人教版九年级物理 专题20.4 电动机 导学案 (解析版)

人教版九年级第二十章电与磁

第4节《电生磁》导学案

【学习目标】

1．知道磁场对通电导体有力的作用，知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁场方向有关；2．知道直流电动机的原理和主要构造；

3．了解直流电动机的优点及其应用。

【学习重点】

1．电动机的工作原理。

2．直流电动机的能量转化。

【学习难点】

电动机能够持续转动的原因和换向器的作用。

【自主预习】

1.磁场对通电导线的作用

通电导体在磁场中受到力的作用，力的方向跟_磁场的方向和电流的方向有关。如果这两者其中之一的方向改变，则力的方向改变；如果两者的方向同时改变，则力的方向不变。

2．电动机

(1)电动机原理及构造：电动机是利用通电线圈在磁场中受力而转动的原理制成的。电动机由两部分组成：能够转动的转子和固定不动的定子。为了使电动机能持续转动，电动机上用到换向器,当线圈刚转过平衡位置时，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。

(2)电动机是把电能转化成机械能的机器。

【合作探究】

探究一：磁场对通电导线的作用

复习：磁体间通过磁场会发生力的作用，奥斯特实验中，电流的磁场会对小磁针发生力的作用，反过来，磁体的磁场会不会对通电导体产生力的作用？

1.问题：磁场对通电导体是否有力的作用

2.实验方法：

(1)磁力是看不到、摸不着的,所以在实验中是利用转换法,根据导体是否运动判断导体的受力情况。

(2)通电导体的受力方向可能与多个因素有关,在探究时,需利用控制变量法。

3．实验设计：

(1)探究通电导体受力方向与电流方向的关系：

需控制磁体磁场方向不变,改变电路中的电流方向。可以通过调换电源正负极改变电流方向。

(2)探究通电导体与磁场方向的关系：

需控制电流方向不变,改变磁体的磁场方向。可以通过对调N、S极,改变磁体的磁场方向。

4.实验步骤

(1)如图甲所示，把导体ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察，它运动（选填“运动”或“不运动”“）

结论：通电导体在磁场中受到力的作用。

甲乙丙

(2)如图乙所示，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的运动方向改变(选填“改变”或“不改变”“）

结论：磁场方向一定时,电流方向相反,导体受力方向相反；

(3)如图丙所示，保持导线ab中原来电流的方向不变，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的运动方向改变(选填“改变”或“不改变”“）

结论：电流方向一定时,磁场方向相反,导体受力方向相反。

(4)如果导线ab中电流的方向和磁感线的方向都相反，观察导线ab的运动方向与原来相同还是相反？相同结论：当通电导线中的电流方向和磁感线的方向都变得相反时，通电导线的受力方向不变。

总结：通电导线在磁场中要受力，受力的方向跟磁场的方向、电流的方向有关。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相反。该现象中把电能转化成了机械能。

(5)知识拓宽：并不是所有的通电直导线在磁场中都受到力的作用，当通电直导线与磁感线方向平行时，此时通电的直导线不受力的作用。

(6)如果把一个通电的线框放到磁场中，观察它会怎样运动呢？

演示实验：把线圈放在磁场中，接通电源，观察它的运动情况。

①实验表明：通电线圈在磁场中受力转动。利用这个原理我们制作出了电动机。

②线圈为什么不能持续转动？

甲乙丙

如图甲：闭合开关，同一个磁场中，由于线圈线框的ab边和cd边导线中的电流的方向是不一样的，所以它们受到方向相反的力，但不在一条直线上，所以会顺时针转动起来。当线框转到如图乙的位置时，由于线圈ab边和cd边上下两个边受力大小相等，方向却相反，且在一条直线上，是平衡力，此时线圈受到的力不能使线圈继续转动，这个位置是线圈的_平衡位置，在该位置，线圈平面与磁感线方向是垂直的（选填“垂直、平行”）。线圈到达平衡位置以后，不会马上停止，由于惯性会越过平衡位置。

转到如图丙：当线圈越过平衡位置以后，线圈受到的力使它逆时针转动。受到的力要阻碍线圈的转动，所以线圈不能连续转动。

想想做做让线圈转起来

把一段粗漆包线绕成3cm×2cm的矩形线圈，漆包线在线圈的两端各伸出3cm。然后，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。用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上。两个支架分别与电池的两极相连。

(1)将漆包线一端的漆层全部刮掉,另一端的漆层只刮去半周,接通电路,观察线圈的转动情况。线圈能(选填“能”或“不能”)持续转动。

(2)线圈能连续转动的原因：线圈的左端绝缘漆全刮掉，右端只刮掉绝缘漆的半周，利用惯性转过平衡位置后，在后半周，右端和没有刮掉绝缘漆的部分接触，电路中没电流，不受力的作用，一直再转到和原来位

置一样，线圈沿着原来的方向转下去。这就是一台小小的电动机。

(3)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.

问题：要想让线圈在磁场中不断的转动下去，我们就要想办法在线圈刚刚转过平衡位置时，就改变线圈中两条边的受力方向。怎么改变受力方向？

解决方案：通电导线在磁场中受力方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关；当电流方向、或者磁感线方向发生改变时，通电导体受力方向也发生改变．而换向器的作用就是：每当线圈转过平衡位置时，自动改变通入线圈中的电流的方向，使线圈连续转动。

探究二：电动机的基本构造

1.电动机的原理：利用通电线圈在磁场里受力而转动的原理制成；

2. 直流电动机：利用直流电源供电的电动机叫做直流电动机；

3. 基本构造：能够转动的线圈，叫做转子；固定不动的磁体，叫做定子；

4.换向器：.实际的直流电动机是通过换向器来实现持续转动的；

(1)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

(2)作用：

每当线圈刚转过平衡位置时,换向器在电刷的配合下,能自动改变线圈中的电流方向,使线圈持续转动下去。

5.直流电动机的工作过程：