“電動機”的教學設計與構思＊

韓亞東 拾景忠

（江蘇師范大學 江蘇 徐州 221116）

1 教學課題

義務教育課程標準實驗教科書物理八年級下冊，第九章第6節(jié)“電動機”.

2 設計思路

初中物理“電動機”教學中，一般使用的電動機教具大多結構復雜，并附屬“換向器”、“電刷”等結構，此外，轉子部分并不是空心矩形線圈，這與教材提供的空心線圈轉子是有差別的，學生不容易將兩者統(tǒng)一起來，并很難鞏固好本節(jié)的重點知識“通電導線在磁場中受力的作用”，從而引起學習障礙.同時，學生對直流電動機電流的換向有一定的疑惑，總會想到把電源的正負極交換方向來改變電流的方向.

為此我們在準備參加“第五屆全國大學生物理教學技能展評”訓練過程中，摸索出了一種非常簡單的、并能讓學生自己動手制作的電動機模型，通過制作帶有“手動換向器”的直流電動機解決了以上教學中存在的問題，使學生對電動機的工作原理以及換向器的原理有了直觀的了解，效果頗佳.

3 教學過程

3.1 新課導入

課堂開始，用“會轉動的線圈”（如圖1）這個物理模型引入新課.簡單好玩的電動機模型很容易激發(fā)學生的好奇心與求知欲.

圖1 會轉動的線圈

引出問題：

師：線圈為什么會轉動？

學生帶著疑問開始學習新的知識——電動機.

3.2 探究分析

師：奧斯特實驗說明了通電導體周圍對磁體能產生力的作用，那么將通電導線放在磁場，它是否受到力呢？受力方向與誰有關？

設計實驗并觀察：

（1）未閉合開關時，導體在磁場中的情況；

（2）未加磁場時，通電導體的情況；

（3）閉合開關，觀察導體在磁場中的情況.

師：從上述現(xiàn)象，你可以獲得什么樣的結論？

生：通電導體在磁場中會受到力的作用.

引導學生改進實驗設計，引導學生觀察：

（1）改變電流方向；

（2）改變磁場方向；

（3）同時改變磁場的方向和通入電流的方向.

小結：通電導體在磁場中的受力方向與電流方向和磁場方向有關.

3.3 學以致用

以制作電動機為出發(fā)點，進行探究實驗.

通過類比電動機，筆者制作了一個電動機模型，如圖2所示.這兒有兩個支架，既起到支撐的作用，同時又有導電的作用，在支架的下方有一塊磁鐵，在它的周圍存在一定的磁場，用漆包線繞成了一個線圈，讓我們把它放在支架上，為了便于通電，我們已經把引線的漆皮刮掉了.

圖2 制作的電動機模型

師：現(xiàn)在的電動機是否已經做好了呢？讓我們拭目以待.（閉合開關）同學們觀察線圈有什么現(xiàn)象呢？現(xiàn)在大家可以相互討論一下.

生：線圈來回擺動.

生：線圈沒能夠連續(xù)轉動.

通電后，發(fā)現(xiàn)線圈來回的擺動，并沒有像學生預想的那樣不停的轉動.（激發(fā)了學生的探索的興趣）

師：大家回答得都非常好，線圈為什么來回擺動而不能連續(xù)轉動呢？我們一塊來分析一下.（電動機工作過程，如圖3）

圖3 直流電動機工作原理圖

由于磁場及電流的方向沒有發(fā)生變化，因而通電導線在磁場中受力的方向是固定不變的，這就使得線圈先有順時針方向轉動，轉過平衡位置后，變?yōu)槟鏁r針方向轉動.

師：那么我們該如何改進裝置，使它能夠連續(xù)轉動呢？（語氣停頓）

生：改變力的方向.

師：聽到有的同學說改變力的方向.嗯，很好，我們一塊兒來分析一下.當線圈轉過平衡位置的時候，改變力的方向，線圈將會繼續(xù)沿著順時針方向轉動.

我們知道力的方向，不僅與電流的方向有關，還與磁場方向有關.下面，我們就固定磁場方向不變，通過改變電流的方向進行實驗.

這兒有一個改變電流方向的裝置，它是由雙刀雙擲開關改裝成的，如圖4所示.

圖4 雙刀雙擲開關“手動換向”

當開關閉合到a端，我們看到電流從正極出發(fā)，經由2—1—c—d—4—5，按照這樣的路徑經過電動機，最后回到負極；當我們改變開關的方向，閉合到b端時，電流從正極出發(fā)，經由2—3—4—d—c—1—6—5，電流卻按照這樣的路徑經過電動機，最后回到負極.很顯然，當開關閉合的方向改變時，經過電動機的電流方向也改變了.

當線圈轉過平衡位置的時候，我們來改變電流的方向.

大家準備好了嗎？讓我們閉合開關，改變、改變、改變……我們看到線圈轉動起來了.我們的電動機做成功了.

像這樣，改變電流方向的裝置在我們物理中啊，是有專業(yè)名稱的，我們把它叫做——換向器.其實生活中的直流電動機就是通過換向器來實現(xiàn)其功能的.

同理，我們也可以保持電流方向不變，不斷地改變磁場的方向來使線圈連續(xù)轉動.

生：我們的電動機操作太麻煩了……

師：嗯，我們的電動機還需要動手操作才能完成.

我啊，有一個更為簡便的方法，既不改變電流的方向，也不改變磁場的方向，只需要另一個線圈，同樣可以使它連續(xù)轉動.大家相信嗎？

生：不相信.

生：相信.

生：……也許吧.

師：讓我們共同來見證一下.（換另一個準備好的線圈進行實驗）

我們很清楚地看到線圈連續(xù)的轉動.這是因為什么呢？

在之前，筆者已經把線圈引線的漆皮刮掉了半周，這樣線圈每轉一周，只有半周有電流通過，也就只有半周獲得動力，因為線圈具有慣性，不通電的半周，將繼續(xù)順著原來的運動方向轉動.再次運動到通電半周時，又獲得了動力.這樣周而復始.線圈就可以連續(xù)不斷的轉動下去了.就像我們騎自行車，騎一會兒，休息一會兒，車子還是繼續(xù)的運動.

我們歸納一下，使得線圈可以連續(xù)轉動的方法：

（1）改變電流的方向（換向器）；

（2）改變磁場的方向；

（3）間歇的通斷電.

現(xiàn)在給大家介紹下生活中實際的直流電動機.

（1）組成：轉子和定子.

（2）電動機里，能夠轉動的部分叫轉子，固定不動的部分叫定子.

（3）電動機工作實質是電能轉化為機械能.

4 教學特色

整堂課的教學構思新穎，首先通過引入能夠“連續(xù)轉動的線圈”這一物理模型，把學生的注意力和探索欲望聚焦到電動機上來.隨后自己制作教具（電動機模型和手動換向器），在制作電動機的過程中，為了使線圈連續(xù)轉動，一個問題解決了，新的問題又順勢呈現(xiàn)出來了，環(huán)環(huán)緊扣，牢牢吸引著學生的注意力.

整個課堂充滿了有趣的物理實驗，對教材進行了充分的二次挖掘.自制電動機和手動換向器在教學中增加了趣味性，開關閉合方向的改變，會使線圈轉動方向發(fā)生改變，對前面的知識“當電流方向改變，通電導線受到力的方向也發(fā)生改變”有很好的鞏固作用.同時對換向器的原理有了更直觀的了解.

5 教學效果

這則教學設計是筆者參加2013年全國第五屆“人教社杯”大學生與研究生物理教學技能展評時采用的，課堂教學效果受到評委們的一致好評，因此獲得教學技能一等獎.