資源簡介

(共27張PPT)
20.5跨學科實踐_
制作簡易直流電動機
第二十章 電與磁
人教版2024版物理九年級全冊【精做課件】
授課教師：********
班 級：********
時 間：********
跨學科實踐_制作簡易直流電動機教案
一、教學目標
（一）知識與技能目標
學生能夠綜合運用物理學科知識，深入理解直流電動機的工作原理，即通電線圈在磁場中受力轉動，以及換向器改變電流方向實現持續轉動的機制。
熟練掌握電動機制作所需材料的特性與用途，運用數學知識進行簡單計算，如根據電源電壓選擇合適規格的導線和線圈匝數，合理規劃電動機各部件的尺寸比例 。
學會運用工程技術思維和工具，完成簡易直流電動機的制作，掌握焊接、組裝等基本操作技能，能夠對制作完成的電動機進行調試和優化。
（二）過程與方法目標
通過小組合作完成簡易直流電動機的制作任務，顯著提升團隊協作、溝通交流和分工合作的能力，學會在團隊中發揮各自優勢，共同解決問題。
在制作過程中，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，學會運用多學科知識解決實際問題，如物理原理指導結構設計，數學計算輔助材料選型，技術手段實現制作過程 。
經歷從設計構思、材料準備、實際制作到調試優化的完整項目過程，掌握項目式學習的方法，提高實踐操作和創新設計能力。
（三）情感態度與價值觀目標
充分激發學生對跨學科知識學習和實踐的興趣，體會知識融合在實際創造中的魅力和實用性，增強學生對科學探究和技術創新的熱情。
培養學生嚴謹認真、科學求實的態度，以及勇于面對困難、敢于創新和嘗試的精神，在遇到制作難題時保持積極探索的心態。
增強學生的成就感和自信心，通過成功制作簡易直流電動機，讓學生感受到自己的創造能力，提升對學習和實踐的積極性。
二、教學重難點
（一）教學重點
綜合運用物理知識理解直流電動機的工作原理，并將其應用于制作過程中的結構設計和功能實現。
掌握簡易直流電動機的制作步驟和關鍵技術，如線圈的繞制、換向器的制作與安裝、部件的連接與固定等。
學會對制作完成的電動機進行調試，分析和解決制作過程中出現的問題，如電動機不轉動、轉動不順暢等。
（二）教學難點
協調多學科知識，解決制作過程中出現的復雜問題，如如何優化線圈繞制方式和匝數以提高電動機的轉速和扭矩，如何保證換向器穩定工作 。
確保制作的電動機既滿足功能需求，又符合安全規范，如合理選擇電源電壓，正確連接電路，避免短路和觸電風險。
培養學生的創新思維，在完成基礎制作的前提下，對電動機進行改進和創新設計，如嘗試不同的磁場方案或動力傳輸方式。
三、教學方法
項目驅動法：以制作簡易直流電動機為項目任務，驅動學生主動學習和探索，在完成任務的過程中掌握知識和技能，激發學生的學習動力。
小組合作法：組織學生分組進行制作，促進學生之間的交流與合作，發揮團隊優勢，共同攻克制作過程中的難題，培養學生的合作能力。
講授與指導法：針對制作過程中涉及的物理原理、技術要點和安全規范，進行有針對性的講解和指導；在學生制作過程中，巡回指導，及時解決學生遇到的問題。
案例分析法：展示優秀的簡易直流電動機制作案例，引導學生分析其優點和可借鑒之處，啟發學生的制作思路，拓寬學生的創新視野。
四、教學過程
（一）項目導入（10 分鐘）
情境創設：播放一段精彩的機器人舞蹈視頻，視頻中的機器人通過內置的電動機實現靈活運動。播放結束后，提問學生：“機器人是如何實現各種動作的？電動機在其中起到了什么作用？” 引發學生的思考和討論，激發學生對電動機制作的興趣 。
明確任務：向學生明確本次跨學科實踐的任務 —— 制作一個簡易直流電動機。展示提前制作好的簡易直流電動機成品，進行現場演示，讓電動機轉動起來，展示其工作效果。強調制作要滿足能夠穩定轉動、結構牢固等基本要求 ，同時鼓勵學生發揮創意進行優化和改進。
（二）知識回顧與拓展（20 分鐘）
物理知識回顧：帶領學生回顧直流電動機的工作原理，包括通電線圈在磁場中受力的原因、左手定則判斷受力方向、換向器的作用等物理知識，重點強調電動機持續轉動的條件 。通過提問和互動，了解學生對原理的掌握情況。
技術與數學知識拓展：
技術知識：講解制作電動機所需的材料和工具，如漆包線、磁鐵、電池、導線、小刀、鉗子等，介紹每種材料的特性和用途；示范線圈繞制、導線焊接、部件固定等基本技術操作，強調操作規范和安全注意事項，如焊接時防止燙傷，使用小刀刮漆包線時注意安全 。
數學知識：講解如何運用數學知識進行簡單計算，如根據電源電壓和導線電阻估算合適的線圈匝數，通過測量和計算確定電動機各部件的尺寸比例，確保結構合理穩定 。通過簡單的例題演示計算過程，讓學生掌握計算方法。
創新設計思路啟發：展示一些不同設計的簡易直流電動機案例，如采用不同形狀的磁鐵、特殊的線圈繞制方式等，啟發學生思考如何在基礎制作的基礎上進行創新設計，鼓勵學生提出獨特的想法和方案。
（三）小組設計與實踐（60 分鐘）
分組與分工：將學生分成 [X] 個小組，每組 4 - 6 人。小組成員進行分工，如組長負責組織協調和進度把控，材料員負責領取和管理材料，技術員負責技術操作指導，記錄員負責記錄制作過程和遇到的問題，創新員負責提出創意和改進方案等。
設計討論：各小組根據任務要求和所學知識，討論簡易直流電動機的制作方案。包括確定線圈的繞制方式和匝數、換向器的制作方法、磁鐵的安裝位置、電動機的整體結構等。教師巡視各小組，參與討論，提供必要的指導和建議，幫助學生完善設計方案 。
制作實踐：小組根據設計方案開始制作簡易直流電動機。成員各司其職，按照操作規范進行材料加工、部件制作和組裝。教師在教室巡回指導，密切關注學生的制作過程，及時糾正不規范操作，解答學生的疑問，幫助學生解決遇到的技術難題，如線圈短路、換向器接觸不良等 。
調試優化：制作完成后，各小組對電動機進行調試。接通電源，觀察電動機的轉動情況，如是否轉動、轉速快慢、轉動是否穩定等。如果電動機不能正常工作，引導學生運用所學知識進行故障排查，如檢查電路連接是否正確、換向器是否正常工作、磁場強度是否合適等，并進行相應的優化改進 。
（四）成果展示與評價（25 分鐘）
小組匯報：各小組由代表進行成果展示，介紹小組制作的簡易直流電動機的設計思路、創新點、制作過程中遇到的問題和解決方法，以及最終的工作效果。展示形式可以是實物演示、操作講解、制作過程視頻播放等 。
師生評價：其他小組和教師對每個小組的作品進行評價，從電動機的工作性能（如轉速、穩定性）、結構設計（如合理性、牢固性）、創新創意（如獨特的設計和改進）、團隊協作等方面進行打分和點評，提出改進建議。評價過程中，引導學生發現他人作品的優點，學習借鑒，同時反思自己小組作品的不足之處 。
總結提升：教師對本次跨學科實踐活動進行總結，強調制作過程中跨學科知識運用的重要性，對學生的表現進行整體評價和鼓勵，針對共性問題進行集中講解和指導，如常見的制作錯誤和改進方法 。
（五）課后拓展（布置作業）
讓學生根據課堂評價和建議，進一步優化自己小組制作的簡易直流電動機，嘗試不同的改進方案，觀察效果變化 。
鼓勵學生查閱資料，了解電動機在現代科技中的更多應用和發展趨勢，如新能源汽車電機、無人機電機等，并撰寫一篇關于電動機應用與發展的小報告 。
這份教案以實踐項目推動學生跨學科學習。若你對教學環節時長、制作難度設定、評價方式等方面有新想法，歡迎隨時和我說。
5
課堂檢測
4
新知講解
6
變式訓練
7
中考考法
8
小結梳理
學習目錄
1
復習引入
2
新知講解
3
典例講解
1. 理解簡易電動機中換向器的替代設計原理。（重點）
2. 用物理學原理解釋自制電動機的工作過程。（重點）
學習目標
知識點1　項目提出
知識全解
生活場景：
玩具總動員：遙控賽車、軌道火車
生活小幫手：電動牙刷、USB小風扇
未來科技：無人機螺旋槳、智能機器人關節
這些裝置為什么會自己動起來？它們的“心臟”藏在哪里？
生活觀察：直流電動機無處不在
知識點1　項目提出
知識全解
現象聚焦：電動機的“卡頓”問題
回憶舊知：通電線圈在磁場中受力轉動
普通線圈轉動半圈后反向受力→無法持續轉動
復雜換向器制作困難
挑戰任務：
"能否用初中實驗室材料，設計簡易‘換向裝置’讓線圈轉不停？"
知識點2　項目分析
知識全解
破解電動機持續轉動的四大關鍵
① 線圈材料選擇
使用漆包線
絕緣性：避免線圈匝間短路
可操控性：刮漆部位精準控制電流通斷
漆包線粗細選擇：
粗漆包線：機械強度高，轉動更穩定
細漆包線：電阻大易發熱，適合微型電機
知識點2　項目分析
知識全解
② 磁體與支架設計
強磁體必要性：
產生強磁場 → 增大線圈受力
固定為定子：簡化結構，降低制作難度
支架材料要求：
重金屬絲：導電性+支撐穩定性
避免使用鐵質支架：防止磁干擾
破解電動機持續轉動的四大關鍵
知識點2　項目分析
知識全解
③ 轉子的運動控制
線圈作為轉子：
矩形設計（3cm×2cm）：增大受力臂，提高轉矩
匝數選擇（5-10匝）：
匝數過少 → 磁場力不足
匝數過多 → 重量增加導致慣性不足
破解電動機持續轉動的四大關鍵
知識點2　項目分析
知識全解
④換向功能的替代方案
刮漆法實現半周通電 ：
左端全刮：確保與支架始終導電 → 電流輸入
右端半周刮：
上半周接觸 → 通電受力轉動
下半周斷開 → 靠慣性通過
破解電動機持續轉動的四大關鍵
知識點2　項目分析（常見問題庫）
知識全解
現象 可能原因 解決方案
線圈不轉動 刮漆不徹底（絕緣漆殘留）
磁極方向與線圈平面垂直 重新刮漆至銅線裸露
調整磁體N、S極方向
轉動不連續 慣性不足（線圈過重/匝數過多）
支架摩擦過大 減少線圈匝數至5-8匝
涂抹潤滑油
轉速過慢 電池電壓不足
磁體磁性減弱 更換新電池（1.5V→3V）
疊加多個磁體增強磁場
知識點3 項目實施
知識全解
四步打造你的專屬電動機！
步驟1：繞制線圈——制作核心轉子
視覺化操作指南 ：
選材裁剪：
取直徑約0.5mm的粗漆包線，剪取長度約30cm
工具：直尺標記3cm×2cm區域，硬紙板輔助定型
繞線技巧：
沿3cm邊繞5-10匝，保持匝間緊密無重疊
匝數建議：選5匝
轉軸預留：兩端各留2cm直導線作為轉軸
知識點3 項目實施
知識全解
步驟2：刮漆處理——破解換向密碼
左端：
用刀片徹底刮凈絕緣漆，露出銅色金屬光澤
右端：
僅刮除半周（180°）絕緣漆
方法：轉軸平放桌面，刮朝上一側的半周
驗證：用萬用表檢測刮漆區導電性
安全警示 ：
"刮漆時刀片向外推，戴防護手套！"
四步打造你的專屬電動機！
知識點3 項目實施
知識全解
步驟3：組裝支架——搭建導電橋梁
1. 支架制作：
材料：直徑1mm以上銅絲或鐵夾子金屬絲
彎折要求：
高度匹配線圈轉軸（約2cm高）
頂部開V型槽（減少轉軸摩擦）
2. 電路連接：
支架底部固定于硬紙板，分別連接電池正負極
導電測試：用導線短接支架，觀察電池是否發熱
四步打造你的專屬電動機！
知識點3 項目實施
知識全解
步驟4：放置磁體與調試啟動
1. 磁體定位：
強磁體平放在線圈正下方，N、S極方向與線圈平面平行
磁場驗證：撒鐵屑觀察磁感線分布
2.啟動秘訣：
輕推線圈至傾斜30°位置釋放
成功標志：持續轉動超過10圈
四步打造你的專屬電動機！
知識點3 項目實施
知識全解
安全與注意事項！
1. 小刀刮漆包線：手手很重要！
刮漆操作：
"刮漆時刀片向外推，別對著手指！"（想象你在削鉛筆，但更小心）
建議戴勞保手套（實驗室那種白手套超酷的！）
偷懶警告：別用牙咬漆皮！銅線扎嘴超痛~
2. 電池安全：別讓電池"生氣"！
電路連接：
"正負極別接反！"（電池盒標有+ 號，瞪大眼睛看清楚）
短路警告：別讓導線兩頭直接碰一起！會冒煙+燙手！
電池發熱立刻停用（摸起來比奶茶還燙？趕緊找老師！）
展示交流
知識全解
課堂活動設計：
品展示會：我的電動機超酷！
任務卡：
曬設計：
"舉起你的線圈！說出刮漆半周的操作理由~"
秀成果：
"三秒倒計時，看誰的線圈轉得最持久！"
（全班一起喊：“3—2—1—轉！”拿手機錄慢動作）
互動投票：
"給最炫電動機點贊！ 最佳設計獎/最穩轉速獎"
展示交流
知識全解
改進腦洞：未來工程師計劃
奇葩方案收集：
"給線圈穿LED燈，轉起來就是光劍！"（配星球大戰BGM）
"把磁鐵換成電磁鐵，手機藍牙控制轉速！"（雖然現在做不到，但做夢免費~）
老師靈魂拷問：
"如果讓你花10塊錢升級，你買更粗的線、更強的磁鐵，還是買軸承？為什么？
【項目提出】
生活中有許多地方會用到直流電動機，例如爸爸的電動剃須
刀、夏天使用的手持式微風扇都是用直流電動機來驅動的。
直流電動機的工作原理是利用__________在______中受力轉
動，利用________及時改變線圈中的電流______使得線圈持
續轉動的；下面制作一臺簡易的直流電動機。
通電線圈
磁場
換向器
方向
【項目分析】
1.根據電動機的原理知，電動機主要由______和______組成，
因而要制作直流電動機，必須用________制成線圈，且保證
各圈導線之間是絕緣的，磁體要盡可能的磁性較____。
線圈
磁體
漆包線
強
2.為了便于快速轉動，選擇______作為轉子，______作為定子。
3.沒有換向器時，______（填“能”或“不能”）改變電流方向，
但可以切斷電流，避免電動機反向受力而停止轉動。
線圈
磁體
不能
【項目實施】
4.將漆包線繞成約 的矩形
線圈20匝，作為轉子。從線圈的兩端
各拉出約 的漆包線作為轉軸。
用硬質的銅導線豎立在泡沫板上作為
支架，準備2節干電池作為電源，如
圖所示。
5.由于線圈是回形的，當線圈始終通電時，上下兩個邊中的
電流方向是______（填“相同”或“相反”）的；下方的磁體的
磁場方向不變，兩個邊輪流處于下方時，受力方向______，
會使線圈__________。如果把這個反向轉動的力去掉，也就
是在線圈轉動的上半周通電，下半周斷電，線圈依靠______
能連續轉動，因而用小刀刮去線圈兩端引線的漆皮時，把一
端全部刮掉，另一端只刮______，組裝好電動機。
相反
相反
來回晃動
慣性
半周
6.接好電路后，用手輕輕推動后，觀察到線圈轉動，此時將
____能轉化為______能。
電
機械
【展示交流】
7.轉子在轉動時，轉軸受到的摩擦主要來源于支撐結構和電
刷接觸等。對實驗可能造成的影響有：①摩擦會消耗部分機
械能；②發熱現象等。
8.如果整個制作沒有問題，但接上電源后線圈不動，這時應
做哪些嘗試？（寫出兩點即可）
【解】（1）檢查線圈中是否有電；（2）檢查磁體是否具有
磁性等。
9.通電后線圈能轉動，如果要改變轉動方向，可以采取什么
做法？
【解】（1）對調磁體兩極；（2）對調電源兩極。
【項目拓展】
進一步研究圖中的電動機模型，測得當電動機兩端電壓為
時，通過電動機的電流為 ，則該電動機的電功率為____
。
1.2
本課小結
制作簡易直流電動機
項目實施
項目提出
項目分析
謝謝觀看！

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