磁场对电流的作用 电动机教案设计

电动机

电动机为什么样会转动

【教学目标】

知识与技能：了解通电导线在磁场中受力的作用，并且受力的方向与电流方向、磁场的方向有关；了解电动机的构造和原理。

过程与方法：经历制作简单电动机的过程，探究电动机连续转动的原理。

情感、态度与价值观：了解科学知识转化成应用技术的过程，提高学习科学技术的兴趣，培养创造发明的意识。

【教学重难点】

直流电动机的工作原理。

直流电动机工作过程中的特点。

【教学方法】

演示实验法，讲授法，归纳总结法

【教学准备】

挂图，直流电动机模型

【教学过程】

一、复习引入，实验激趣。

磁场对电流的作用

1．通电导体在磁场里受到力的作用

我们可以做这样的实验，如图所示，把一根直导体AB放在蹄形磁体的磁场里，并与电源、开关：

（1）合上开关，接通电路，导体AB中产生由A向B流动的电流，这时导体AB向左运动起来。

（2）将电源上的正、负极接线对换，合上开关，导体AB中产生由B向A流动的电流，这时导体AB向右运动起来。

（3）将蹄形磁体的磁极上下翻转，导体AB的运动方向也发生变化。

通过上面的实验我们可以得出这样的结论：

①通电导体在磁场里受到力的作用。

②通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁场方向有关。

二、进行新课

1．磁场对通电线圈的作用

如图所示，在图甲中，通电线圈的ab边和cd边在磁场里受到力的作用，因两边中电流方向相反，所以两力方向相反且不在同一条直线上，所以线圈就转动起来。当转到图乙所示位置时，这两个力恰好在同一直线上，而且大小相等，方向相反，线圈保持平衡。我们把这个位置叫做平衡位置。通过这个实验我们发现，通电的线圈在磁场中要受力而转动。

2．直流电动机

电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。

很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动（转到平衡位置要停下来），而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢？

在前面的实验中，我们知道：当线圈转到平衡位置时，不是立即停下来，而是在平衡位置附近摆动几下才停下来。这是因为线圈转到平衡位置时具有一定速度，由于惯性它会继续向前转动，但由于这时受到的磁场力又会使它返回平衡位置，所以它要摆动几下，最后在摩擦的作用下逐渐停下来。

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。好在有线圈的惯性存在。要是在线圈正好在平衡位置就改变线圈的受力方向还不行呢，因为这时候两个力又是一对平衡力，所以整个线圈仍然不能转动下去。

如何实现这一想法呢？

我们知道影响通电导体受力方向的两个因素，从而得出：应该在线圈刚刚转过平衡位置时改变电流方向，或者改变磁感线方向。而要改变磁感线方向就是要及时交换磁极，显然这不容易做到；实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。

所以，使磁场中的通电线圈连续转动，就要每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向。

怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢？

用两个半圆铝（铜）环和电刷就构成了换向器，靠换向器就可以解决这个问题。上图就是换向器。两个金属半环分别接线圈的两端，两个电刷接电源的两端。

换向器的作用：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。

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a→b→c→d，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。

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。

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d→c→b→a，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。

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。

通过上面的直流电动机模型我们可以发现直流电动机的构造主要有：磁极、线圈、换向器、电刷。

3．展示直流电动机模型

（1）介绍构造：支架→线圈转子→电刷→定子（磁极）

（2）直流电动机的转动方向与转速。

通电导体在磁场中受力方向（转动方向）与电流方向和磁感线方向有关。现在要使电动机模型中的线圈转动方向发生改变，应该将电源两极对调或将磁铁的两极对调。改变转速的方法：改变线圈中电流的大小。电流越大，直流电动机的转速越快。

（3）跟热机相比，电动机具有启动、停止方便、构造简单、体积小、效率高、对环境污染少等优点。

三、学生小结

【作业布置】

板书：电动机为什么样会转动

磁场对电流的作用

1．通电导体在磁场里受到力的作用

①通电导体在磁场里受到力的作用。

②通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁场方向有关。

2．磁场对通电线圈的作用

3．直流电动机

（1）电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。

（2）换向器的作用：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。

（3）直流电动机的构造主要有：磁极、线圈、换向器、电刷。