物理九年級全冊第4節(jié) 電動機優(yōu)質(zhì)學案設(shè)計

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1. 通過實驗，了解通電導線在磁場中會受到力的作用，知道力的方向與電流方向和磁場方向有關(guān)。
2. 了解直流電動機的構(gòu)造和工作原理及其能量轉(zhuǎn)化。
【學習重點】磁場對通電導線的作用。
【學習難點】直流電動機的構(gòu)造和工作原理。
【自主預習】閱讀教材，完成以下問題：
1. 磁場對通電導線的作用
通電導線在磁場中受到 的作用，力的方向跟 的方向和 的方向有關(guān)。如果這兩者其中之一的方向改變，則力的方向 （改變/不變）；如果兩者的方向同時改變，則力的方向 （改變/不變）。
2. 電動機
（1）電動機的原理及構(gòu)造：電動機由能夠轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和固定不動的定子組成。電動機是利用通電線圈在磁場中受 而轉(zhuǎn)動的原理制成的。為了使電動機能持續(xù)轉(zhuǎn)動，電動機上用到 ，當線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置時，換向器能自動改變線圈中 的方向，從而改變線圈受力方向，使線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動。
（2）電動機是把 能轉(zhuǎn)化成 能的機器。
【合作探究】
探究一、磁場對通電導線的作用
【想一想】我們知道，磁體在磁場中會受到力的作用，磁體間通過磁場相互作用。通電導線周圍有磁場，那么通電導線是不是也會受到磁場的作用力呢？
1. 探究磁場對通電導線的作用
（1）提出問題：通電導線在磁場中是否受到力的作用？如果受到力的作用，力的方向與什么因素有關(guān)？
（2）猜想與假設(shè)：通電導線在磁場中受到力的作用，力的方向可能與磁場的方向、導體中電流的方向有關(guān)。
（3）設(shè)計并進行實驗
①如圖所示，把導線ab放在磁場里，接通電源，讓電流通過導線ab，觀察記錄現(xiàn)象。
②在實驗①中，去掉蹄形磁體，接通電源，觀察記錄現(xiàn)象。
③保持磁體N極、S極位置不變，把電源的正、負極對調(diào)后接入電路，使通過直導線ab的電流方向與原來相反，接通電源，觀察記錄現(xiàn)象。
④保持直導線ab中的電流方向與實驗①中相同，把磁體的兩個磁極對調(diào)，讓磁感線方向與原來方向相反，接通電源，觀察現(xiàn)象。
⑤在實驗①中，同時改變直導線ab中的電流方向和磁感線方向，接通電源，觀察現(xiàn)象。
【分析論證】
（1）分析實驗①和②：在實驗①中，閉合開關(guān)，導線ab向左運動。在實驗②中，去掉蹄形磁體，接通電源，直導線ab不運動。說明通電導體在 中才會受到力的作用。
（2）分析實驗①和③：只改變導線中的電流方向時，導線ab向右運動，與①運動方向相反。說明通電導體在磁場中受力的方向跟 的方向有關(guān)。
（3）分析實驗①和④：只改變磁感線方向，導線ab向右運動，與①運動方向相反。說明通電導體在磁場中受力的方向跟 的方向有關(guān)。
（4）分析實驗①和⑤：同時改變導線ab中的電流方向和磁感線方向，導線受力的方向 。
【實驗結(jié)論】
通電導線在磁場中受到 的作用，力的方向跟 的方向、 的方向都有關(guān)系。
2. 探究磁場對通電線圈的作用
【想一想】實驗中的直導線運動一段距離就會離開磁場，很難持續(xù)地運動。如果把一個通電線圈放在磁場中，它又會怎樣運動呢？
（1）設(shè)計并進行實驗
【想一想】實驗中的直導線運動一段距離就會離開磁場，很難持續(xù)地運動。如果把一個通電線圈放在磁場中，它又會怎樣運動呢？
（1）設(shè)計并進行實驗
①如圖甲所示，把一個可以繞中心軸轉(zhuǎn)動的矩形線圈放入磁場中并通電，其電流方向為a→b → c → d，觀察線圈的轉(zhuǎn)動情況。
【現(xiàn)象】線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)過一定角度，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動。
②如圖乙所示，改變電流方向，其電流方向為d→c → b → a，觀察線圈的轉(zhuǎn)動情況。
【現(xiàn)象】線圈沿 時針方向轉(zhuǎn)過一定角度，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動。
③如圖丙所示，保持電流方向不變a→b → c → d，對調(diào)磁極（改變磁感線的方向），觀察線圈的轉(zhuǎn)動情況。
【現(xiàn)象】線圈沿 時針方向轉(zhuǎn)過一定角度，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動。
（2）分析論證
分析實驗①與②現(xiàn)象，磁場的方向不變，當電流的方向發(fā)生改變時，線圈的轉(zhuǎn)動方向發(fā)生改變，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動。
分析實驗①與③現(xiàn)象，電流的方向不變，當改變磁場的方向時，線圈的轉(zhuǎn)動方向發(fā)生改變，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動。
（3）實驗結(jié)論
①通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動方向跟 的方向、 方向都有關(guān)系。
②通電線圈在磁場中會受力而轉(zhuǎn)動，但 持續(xù)轉(zhuǎn)動（選填“能”或“不能”）。
3. 探究通電矩形線圈在磁場中不能連續(xù)轉(zhuǎn)動的原因
（1）在如圖甲所示位置時，通電線圈的兩邊在磁場中都受力，ab邊受力方向豎直向上，cd邊受力方向豎直向下，方向相反，發(fā)生 轉(zhuǎn)動（選填“順時針”或“逆時針”）。
甲 乙
（2）當線圈的平面與磁場垂直時（圖乙），通電線圈ab邊與cd邊受平衡力作用，達到平衡位置。這時由于 ，線圈還會繼續(xù)轉(zhuǎn)動。
（3）如圖丙所示，線圈靠慣性越過平衡位置后，ab邊受力方向豎直向上，cd邊受力方向豎直向下，方向相反，磁場力作用的結(jié)果使線圈又 旋轉(zhuǎn)（選填“順時針”或“逆時針”）。
丙 丁
（4）通電線圈最后靜止在 位置（圖?。?。
4. 讓線圈轉(zhuǎn)起來——電動機模型
【想一想】通電線圈在磁場中可以轉(zhuǎn)過一個角度，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動。如何使線圈持續(xù)地轉(zhuǎn)動？
如果在線圈越過平衡位置后停止對線圈供電，由于慣性，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動半周后再繼續(xù)供電，線圈不就可以持續(xù)轉(zhuǎn)下去了嗎？
【實驗】制作電動機模型
（1）實驗器材：漆包線、小刀、干電池、圓形強磁鐵、羊眼釘、硬底板、木塊、導線等。
（2）制作線圈：將粗漆包線制成一個線圈，把一端的絕緣漆全部刮掉，另一端只刮半周。
（3）組裝器材：如圖所示，將線圈的兩端放在羊眼釘上，在線圈的下方置于圓形強磁鐵，然后接上電源，這樣就制成了一個小小的電動機。通電后，看看線圈能否轉(zhuǎn)動？
（4）小電動機的轉(zhuǎn)動原理
實驗中，將線圈一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮掉半周，線圈就能持續(xù)地轉(zhuǎn)動起來。
【提問】把一端線圈的絕緣漆只刮掉半周的目的是什么？
【分析】將線圈一端的漆皮全部刮掉，另一端只刮掉半周，可以保證給線圈適時 電或 電。
這種設(shè)計，線圈每轉(zhuǎn)一周，只有半周獲得動力，在另半周線圈沒有電流通過，線圈不受力，但由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)過這半周后，又回到原來的狀態(tài)，線圈又受到向同方向轉(zhuǎn)動的力，線圈就可以持續(xù)轉(zhuǎn)動下去。
【例題1】如圖，閉合開關(guān)，銅棒向左運動，為使銅棒向右運動，下列操作不可行的是（ ）
A．只對調(diào)電源的正、負極
B．只對調(diào)磁體的N、S極
C．導線①接A、C接線柱，導線②接B、D接線柱
D．同時對調(diào)電源正、負極和磁體N、S極
【例題2】小明為觀察磁場對通電線圈的作用。如圖所示，用漆包線做成線圈，線圈兩端的漆全部刮去，放在接有電源的金屬支架上并放入磁體中。閉合開關(guān)后，看到線圈______（“持續(xù)轉(zhuǎn)動”/“左右擺動”/“靜止不動”）。為了使線圈能持續(xù)轉(zhuǎn)動，正確的刮漆方法應(yīng)該是下列哪兩種______。
A．兩側(cè)全刮 B．一側(cè)全刮，另一側(cè)刮半周
C．兩側(cè)均刮上半周 D．一側(cè)刮上半周，一側(cè)刮下半周
探究二、電動機的基本構(gòu)造
【想一想】前面的電動機模型中，能夠持續(xù)轉(zhuǎn)動，是因為在另半周線圈沒有電流通過，線圈不受力，靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如果在線圈轉(zhuǎn)動的后半周，不是停止給線圈供電，而是設(shè)法改變后半周的電流方向，使線圈在后半周也獲得動力，線圈不就能轉(zhuǎn)得更平穩(wěn)了嗎？電動機就是根據(jù)這個原理工作的。
1. 電動機的組成
電動機由兩部分組成：能夠轉(zhuǎn)動的線圈，也叫 ；固定不動的磁體，也叫 ；電動機工作時，轉(zhuǎn)子在定子中飛快地轉(zhuǎn)動。
2. 換向器
（1）線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動的原因
如圖所示，使線圈位于磁體兩磁極間的磁場中并靜止在圖中所示位置上，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)線圈并沒有運動。這是由于線圈上下兩個邊受力大小一樣、方向卻相反。這個位置是線圈的 位置。線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動，是因為線圈越過了平衡位置以后，受到的力要阻礙它的轉(zhuǎn)動。
（2）使線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動的方法
如果在越過了平衡位置后停止對線圈供電，由于慣性，線圈不是就能連續(xù)轉(zhuǎn)下去了嗎？
前面我們用刮去引線漆皮的辦法來控制電路的通斷，即一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮上半周或下半周，從而保證給線圈適時供電或停電。這種設(shè)計，線圈每轉(zhuǎn)一周，只有半周獲得動力，在另半周線圈將要受到阻礙它轉(zhuǎn)動的力時沒有電流通過，線圈不受力；當線圈靠慣性轉(zhuǎn)過這半周后，又回到原來的狀態(tài)，線圈又受到向同方向轉(zhuǎn)動的力，以保證線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動下去。
如果在線圈轉(zhuǎn)動的后半周，不是停止給線圈供電，而是設(shè)法改變后半周電流的方向，使線圈在后半周也獲得動力，線圈將會更平穩(wěn)、更有力地轉(zhuǎn)動下去。那么，如何使線圈在后半周也能獲得向同方向轉(zhuǎn)動的力呢？
（3）換向器
實際的電動機是通過換向器來實現(xiàn)這一目的的。

①換向器的構(gòu)造：兩個 E和F跟線圈兩端相連，可隨線圈一起轉(zhuǎn)動，兩半環(huán)中間斷開，彼此絕緣。A和B是 ，它們分別跟兩個半環(huán)接觸，使電源和線圈組成閉合電路。
②換向器的作用：當線圈轉(zhuǎn)過平衡位置時，自動改變線圈中的 方向。
如圖甲、乙所示，無論線圈的哪個邊，只要它處于靠近磁體S極的一側(cè)，其中的 都是從讀者這邊朝紙內(nèi)的方向流去，這時它的受力方向總是 的（向上），線圈就可以不停地轉(zhuǎn)動下去了。
3. 直流電動機的工作原理
（1）如圖甲所示，通電線圈在磁場中，ab、cd兩邊電流方向相反，受力方向相反， 轉(zhuǎn)動（選填“順時針”或“逆時針”）。
甲 乙
（2）如圖乙所示，線圈轉(zhuǎn)到平衡位置，電刷接觸到換向器中間絕緣部分，不受力，利用 線圈轉(zhuǎn)過平衡位置。
（3）如圖丙所示，線圈越過平衡位置后，利用 改變了電流方向，線圈受力方向改變，仍然 轉(zhuǎn)動（選填“順時針”或“逆時針”）。
丙 丁
（4）如圖丁所示，線圈利用慣性轉(zhuǎn)過平衡位置后，又改變了 的方向和受力方向，會繼續(xù)轉(zhuǎn)動。
4. 實際的電動機
（1）實際的電動機有多個線圈，每個線圈都接在一對換向片上，以保證每個線圈在轉(zhuǎn)動過程中受力的方向都能使它朝同一方向轉(zhuǎn)動。
（2）電動機工作時，把 能轉(zhuǎn)化為 能。
（3）家用電器用到的電動機。例如， 等都用到了電動機。
【例題3】如圖的線圈abcd位于磁場中，ab和cd的受力方向______，（相同/不同）理由是：________，此時線圈_____（在/不在）平衡位置。
【例題4】研究磁場對電流有力的作用。
（1）利用如圖甲所示的裝置研究“磁場對電流的作用”時，應(yīng)在 “a”、“b”之間接入________，根據(jù)該原理可制成________；
（2）若要繼續(xù)研究導體受力的大小與電流大小的關(guān)系，可在上述電路中再串聯(lián)一個___________，改變電流大小后，根據(jù)____________可初步判斷受力的大小是否發(fā)生改變；
（3）乙、丙兩個圖中，_______圖的線圈恰好處于平衡位置；
探究三、揚聲器是怎么發(fā)聲的
【提問】學校的操場上掛著揚聲器（喇叭），收音機、電視機、音響中都有揚聲器，每天我們都能聽到揚聲器發(fā)出的悠揚聲音。揚聲器是怎樣發(fā)出聲音的呢？
1. 作用：它是把 信號轉(zhuǎn)變?yōu)? 信號的裝置。
2. 結(jié)構(gòu)：線圈、永久磁體、錐形紙盆。
3. 原理：揚聲器的線圈中通入攜帶聲音信息、時刻變化的電流，由于線圈中的電流方向是不斷的變化，線圈就不斷的來回 ，帶動 也不斷地來回振動，于是揚聲器就發(fā)出了聲音。

【例題5】如圖所示是揚聲器的結(jié)構(gòu)圖。當揚聲器的線圈中通入因攜帶聲音信息而時刻變化的電流時，線圈會在永久磁體的作用下受到力的作用并帶動紙盆振動發(fā)聲。下列說法中錯誤的是（ ）
A．揚聲器工作時是將電能轉(zhuǎn)化為機械能
B．揚聲器的工作原理是通電線圈在磁場中受力運動
C．揚聲器中的永久磁體周圍存在磁場
D．揚聲器工作時線圈中的電流不變
【精講點撥】
1. 通電導體在磁場中受力方向的變化情況可為以下三類：
（1）只有電流方向與原來相反，受力方向與原來相反；
（2）只有磁場方向與原來相反，受力方向與原來相反；
（3）電流方向和磁場方向都與原來相反，則受力方向與原來相同。即“兩反則不變”。
2. 區(qū)別“通電導體受磁場力的方向”、“通電導體受磁場力的大小” 的影響因素：
（1）磁場對通電導體力的方向取決于：磁場方向和電流的方向；
（2）磁場對通電導體力的大小取決于：磁場強弱和電流的大小。
3. 電動機中換向器的作用：當線圈轉(zhuǎn)過平衡位置時，自動改變線圈中的電流方向。
【歸納整理】
第4節(jié) 電動機
【課堂練習】
1. 如圖，閉合開關(guān)，銅棒向右運動，為使開關(guān)閉合后銅棒向左運動，下列操作可行的是（ ）
A．換用更細的銅棒 B．將磁體的N、S極對調(diào)
C．移動滑動變阻器的滑片 D．將電源正、負極和磁體N、S同時對調(diào)
2. 如圖所示，兩根絕緣細線懸掛著的導體，放在U形磁鐵中央， 兩端連接著導線。若要探究電動機的工作原理，虛線方框中接入的實驗器材是（ ）

A．電源 B．電壓表 C．靈敏電流計 D．滑動變阻器
3. 如圖所示是揚聲器（喇叭）的結(jié)構(gòu)圖。當揚聲器的線圈中通入攜帶聲音信息的時刻變化的電流時，線圈會在永久磁體的作用下帶動錐形紙盆振動發(fā)聲。下列說法中正確的是（ ）
A．揚聲器工作時是將機械能轉(zhuǎn)化為電能
B．揚聲器工作時線圈中不會有電流
C．揚聲器中的永久磁體不會對線圈有作用力
D．揚聲器的工作原理是通電線圈在磁場中受力運動
4. 如圖所示，在“探究磁場對通電直導線的作用”實驗中，小明把一根輕質(zhì)的鋁棒EF置于蹄形磁體的磁場中。
（1）接通電源，通過觀察___________來判斷磁場對通電直導線有力的作用；
（2）若只將磁體的兩極對調(diào)，接通電源，觀察到鋁棒EF會向相反方向運動，說明力的方向與__________有關(guān)；
（3）小明想探究“通電直導線在磁場中受力大小是否與電流大小有關(guān)”，請你幫助他寫出具體的操作：___________；
5. 學習了電和磁的知識后，小明將強磁體靠近接在家庭電路中正在發(fā)光的白熾燈的燈絲，觀察到燈絲來回晃動，經(jīng)過分析，他認為燈絲動起來的原因是_________；同時，由于通電燈絲的電流是交流電，電流的_____周期性改變，最終使得燈絲來回晃動。

6. 如圖甲是葉子姐姐自制的小風扇，使用時發(fā)現(xiàn)小風扇轉(zhuǎn)動，但風卻向后吹。葉子姐姐設(shè)計了如圖乙所示的實驗，探究其原因。
（1）閉合開關(guān)，給導體棒ab通電，發(fā)現(xiàn)導體棒ab向右運動，這表明導體棒ab在磁場中受到_____ 的作用；
（2）保持磁場方向不變，將電源正、負極對調(diào)后接入電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)導體棒ab向左運動，這表明_____________________；
（3）保持電流方向不變，將磁體的兩極對調(diào)，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)導體棒ab向右運動，這表明__________；
（4）上述實驗的原理與_____裝置的原理相同。
A．動圈式話筒 B．揚聲器
7. 在研究“磁場對通電導體的作用”實驗中：
（1）利用如圖甲所示的裝置研究“磁場對電流的作用”時，應(yīng)在a、b之間接入_______（選填“靈敏電流計”或“電源”）；
（2）在乙圖中，通電后cd段導線受磁場力F1的方向為豎直向下，此時，ab段導線所受磁場力F2的方向是豎直向____（選填“上”或“下”）；
（3）要使圖乙中的線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動，應(yīng)在其外部加裝換向器，自動改變線圈中的______方向。圖乙中的設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為_________。
8. 當開關(guān)閉合后，cd段所受到的磁場力的方向如圖1所示。請畫出圖2和圖3兩種情況中ab段所受到的磁場力的方向。
【課后反思】
本節(jié)課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？