自制“教學(xué)用直流電動(dòng)機(jī)演示裝置”

王法社　高建強(qiáng)　孫長(zhǎng)平　鮑桂龍　胡程

【摘 要】自制“教學(xué)用直流電動(dòng)機(jī)演示裝置”主要是針對(duì)中學(xué)物理電動(dòng)機(jī)部分學(xué)習(xí)比較困難的特點(diǎn)而制作的一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)演示裝置，它雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但完全符合電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的必須條件，是一臺(tái)簡(jiǎn)易的電動(dòng)機(jī)，教師在電動(dòng)機(jī)原理時(shí)變得簡(jiǎn)單易懂，讓學(xué)生輕松學(xué)習(xí)了新知識(shí)。該演示裝置具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、取材方便、制作簡(jiǎn)單、操作方便、易攜帶、實(shí)驗(yàn)效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的用于教學(xué)之中。

【關(guān)鍵詞】直流電動(dòng)機(jī)；演示裝置；自制教具；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

0 前言

隨著新課程改革的深入實(shí)施及中學(xué)素質(zhì)教育全面貫徹，全面實(shí)施以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)的素質(zhì)教育已成為教育界的共識(shí)[1-3]。在教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生為主體，充分突出學(xué)生主體作用，發(fā)揮老師主導(dǎo)作用，教師使用自制的演示裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)，提高教學(xué)效率，而且能讓同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，提高科學(xué)素養(yǎng)[4-5]。該演示裝置制作目的主要針對(duì)學(xué)生對(duì)電動(dòng)機(jī)原理及結(jié)構(gòu)有關(guān)知識(shí)的內(nèi)容抽象、實(shí)踐能力差、理論掌握難等問(wèn)題而制作的一個(gè)簡(jiǎn)易演示裝置，該裝置具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、取材方便、制作簡(jiǎn)單、操作方便、易攜帶、實(shí)驗(yàn)效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，它不僅能夠讓中學(xué)生很好地理解直流電動(dòng)機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)，而且能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，因此該演示裝置能夠很好地用于中學(xué)課堂教學(xué)中。

1 裝置的設(shè)計(jì)原理

直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為永磁、他勵(lì)和自勵(lì)3類，其中自勵(lì)又分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。直流電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，簡(jiǎn)易的直流電動(dòng)機(jī)主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子，它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。圖1為簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中固定部分稱為定子，由兩個(gè)不同極性的永磁體構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，由線圈構(gòu)成，電刷和轉(zhuǎn)換器用來(lái)控制線圈向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，圖2給出了直流電動(dòng)機(jī)工作的原理圖。從圖2中可以看出，電刷和和轉(zhuǎn)換器來(lái)控制線圈轉(zhuǎn)動(dòng)在制作上比較麻煩及演示其原理時(shí)效果不明顯，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)對(duì)這部分進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，圖1中兩個(gè)不同極性的磁鐵被一個(gè)U形磁鐵替代，設(shè)計(jì)的實(shí)物圖和操作方法在下面的部分給出。

2 裝置的實(shí)物圖及操作方法

自制“教學(xué)用直流電動(dòng)機(jī)演示裝置”的實(shí)物圖如圖3所示，包括：U形磁鐵，矩形線圈，裝置支架，電池組、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線組成。在圖3中，我們重新設(shè)計(jì)了圖1中電刷和和轉(zhuǎn)換器組合，利用一半導(dǎo)電一半不導(dǎo)電的支架來(lái)代替于電刷，借助慣性可實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，利用一個(gè)U形磁鐵替代圖1中兩個(gè)不同極性的磁鐵，我們利用銅線纏繞自制了一個(gè)簡(jiǎn)易矩形線圈。該裝置制作簡(jiǎn)單，所用的材料容易獲得，因此它不僅能夠讓學(xué)生很好地理解直流電動(dòng)機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)，而且可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，讓學(xué)生自己動(dòng)手制作，從而鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。在操作中，首先閉合開(kāi)關(guān)，用力輕輕撥動(dòng)線圈，讓線圈會(huì)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后分別改變電流的方向和磁場(chǎng)方向及同時(shí)改變電流和磁場(chǎng)方向，再觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析得出電動(dòng)機(jī)的電流方向和磁場(chǎng)方向之間的關(guān)系。在演示過(guò)程中，通電線圈在磁場(chǎng)中發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向可以根據(jù)左手定則來(lái)判斷，如果知道電流方向、受力方向、磁場(chǎng)方向中的任兩個(gè)量，由電磁學(xué)知識(shí)可知第三個(gè)量。該演示裝置不僅能夠當(dāng)作電動(dòng)機(jī)演示裝置，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的改造（把電池的兩端接上電壓表或者小燈泡）變成發(fā)電機(jī)演示裝置，通過(guò)觀看電壓表指針的變化或小燈泡的亮度來(lái)掌握發(fā)電機(jī)的原理，因此在課堂教學(xué)中通過(guò)這樣的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于新課程的改革具有重要的意義。

3 總結(jié)

自制“教學(xué)用直流電動(dòng)機(jī)演示裝置”對(duì)復(fù)雜的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，提供了制作簡(jiǎn)單、控制方便、體積小、直觀性強(qiáng)、演示效果明顯的教學(xué)用演示裝置，能夠很好地讓學(xué)生理解電動(dòng)機(jī)的基本原理及結(jié)構(gòu)，可以作為教具在課堂教學(xué)中使用。該裝置能夠很容易地改造成發(fā)電機(jī)演示裝置，也可讓學(xué)生能夠很好地理解電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的區(qū)別。該演示裝置可以作為教具輔助課堂教學(xué)，能構(gòu)有效地輔助教學(xué)，不僅使得學(xué)生能夠熟練地掌握電動(dòng)機(jī)相關(guān)知識(shí)，而且能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生在愉快的氛圍中快樂(lè)學(xué)習(xí)，能夠很好地提高教學(xué)效果。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]