右端只刮上半周或下半周，将引线放在支架上；用另一段漆包线绕在铁芯上制作电磁铁，置于线圈之下。把线圈和电磁铁按图示接入电路，闭合开关，用手轻推一下，线圈就会不停地转下去。 （1）引线上的漆皮要刮掉，原因是漆皮属于________； 不变 S 惯性 六、提升训练 【解析】（1）漆皮由塑料制成，属于绝缘体。 （2）由题意及图可得，线圈与电磁铁属于并联， 由图可得，电流从左端导线进入电磁铁，从右端导 线离开，根据右手螺旋定则可知，电磁铁下端为N 极，上端为S极。 （3）由题意可得，线圈转动一周时，只有半周获得了动力，后半周主要依靠惯性转动。 （4）电池正负极对调后，线圈中的电流方向和电磁铁产生的磁场方向同时改变，根据通电导体在磁场中的受力规律，线圈受力方向不变，所以转动方向不变。 六、提升训练 （3）这个简易电动机工作时，将电能转化为_____能。 （4）丙图中，若要改变铁钉的转动方向，可以改变_____方向。 6．用一个铁钉、一节电池、一根电线和一个纽扣强磁铁，可组装成一个演示用的简易电动机，组装过程如图的甲、乙、丙所示。 （1）乙图中，把铁钉和磁铁连起来后就能竖直地吸在电池的正极上，若磁铁的N极朝上，则磁化后的铁钉的尖端为___（填“N”或“S”极）。 （2）丙图中，用电线把电池的负极和磁铁连接起来，就有电流通过磁铁和铁钉_____ （填“向上”或“向下”）。 N 向下 机械 电流 六、提升训练 【解析】（1）乙图中，把铁钉和磁铁连起来后就能竖直地吸在电池的正极上，若磁铁的N极朝上，S极朝下，则磁化后的铁钉根据异名磁极相互吸引可得铁钉的尖端为N极。 （2）丙图中，电源外部电流从正极流向负极，因此电流从电池正极经铁钉、磁铁流向外接导线，所以通过铁钉和磁铁的电流方向为向下。 （3）简易电动机工作时，将电能转化为机械能。 （4）通电导体在磁场中转动的方向取决于其在磁场中的受力方向，其受力方向改变则其转动方向就改变；而其受力方向与导体中电流的方向和磁场的方向有关，因此要改变铁钉转动方向可以改变电流方向。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $