17.2探究电动机转动的原理
教学目标
知识目标
1.了解磁场对通电导线的作用。
2.初步认识科学与技术之间的关系。
教学重点:磁场对电流的作用。
教学难点
1.分析概括通电导体在磁场中的受力方向跟哪两个因素有关。
2.理解通电线圈在磁场里为什么会转动。
器材准备
电源、蹄形磁体、开关、导线、铜棒(导体)、滑动变阻器、线圈、导轨。
教学过程
一、引入新课
1.磁场的基本性质是什么?磁场对放入其中的磁体产生力的作用。
2.电流的磁效应是什么?通电导体周围存在着磁场,磁场的方向跟电流的方向有关,这种情况叫作电流的磁效应。
播放课件:播放有关电动机动画。
分别点击开关(2个方向)和拖动滑动变阻器,观察电动机和车轮的旋转方向,由学生描述并猜测出现这种现象的原因。
电动机为什么会转呢?引导学生回忆奥斯特实验,知道通电导体周围存在磁场,能使小磁针偏转,即电流对磁体有力的作用,启发学生逆向思维。磁场对电流有没有力的作用呢?
我们知道生产和生活中的许多电器都需要电动机来带动,下面我们就来研究电动机的工作原理。
二、新课教学
探究点一:磁场对通电导线的作用
1.如上图,把导线ab放在磁场里,接通电源,让电流通过导线ab,观察它的运动,说出观察到的现象,讨论得出结论。
现象:接通电源,导线ab向外(或向里)运动。
结论:通电导体在磁场中受到力的作用。
2.把电源的正负极对调后接入电路,使通过导线ab的电流方向与原来相反,观察导线ab的运动方向。
现象:合上开关,导线ab向里(或向外)运动,与刚才运动方向相反。
结论:这说明通电导体在磁场中受到的力的方向与电流通过导体的方向有关。
3.保持导线ab中的电流方向不变,但把蹄形磁体上下磁极调换一下,使磁场方向与原来相反,观察导线ab的运动方向。
现象:磁极调换后观察到导线ab的运动方向改变。
结论:这表明通电导体在磁场中运动方向与磁感线方向有关。
实验表明:通电导线在磁场中要受到力的作用,力的方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关系,当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时,通电导线受力的方向也变得相反。
引导:当电流方向或者磁感线方向变的相反时,通电导体受力方向也变的相反。那么,把一个通电的线框放到磁场中,它会怎样运动?想一想,做做看。
探究:让线圈转动起来。
如图把线圈放在支架上,磁铁放在线圈下方。通电后并用手轻轻推一下,观察现象。这个时候,线圈就会不停地转下去,其实这就是一台小小的电动机。我们做出一台小小电动机,那么电动机的基本构造是什么样的?我们一起来了解。
探究点二:电动机的工作原理
接通电源,线圈在磁场里发生转动,但转动不能持续下去,转90角摆几下就停了。怎么解释这一现象呢?看演示。
演示:使线圈位于磁体两磁极间的磁场中。
1.使线圈静止在图乙位置上,闭合开关,观察。
现象:发现线圈没有运动。
原因:这是由于线圈ab、cd两个边受力大小一样,方向相反的原因,这个位置是线圈的平衡位置。
2.使线圈静止在图甲位置上,闭合开关观察。
现象:线圈受力沿顺时针方向转动。
结论:可是线圈能靠惯性越过平衡位置,但不能继续转下去,最后要返回平衡位置。为什么会返回呢?
3.看图丙,使线圈静止在这个位置上,这是刚才线圈冲过平衡位置以后所到达的地方,闭合开关,观察。
现象:线圈向逆时针方向转动。
结论:这说明线圈在这个位置所受力是阻碍它沿顺时针方向转动的,这也就使线圈返回平衡位置。
那我们在探究实验中,线圈为什么能连续转动呢?
探究点三:换向器的作用
换向器的构造,两个铜半环E和F跟线圈两端相连,它们彼此绝缘,并随线圈一起转动。A和B是电刷,它们跟半环接触,使电源和线圈组成闭合电路。线圈转动时,它通过换向器使电流方向发生改变,使线圈的受力方向总是相同,线圈就可以不停地转动下去了。
换向器的作用:当线圈刚刚转过平衡位置时,换向器能自动改变线圈中电流的方向,从而改变线圈受力方向,使线圈连续转动。
如甲图所示:电刷B和半环E接触,电刷A和半环F接触,此时线圈中电流方向是abcd,受力方向是ab边受力向上,cd边受力向下,线圈的转动方向是顺时针。
如图乙所示:当线圈转到平衡位置时,此时电刷正好接触了两个金属半环中间的绝缘部分,所以线圈中没有电流流过,此时线圈在磁场中也不受力的作用。
如丙图所示:当线圈由于惯性刚刚转过平衡位置时,电刷B和半环F接触,电刷A和半环E接触,此时线圈中电流方向是dcba,受力方向是ab边受力向下,cd边受力向上,转动方向是顺时针。
如图丁所示:当线圈转到平衡位置时,此时电刷正好接触了两个金属半环中间的绝缘部分,所以线圈中没有电流流过,此时线圈在磁场中也不受力的作用。由于线圈的惯性,当其刚转过平衡位置时,就又返回到了如图甲所示的情况了,这样这个直流电动机就能连续不断的转动下去了。
在小小电动机中我们只利用了一半的电力,也就是线圈每转一周,只有半周获得动力。如果设法改变后半周电流的方向,使线圈在后半周也获得动力,线圈将会更平稳、更有力地转动下去。实际的直流电动机是通过换向器来实现这项功能。
播放动画:电动机原理
介绍:扬声器的结构示意图及发声原理。
指导阅读课本课本p29不同功能的电动机
继续播放课件:电动机生活中的电动机。
拓展:实际的直流电动机都有多个线圈,每个线圈都接在一对换向片上。除直流电动机外,生活中还经常用到交流电动机,交流电动机也是利用通电导体在磁场中受力来运转的。
电动机工作实质是电能转化为机械能。电动机优点:构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小、无污染。
板书设计
17.2探究电动机转动的原理
一、磁场对通电导线的作用
1.通电导体在磁场中受到力的作用。
2.通电导体在磁场中受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关。
二、换向器的作用
三、电动机的工作原理
教学反思
本节内容是由两部分组成,一是磁场对通电导线的作用的实验,二是电动机的工作原理。在设计实验上,我首先通过实验将来与学生互动,让学生在实验中观察到实验现象,进而得出磁场对通电导体有力的作用以及通电导体在磁场中受到的力的方向与电流通过导体的方向和磁感线的方向有关。在处理电动机的工作原理时,由于这一部分知识比较抽象,我把多匝线圈分解为通电的一匝长方形线圈导线,这对学生来说就化抽象为形象、化复杂为简单,就很容易接受了。但线圈在磁场中不能够持续转动?怎么办。此时让学生出谋划策,这样就使得学生在不知不觉中接受了换向器这一知识点。
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教材分析
电动机是我们生活中常见的一种电气化设备,电动机将电能转化为机械能,从而带动各种生产机械和生活用电器的运转。电动机的应用很广,种类也很多,但它们工作的原理都是一样的。如何从日常生活中常见的现象入手,激发学生探究的欲望是新课标的新体现。在旧教材中,这节书的内容分为三部分:磁场对电流的作用,直流电动机,实验:装配直流电动机模型。这就是传统的教学模式,先讲理论再进行实践。而新教材把这三节合并为“电动机”,从与生产、生活密切相关的现象入手,激发学生的兴趣,再探讨电动机的原理,“从生活走向物理”,这样使学生更易于接受。旧教材要求学生用左手定则判断通电导线在磁体中的受力方向,而新标准则要求“通过观察,了解通电导线在磁场中会受到力的作用,力的方向与电流及磁场的方向都有关系”,与旧教材相比,要求已经降低,减轻了学生的学习负担;再者,新教材中由学生探究模拟电动机的实验对于学生了解电动机的基本构造有很大的帮助,使学生更好地理解电动机的原理和换向器的作用;最后由学生讨论生活中有哪些地方用到电动机,真正体现“从物理走向生活”的新理念。
这节课的内容比较多,我把它分为2课时来讲,第一节课主要讨论磁场对电流的作用及让学生探究实验“小小电动机”,最后留下一个问题让学生课外思考,为下一节课做好铺垫。第二节课主要介绍电动机的结构和换向器的作用。换向器的作用是以探究和比较的方法来介绍的,让学生自己由“小小电动机的实验”解决相关的问题,最后得出换向器的作用。
教学目标
知识与技能
①了解磁场对通电导线的作用;
②初步认识科学与技术、社会之间的关系。
过程与方法
经历制作模拟电动机的过程,通过实验方法探究直流电动机的结构和工作原理。
情感、态度与价值观
通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知识的兴趣。
重点与难点
重点
①通电导线在磁场中受到力的作用,力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关;
②直流电动机的能量转化。
难点
电动机能够持续转动的原因。
教学准备
教师:U形磁铁、电源、导线、开关、线圈和电动机演示模型。
学生:U形磁铁、小小电动机线圈、5号电池(2节)、金属支架、硬纸板和电动机模型。
板书设计
第四节电动机
一、磁场对通电导线的作用
结论:
①通电导线在磁场中受到力的作用。
②通电导体所受力的方向跟电流方向、磁场方向有关。
二、电动机的基本结构
①
②换向器的作用:改变线圈的电流方向,使线圈得以持续转动。
三、生活中的电动机
①电动机的作用:把电能转化为机械能。
②
教师活动
学生活动
说明
课前活动
多媒体展示机床、电力机车、汽车、电梯、电扇、冰箱等各种电动玩具,同时播放他们运转时的声音。
欣赏图片,感受电气化带来的方便。
初步领略电气化对现代文明社会的促进作用。
导入新课
课件展示播放图片中的几种机械的结构示意图,暗示电动机的位置,并提出问题:电动机转动的原理是什么?
思考是什么带动机械转动的?
让学生知道这些靠电转动的机器都少不了一个重要的设备──电动机,激发学生探究电动机转动的奥秘。
讲授新课
提示回忆奥斯特电生磁的实验,用课件展示奥斯特实验的过程、结果及实验装置图。引导学生进行逆向思维:磁体对电流有没有作用?(即磁体产生的磁场对电流有没有力的作用?)怎么样去验证你的想法。
回忆奥斯特实验,进行逆向思维,猜想问题的结论。小组讨论解决问题的办法并讨论实验的方案和实验中可能出现的情况。
引导学生思考,培养学生的逆向思维能力。
由学生自己提出问题和猜想,再由猜想去寻找验证猜想的实验方案。从学生自己提出的问题出发,可把学生的注意力吸引过来,而且他们观察的目标也更明确。
由学生猜想、讨论得出“导线在磁场中有没有受到力的作用”的实验方案,出示演示实验仪器,并演示实验验证学生的猜想。写出实验结论。
观察实验现象。
多点时间让学生讨论,并提出他自己的看法。不能单由教师一味地“灌”,自己把实验演示一下就简单完事。
提出“通电导线在磁场中是不是永远向一个方向运动”的问题让学生继续猜想,然后按照学生的猜想演示实验,验证他们的想法。
最后让学生将看到的实验现象总结得到:通电导线在磁场中受到的力的方向和电流方向、磁场方向有关。
思考问题,并提出自己的想法,观察导线运动的情况。
总结实验结果,思考并着手验证自己的想法。
由学生自己总结,培养学生总结归纳的能力。
让学生明白一个正确的判断不仅要有理论依据还要用实验来证明。
在总结以上实验的基础上,启发学生思考:把一个通电线圈放在磁场里,线圈会怎样运动?指导学生做好“小小电动机”的实验,说明实际的电动机就是这样工作的。并提出疑问为下一节课做铺垫。
小组实验,观察实验现象。
叙述实验的现象并加以总结。
课后思考问题,提出自己的想法。
学生通过探究实验和总结实验结论,检验了自己的判断。
在学生学习后提出问题并给他们思考的空间,这样容易引发他们探究的兴趣。
让学生观察直流电动机由什么部分组成?
通过演示实验和多媒体展示分析出:普通的线圈在磁场中是不能持续运转的。让学生联系所遇到的问题思考解决的办法(提示和“小小电动机”相比较)。
从学生提出的解决办法中总结,引出直流电动机的换向器。让学生观察换向器的工作情况。
观察,回答问题。
回答上次留下的问题,并讨论解决问题的办法。提出各自的想法。
观察演示图,分析受力的情况。
通过直观教学,为探讨电动机的工作做好铺垫。
承前启后,培养学生敏锐的观察能力。
利用直观的方式(模型),结合图示,引导学生分析问题,合乎情理地进入学生的认知结构。而且是由简单到复杂、由易到难,符合学生接受知识的特点。
讲解了换向器的工作原理再由学生自己验证想法,使他们印象更加深刻。
总结学生的叙述,并且说明科学探究应多思考、多动手实践,必须付出艰苦的劳动。
观察,并说明换向器是怎样工作的。
培养学生认真研究和坚持不懈的科学态度。
提问:电动机的主要作用是什么?(提示可以从能量方面来考虑)
引导学生自己列举生活中还有哪些地方用到电动机。
认识到科学探究不能马虎了事。
引导学生学以致用,培养他们的发散性思维,激发学习兴趣。
由所学过的知识回答问题。
思考,举例。
最后师生共同总结,布置作业。
一般给学生们上课之前,老师就早早地准备好了教案课件,大家应该要写教案课件了。用心制定好教案课件的工作计划,才能更好的在接下来的工作轻装上阵!有哪些好的范文适合教案课件的?下面是小编为大家整理的“电动机”,欢迎您阅读和收藏,并分享给身边的朋友!
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