資源簡介

(共46張PPT)
第三節 科學探究：電動機
為什么會轉動
1. 通過實驗，了解磁場對通電導線的作用，并知道其影響因素.
2. 了解直流電動機的構造和工作原理及能量轉化.
3. 知道換向器的作用.
學習目標
電動機在現代生活中應用廣泛，如風扇、冰箱、洗衣機、電梯、水泵、機床、電車以及各種電動玩具等都離不開電動機.
新課引入
給電動機通電，它就能夠轉動，這是為什么呢？
思考
電動機為什么會轉動
電動機內部結構怎樣？
它由哪些部件組成，它們各起什么作用？電動機是怎樣轉起來的？
新知學習
實 驗 1
觀察并研究電動機的結構
(1)將學生實驗用的電動機接入電路，閉合開關，觀察電動機的轉動.
電路圖
模型電動機、電源和開關
通過視頻，你能說出電動機轉動的條件是什么嗎？
①通電
②部分線圈在磁場中
③有磁場
點擊播放視頻
(2)拆開這臺直流電動機，觀察它由哪幾部分組成.
點擊播放視頻
電動機
裝有電磁鐵的定子
嵌有線圈的轉子
模型電動機
磁體
線圈
電動機的內部結構
電動機的兩個最主要的部件是：定子(磁體)和轉子(線圈).
實 驗 2
轉動的原理
奧斯特實驗：通電導線周圍會產生磁場
磁極間有相互作用力
通電線圈在磁場中受到力的作用
電動機的轉動，可能跟 和 有關，由于磁場對通電線圈產生力的作用，電動機才會轉動起來.
猜想
電流
磁場
實際電動機構造復雜，因素過多，不容易進行單獨探究，那么我們該如何驗證猜想呢？
？
對實驗裝置進行簡化.
實驗裝置簡化
電動機轉子上的線圈組
轉子上的一組線圈
一組線圈中的一個線圈
一個線圈中的段直導線
電動機定子
蹄形磁鐵
探究通電導線(線圈)在磁場中的受力情況.
磁場對通電導線的作用
金屬導軌
直導體
+
-
①閉合開關，觀察鋁制直導體運動情況.
②改變電流方向或改變磁場方向.
一、改變電流方向
點擊播放視頻
F
S
乙
I
N
F
F
S
甲
I
N
F
改變電流方向前
改變電流方向后
現象：保持磁場方向不變，改變電流方向時，通電導體受力的方向也改變.
二、改變磁場方向
點擊播放視頻
F
S
丁
I
N
F
改變磁場方向前
改變磁場方向后
I
F
丙
N
S
現象：保持電流方向不變，改變磁場方向時，通電導體受力的方向也改變.
你是否有辦法讓金屬桿在軌道上持續往復運動？
思考
上述兩個實驗現象表明：
磁場對通電導體具有______的作用，其作用的方向與___________、 ___________有關.
力
磁場方向
電流方向
F
S
丙
I
N
F
I
F
甲
N
S
如果同時改變電流方向和磁場方向，則受到力的方向_______.
不改變
F
S
丙
I
N
F
F
S
乙
I
N
F
F
S
乙
I
N
F
I
F
甲
N
S
只改變電流方向或磁場方向，通電導線受到力的方向_______.
改變
觀察與思考
例 關于通電導體在磁場中受力方向，下列說法中正確的是( )
A. 電流方向改變時，導體受力方向不變
B. 磁場方向改變時，導體受力方向不變
C. 電流方向和磁場方向同時改變，導體的受力方向不變
D. 電流方向和磁場方向同時改變，導體的受力方向改變
C
通電導線受力方向與電流、磁場方向有關
電流、磁場方向同時改變，通電導線受力方向不變
×
√
×
×
電動機怎樣轉動
實 驗 3
　　通電線圈可以在磁場里轉動過一定角度，但不能持續轉動.
如果把一個通電線圈放在磁場中，它會怎樣運動呢？
點擊播放視頻
思考
想一想，如何能讓線圈在磁場中轉動起來呢？
思考
線圈受到的力使它順時針轉動.
通電線圈達到平衡位置后，由于慣性，它會越過平衡位置.
線圈受到的力又使它逆時針旋轉.
為什么線圈不能持續轉動
思考
線圈受到的力使它順時針轉動.
通電線圈達到平衡位置后，由于慣性，它會越過平衡位置.
由于慣性，線圈繼續轉動
轉動半周后再繼續供電，線圈就可以持續轉下去了.
方法一：
轉過平衡位置后斷電
如何才能讓線圈持續轉動呢？
思考
方法一：
轉過平衡位置后斷電
如何使線圈轉過平衡位置后斷電呢
同學們還能想到其他方法嗎
思考
方法二 ：
轉過平衡位置后改變電流方向
線圈受到的力使它順時針轉動.
通電線圈達到平衡位置后，由于慣性，它會越過平衡位置.
線圈受到的力仍然使它順時針轉動.
實驗：當線圈轉到平衡位置時，改變電流的方向，觀察線圈的轉動情況.
通過換向器來實現這一目的.
點擊播放視頻
想一想，實際的電動機如何改變電流方向？
思考
換向器
　　通過換向器可以使線圈中電流每半周改變一次.
兩個
銅半環
電刷
換向器
線圈電流方向：
b → a，d → c
線圈受力方向：
ab 向上，cd 向下
線圈轉動情況：
順時針
開始通電狀態
線圈電流方向：
無電流
線圈受力方向：
不受力
線圈轉動情況：
由于慣性繼續轉動
平衡狀態
線圈電流方向：
a → b，c → d
線圈受力方向：
ab 向下，cd 向上
線圈轉動情況：
順時針
線圈電流方向：
線圈受力方向：
線圈轉動情況：
無電流
不受力
由于慣性繼續轉動
平衡狀態
1. 換向器和電刷可以使線圈中電流每半周改變一次；
2. 直流電動機的工作原理：
磁場對通電導線有力的作用；
3. 直流電動機的能量轉化：
將電能轉化成機械能.
歸納
甲
乙
丙
丁
如果通電前線圈停在圖乙或圖丁的平衡位置上，那么通電時電動機能夠自行啟動嗎？為什么？
在這兩個平衡位置，線圈所受的磁場力為零，所以不能自行啟動.
思考
甲
乙
丙
丁
電動機
轉子
定子
實際的直流電動機
實際的電動機都有多個線圈，每個線圈都接在一對換向片上，以保證每個線圈在轉動的過程中受力的方向都能使它朝同一方向轉動.
優點：構造簡單、控制方便、體積小、效率高，種類繁多.
散熱扇
電 鉆
水 泵
應用
驅動系統
電車
無刷直流電動機
吸塵器
電機驅動
洗衣機
轉筒
泵
有刷直流電動機
無刷直流電動機
例 要使直流電動機的線圈不停地轉動，要安裝換向器，其主要作用是( )
A. 自動改變線圈轉動方向
B. 自動改變線圈中的電流方向
C. 自動改變線圈的受力大小
D. 自動改變磁場方向
B
換向器可以使線圈中電流每半周改變一次
請你把拆卸的直流電動機重新組裝起來，并接入電路中試一試，看電動機是否能轉動？
？
制作簡易電動機
迷你實驗室
自主閱讀課本P152頁
點擊播放視頻
思考
如果接通電源后，線圈卻沒有轉動，你能分析出原因是什么嗎？
1. 可能是電流太小；
2. 可能是電路接觸不良；
3. 磁體太少導致磁場太弱；
4. 可能是支架與線圈的摩擦太大卡住了.
揚聲器是怎樣發聲的
揚聲器的構造
點擊播放視頻
拓展
通電后揚聲器是如何工作的呢？
用學生電源的直流檔給揚聲器通電，請同學們觀察紙盆的運動方向.
紙盆向上運動
現象：
思考
點擊播放視頻
如果改變通過線圈的電流方向，揚聲器紙盆的運動方向會改變嗎？說明了什么？
紙盆向下運動
電流方向改變，線圈受力方向也隨之改變
現象：
分析：
思考
點擊播放視頻
當有方向改變的電流通過線圈時，紙盆會怎樣運動？
用學生電源的交流檔給揚聲器通電，請同學們注意觀察.
紙盆上下振動
現象：
點擊播放視頻
思考
揚聲器的工作原理：
通電線圈在磁場中受力運動.
在實際工作中，通過線圈的電流大小和方向都會發生改變，紙盆的震動幅度也會隨之改變.
點擊播放視頻
課堂小結
電動機為什么會轉動
轉動
的原理
內容：磁場對通電導體具有___的作用，其作用的方向與_____
____、________有關.當____的方向或者____的方向變得
相反時，通電導線受力的方向也變得____.
電動機
怎樣轉動
應用：電動機、揚聲器等.
觀察并研究電動機的結構：電動機由兩部分組成，能夠轉動的線圈叫做
____；固定不動的磁體叫做____.
換向器：可以及時改變線圈中的________，
使線圈一直轉動下去.
電刷：與半圓銅環接觸，使電源和線圈組成________.
工作原理：磁場對通電導線有___的作用.
能量轉化：____轉化為______.
力
磁場方向
電流
磁場
相反
轉子
定子
電流方向
閉合電路
力
電能
機械能
電流
方向
1. 如圖所示，在探究通電導體在磁場中受力情況的實驗中，在閉合開關的瞬間，導體棒ab水平向左運動，則下列說法正確的是(　　)
A. 該實驗中的能量轉化是機械能轉化為電能
B. 僅對調導體棒a、b，閉合開關，導體棒ab將水平向右運動
C. 僅將電源正負極反接，閉合開關，導體棒ab將水平向右運動
D. 僅對調磁極，閉合開關，導體棒ab將水平向左運動
電能→機械能
×
電流、磁場方向不變
×
電流方向改變
磁場方向改變
×
√
C
隨堂練習
2. 如圖為直流電動機的工作原理圖．線圈abcd處于磁場中，A和B是電刷，它們分別跟換向器E和F接觸，閉合電路，線圈abcd順時針轉動．下列說法正確的是(　　)
A. 線圈abcd轉動的工作原理是電磁感應
B. 線圈中的電流方向始終不變
C. 線圈轉動過程中將電能全部轉化為機械能
D. 若改變電源正負極，線圈轉動方向改變
通電導體在磁場中受磁力的作用
×
√
D
線圈由圖示位置轉過180°時，電流通過換向器發生方向改變
×
×
一少部分轉化為內能
電流方向改變
3. 一臺電動機的銘牌為“220 V 6.16 kW”，它正常工作時的電流有多大 連續工作3 h耗電多少度
解：正常工作的電流
耗電W=Pt=6.16 kW×2 h=12.32 kW·h=12.32 度
I= = =28 A
電能W=Pt
電流I=

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