§16.3《磁场对电流的作用 电动机》研学案 学校： 设计教师： 设计时间 【教学目标】 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.通过“探究磁场对通电线圈的作用”的活动，了解直流电动机的工作原理及其能量转化； 3.了解直流电动机的构造和换向器的作用，了解电动机在生产和生活中的应用，培养观察 和实践能力； 4. 通过亲历科学探究，了解换向器设计的巧妙创意，了解其简单结构中蕴含的伟大而复 杂的创造性劳动，培养热爱自然，热爱科学，乐于探索，勇于创新的科学精神和科学态度． 【教学重难点】 重点：通电导体在磁场中受力运动； 难点：直流电动机的工作原理及换向器的作用． 【教法学法】 演示法、科学探究法等 【教学器材】 玩具小汽车、直流电动机模型、电源、线圈、马蹄形磁体、铁架台、开关、导线等 【教学过程】 一、新课导入 出示玩具电动小汽车（如图 1），引出电动机，列举生活中电动机的广泛应用． 图1 问题：电动机通电后为什么会转动？ 猜想：电动机中有什么？它的内部构造是怎样的？ 生：肯定有线圈． 师：光有线圈通电就能转动吗？让我们来看一看．（教师演示：给悬挂的线圈通电， 绕圈保持静止）实验说明光有线圈和电流还不能运动，还有什么重要条件?让我们来看看直 流电动机的内部构造．（如图 2 所示，教材 44 页图 16-25） 原来还要有磁场．（玩具电动机内有磁 体） 图2 二、新课教学 1. 磁场对电流的作用 问题：磁场对通电的导体有什么作用？（如图 3 所示，教材活动 16.7） 图3 再探：通电导体在磁场中受力运动的方向和什么有关？ 结论：磁场对通电导体有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关． 正是在这一现象的启发下，人们制成了直流电动机，实现了电能到机械能的转化． 2. 直流电动机的原理 （1）问题：通电导体在磁场中受力运动，那通电线圈在磁场中受力可能会怎样运动？ 生：会转动起来． 师：那是不是就制成了我们的直流电动机．让我们来看一下实验情况（如图 4）． 将漆包线线圈两端的漆全部刮去后放入磁场中，闭合开关，线圈将怎样运动？ 图4 现象：线圈转过半圈后往回转，来回摆动后停下来，不能连续转动． （2）问题：线圈为什么会这样运动呢？ 通电线圈在磁场中的受力分析．（如图 5，结合 PPT 分析） (b) (a) (d) 图5 (c) 平衡位置：线圈平面和磁感线垂直，线圈受平衡力． （3）问题：怎样才能使通电线圈在磁场中持续转动？ 换向器——伟大的创意、杰出的发明（如图 6）． 构造：两个半铜环，它和电刷一起工作，能使线圈持续转动． 作用：每当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，使通电线圈在磁 场中持续转动． 图6 图7 在图 7 的简易直流电动机模型中，改为将线圈一端的漆全刮去，另一端只刮去半圈， 线圈就能持续转动起来．其作用相当于设计了一个简易的换向器． 直流电动机的工作原理：通电线圈在磁场中受力转动． 3. 生活物理社会 磁悬浮列车（自学教材内容，简介）． 三、新知应用 1．下列是生活中常见的电器，其中没有用到电动机的是 ( ) A.电风扇 B.手电筒 C.空调器 D.电吹风 2．如图 8 所示是探究磁场对通电直导线的作用的实验装置，请回答下列问题: (1)把导线放在磁场里，接通电源，让电流通过导线 ab，会发现导线 ab (填“运动”或 “静止”)； (2)把电源的正负极对调后接入电路，使通过 导 线 的 电 流 方 向 与 原 来 相 反 ， 这 时 导 线 ab ； (3)保持电源的正负极不变，对调磁体的磁极 ， 使 磁 场 的 方 向 与 原 来 相 反 ， 这 时 导 线 ab ．由此可以得出 :通电导线在磁场中要受到 力的作用，而且受力的方向 图8 跟 的方向和 的方向都有关系． 3．如图 9 中的线圈转过平衡位置时，如果不改变电流的方向，则线圈 A.立即停止转动 B.立即反转并一直转下去 C.按原方向一直转下去 D.在平衡位置附近摆动几下才停下来 4．如图 10 所示，导体棒 ab 向右运动，下列操作能使导体棒向左 ( ) 运动的是 A.调换磁极 ( ) 图9 B.取走一节于电池 C 将导体棒 a、b 端对调 D.向左移动滑动变阻器滑片 图 10 图 11 5．如图 11 是小华探究让线圈转起来的实验装置图． (1)线圈能够转动的原理是 ; (2)在实验，为了使线圈能持续转动，线圈引线正确的刮漆方法是 (3)请写出一种改变线圈转动方向的具体操作方法: ; . 四、课后作业 1.电动机的工作原理是 ，只改变线圈中的电流方向，电动机的转动方向 (填“会”或“不会”)改变;电动机是把 能转化成 能的机器． 2. 电流表、电压表等电学仪表工作时，它们的指针会发生偏转，可以想象这些仪表里面除 了导线和指针外，还一定有 ，你所依据的原理是 ． 3. 如图 1 所示是直流电动机的工作原理图，CD 部件被称为 ，它的作用是当线圈刚转 过平衡位置时，能自动改变 ，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动． 图1 图2 4. 如图 2 所示，线圈 abcd 位于磁场中，当开关接通时，ab 段导线受磁场力 F 的方向向上， 此时 cd 段导线受磁场力( ) A.方向向上 B.方向向下 C.为零，因为线圈处于水平位置 D.为零，因为 ab 段导线向上转动 5. 如图 3 所示为研究磁场对通电导线作用的实验装置．当接通电源，导线 ab 中的电流由 a 至 b 通过时，它将受到磁场力作用而向左运动，则 ( ) A.当磁场方向改变时，导线 ab 将向右运动，机械能将转化为电能 B.当电流方向改变时，导线 ab 将向右运动，电能转化为机械能 C.当电流方向和磁场方向同时改变时，导线 ab 仍将 向左运动，机械能将转化为电能 D.当电流方向和磁场方向同时改变时，导线 ab 将 向右运动，电能转化为机械能 图3 6. 电动机工作时会发热，但不能过热，否则会因温度过高而烧坏电动机．则下列说法正确 的是( ) A. 电动机内部线圈的电阻越小越好 B. 电动机内部线圈的电阻越大越好 C. 电动机内部线圈的电阻大小对电动机的工作没有任何影响 D. 无法判断 7. 如图 4 所示是实验室电流表的内部结构图，当处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会 带动指针一起偏转．线圈中通过的电流越大，指针的偏转角度越大，关于该现象，下 列说法正确的是( ) A.该装置利用了电流的热效应原理 B.线圈中有电流通过时，把电能全部转化为内能 C.改变线圈中的电流方向，其转动方向不会改变 D.线圈中的电流越大，其所受磁场力越大 8. 如图 5(a)是探究通电导线在磁场中受力作用的实验装置． 合开关，观察到导线 ab 向右运动，记录现象如图(b) 图4 闭 甲 所示，(图(b)甲、乙、丙是该实验装置的剖面图)，其中⊙表示电流垂直向外流出， � 表示电流垂直向里流进．接着把磁体的 N、S 极对调，记录的现象如图(b)乙所示． (a) 图5 (b) (1)比较图(b)甲、乙可知，通电导线在磁场中的受力方向与 方向有关; (2)在图(b)丙中画出磁感线，并画出导线受到的磁场力 F 的方向． 9. 小红在学习了磁场对通电导体有力的作用后，进一步查阅资料，了解到当电流与磁场垂 直时，磁场对通电导体的作用力大小与磁场强度、导体在磁场中的长度以及导体中的电流 强度有关．她设计了如图 6 所示的实验装置，来探究磁场对通电导体的作用力大小与电流 强度是否有关．实验步骤如下，请你补充完整: (1)将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将一 蹄形磁体竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下 方的蹄形磁体磁极间的磁场方向垂直; (2)给导体棒两端加电压 U1，闭合电路，观察悬线 偏转的角度 1 ; (3)给导体棒两端加电压 U2 ，U2> U1 ，闭合电路，观察悬线偏 转的角度 2 ; 图6 (4)通过比较 ，即可知道磁场对通电导体的作用力大小与电流强度是否 有关; (5)小刚也利用该装置探究磁场对通电导体的作用力大小与电流强度是否有关，但两次 实验中给导体棒所通电流方向均与小红的相反．比较小刚和小红的做法，你认为( ) A.都可以 B.小红的更好 C.小刚的更好 (6)小红想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与导体在磁场中的长度是否有关， (填“对”或“不对”)． 于是她更换了另一根较长的导体棒，这样改变自变量 10. 在复习“电流的磁场”和“磁场对电流的作用”时，小刚想 :“既然通电导体周围存在磁场， 磁场又会对通电导体产生力的作用，那么互相靠近的两个通电导体间是否会产生力的 作用呢?” (1)于是，他和小强商议通过实验来研究这一问题．他们找到了两根柔软的导线，相距 较近地平行固定在接线板上，实验电路如图 7 甲所示，通电后根据实验观察到的现 象如图乙所示．该实验表明:两个通电导体之间 ． 图7 (2)小强认为，如果改变其中一个通电导体中的电流方向，则它们之间作用力的方向也会 发生改变．小强这样想的理由是电流产生的磁场方向是由 的方向决定的，当一 个通电导体中电流的方向改变时，它产生的磁场方向也会发生改变;而磁场对通电导 体的作用力的方向与 的方向和 的方向有关，另一个通电导体中电流的方 向不变，但磁场方向变化了，它受到的磁场力的方向就会改变． (3)如果开始实验时，小刚和小强没有找到柔软的导线，而是用较硬的普通铝芯电线进 行实验，你认为会出现怎样的情况? 参考答案 三、新知应用 1. B 2. (1)运动 (2)向相反方向运动 (3)向相反方向运动 电流 磁场 3. D 4. A 5. (1)通电线圈在磁场中受到力的作用 (2)一根引线的漆全部刮掉，另一根只刮掉半圈的漆 (3)对调电源的正负极(或对调磁体的磁极) 四、课后作业 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 通电线圈在磁场中受力转动 会 电 机械 磁体 通电导体在磁场中受到力的作用 换向器 线圈中电流方向 B B A D (1)磁场 (2)如图所示 9. (4) 1 、 2 的大小 (5)B (6)不对 10. (1)会产生力的作用 (2)电流 电流 磁场 （后面两空交换亦可） (3)可能观察不到两通电导体间的相互作用． 第 8 题答图