“电动机”的教学设计与构思＊

韩亚东 拾景忠

（江苏师范大学 江苏 徐州 221116）

1 教学课题

义务教育课程标准实验教科书物理八年级下册，第九章第6节“电动机”.

2 设计思路

初中物理“电动机”教学中，一般使用的电动机教具大多结构复杂，并附属“换向器”、“电刷”等结构，此外，转子部分并不是空心矩形线圈，这与教材提供的空心线圈转子是有差别的，学生不容易将两者统一起来，并很难巩固好本节的重点知识“通电导线在磁场中受力的作用”，从而引起学习障碍.同时，学生对直流电动机电流的换向有一定的疑惑，总会想到把电源的正负极交换方向来改变电流的方向.

为此我们在准备参加“第五届全国大学生物理教学技能展评”训练过程中，摸索出了一种非常简单的、并能让学生自己动手制作的电动机模型，通过制作带有“手动换向器”的直流电动机解决了以上教学中存在的问题，使学生对电动机的工作原理以及换向器的原理有了直观的了解，效果颇佳.

3 教学过程

3.1 新课导入

课堂开始，用“会转动的线圈”（如图1）这个物理模型引入新课.简单好玩的电动机模型很容易激发学生的好奇心与求知欲.

图1 会转动的线圈

引出问题：

师：线圈为什么会转动？

学生带着疑问开始学习新的知识——电动机.

3.2 探究分析

师：奥斯特实验说明了通电导体周围对磁体能产生力的作用，那么将通电导线放在磁场，它是否受到力呢？受力方向与谁有关？

设计实验并观察：

（1）未闭合开关时，导体在磁场中的情况；

（2）未加磁场时，通电导体的情况；

（3）闭合开关，观察导体在磁场中的情况.

师：从上述现象，你可以获得什么样的结论？

生：通电导体在磁场中会受到力的作用.

引导学生改进实验设计，引导学生观察：

（1）改变电流方向；

（2）改变磁场方向；

（3）同时改变磁场的方向和通入电流的方向.

小结：通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关.

3.3 学以致用

以制作电动机为出发点，进行探究实验.

通过类比电动机，笔者制作了一个电动机模型，如图2所示.这儿有两个支架，既起到支撑的作用，同时又有导电的作用，在支架的下方有一块磁铁，在它的周围存在一定的磁场，用漆包线绕成了一个线圈，让我们把它放在支架上，为了便于通电，我们已经把引线的漆皮刮掉了.

图2 制作的电动机模型

师：现在的电动机是否已经做好了呢？让我们拭目以待.（闭合开关）同学们观察线圈有什么现象呢？现在大家可以相互讨论一下.

生：线圈来回摆动.

生：线圈没能够连续转动.

通电后，发现线圈来回的摆动，并没有像学生预想的那样不停的转动.（激发了学生的探索的兴趣）

师：大家回答得都非常好，线圈为什么来回摆动而不能连续转动呢？我们一块来分析一下.（电动机工作过程，如图3）

图3 直流电动机工作原理图

由于磁场及电流的方向没有发生变化，因而通电导线在磁场中受力的方向是固定不变的，这就使得线圈先有顺时针方向转动，转过平衡位置后，变为逆时针方向转动.

师：那么我们该如何改进装置，使它能够连续转动呢？（语气停顿）

生：改变力的方向.

师：听到有的同学说改变力的方向.嗯，很好，我们一块儿来分析一下.当线圈转过平衡位置的时候，改变力的方向，线圈将会继续沿着顺时针方向转动.

我们知道力的方向，不仅与电流的方向有关，还与磁场方向有关.下面，我们就固定磁场方向不变，通过改变电流的方向进行实验.

这儿有一个改变电流方向的装置，它是由双刀双掷开关改装成的，如图4所示.

图4 双刀双掷开关“手动换向”

当开关闭合到a端，我们看到电流从正极出发，经由2—1—c—d—4—5，按照这样的路径经过电动机，最后回到负极；当我们改变开关的方向，闭合到b端时，电流从正极出发，经由2—3—4—d—c—1—6—5，电流却按照这样的路径经过电动机，最后回到负极.很显然，当开关闭合的方向改变时，经过电动机的电流方向也改变了.

当线圈转过平衡位置的时候，我们来改变电流的方向.

大家准备好了吗？让我们闭合开关，改变、改变、改变……我们看到线圈转动起来了.我们的电动机做成功了.

像这样，改变电流方向的装置在我们物理中啊，是有专业名称的，我们把它叫做——换向器.其实生活中的直流电动机就是通过换向器来实现其功能的.

同理，我们也可以保持电流方向不变，不断地改变磁场的方向来使线圈连续转动.

生：我们的电动机操作太麻烦了……

师：嗯，我们的电动机还需要动手操作才能完成.

我啊，有一个更为简便的方法，既不改变电流的方向，也不改变磁场的方向，只需要另一个线圈，同样可以使它连续转动.大家相信吗？

生：不相信.

生：相信.

生：……也许吧.

师：让我们共同来见证一下.（换另一个准备好的线圈进行实验）

我们很清楚地看到线圈连续的转动.这是因为什么呢？

在之前，笔者已经把线圈引线的漆皮刮掉了半周，这样线圈每转一周，只有半周有电流通过，也就只有半周获得动力，因为线圈具有惯性，不通电的半周，将继续顺着原来的运动方向转动.再次运动到通电半周时，又获得了动力.这样周而复始.线圈就可以连续不断的转动下去了.就像我们骑自行车，骑一会儿，休息一会儿，车子还是继续的运动.

我们归纳一下，使得线圈可以连续转动的方法：

（1）改变电流的方向（换向器）；

（2）改变磁场的方向；

（3）间歇的通断电.

现在给大家介绍下生活中实际的直流电动机.

（1）组成：转子和定子.

（2）电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子.

（3）电动机工作实质是电能转化为机械能.

4 教学特色

整堂课的教学构思新颖，首先通过引入能够“连续转动的线圈”这一物理模型，把学生的注意力和探索欲望聚焦到电动机上来.随后自己制作教具（电动机模型和手动换向器），在制作电动机的过程中，为了使线圈连续转动，一个问题解决了，新的问题又顺势呈现出来了，环环紧扣，牢牢吸引着学生的注意力.

整个课堂充满了有趣的物理实验，对教材进行了充分的二次挖掘.自制电动机和手动换向器在教学中增加了趣味性，开关闭合方向的改变，会使线圈转动方向发生改变，对前面的知识“当电流方向改变，通电导线受到力的方向也发生改变”有很好的巩固作用.同时对换向器的原理有了更直观的了解.

5 教学效果

这则教学设计是笔者参加2013年全国第五届“人教社杯”大学生与研究生物理教学技能展评时采用的，课堂教学效果受到评委们的一致好评，因此获得教学技能一等奖.