【課件】跨學(xué)科實(shí)踐：制作簡(jiǎn)易直流電動(dòng)機(jī)（課件）-人教版九年級(jí)物理全一冊(cè)

第5節(jié)

跨學(xué)科實(shí)踐:制作簡(jiǎn)易直流電動(dòng)機(jī)新課導(dǎo)入

"老師，我的遙控車(chē)為什么會(huì)自己跑？教室的風(fēng)扇為什么能轉(zhuǎn)一整天不累？?答案就藏在今天的神奇線(xiàn)圈里！?我們拆過(guò)馬達(dá)，學(xué)過(guò)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，這次自己造個(gè)電動(dòng)機(jī)，解密‘電→動(dòng)’的魔法！""猜猜看：線(xiàn)圈和磁鐵怎么配合才能轉(zhuǎn)不停？"1.理解簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)中換向器的替代設(shè)計(jì)原理。（重點(diǎn)）2.用物理學(xué)原理解釋自制電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程。（重點(diǎn)）學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1項(xiàng)目提出知識(shí)全解生活場(chǎng)景：玩具總動(dòng)員：遙控賽車(chē)、軌道火車(chē)?生活小幫手：電動(dòng)牙刷、USB小風(fēng)扇?未來(lái)科技：無(wú)人機(jī)螺旋槳、智能機(jī)器人關(guān)節(jié)這些裝置為什么會(huì)自己動(dòng)起來(lái)？它們的“心臟”藏在哪里？生活觀察：直流電動(dòng)機(jī)無(wú)處不在知識(shí)點(diǎn)1項(xiàng)目提出知識(shí)全解現(xiàn)象聚焦：電動(dòng)機(jī)的“卡頓”問(wèn)題?回憶舊知：通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)??

普通線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)半圈后反向受力→無(wú)法持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)?

復(fù)雜換向器制作困難挑戰(zhàn)任務(wù)："能否用初中實(shí)驗(yàn)室材料，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易‘換向裝置’讓線(xiàn)圈轉(zhuǎn)不停？"知識(shí)點(diǎn)2項(xiàng)目分析知識(shí)全解破解電動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的四大關(guān)鍵①

線(xiàn)圈材料選擇?使用漆包線(xiàn)?絕緣性：避免線(xiàn)圈匝間短路?可操控性：刮漆部位精準(zhǔn)控制電流通斷漆包線(xiàn)粗細(xì)選擇：?

粗漆包線(xiàn)：機(jī)械強(qiáng)度高，轉(zhuǎn)動(dòng)更穩(wěn)定?

細(xì)漆包線(xiàn)：電阻大易發(fā)熱，適合微型電機(jī)知識(shí)點(diǎn)2項(xiàng)目分析知識(shí)全解②

磁體與支架設(shè)計(jì)?強(qiáng)磁體必要性：?產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)

→

增大線(xiàn)圈受力?固定為定子：簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低制作難度?支架材料要求：?重金屬絲：導(dǎo)電性+支撐穩(wěn)定性?避免使用鐵質(zhì)支架：防止磁干擾破解電動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的四大關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)2項(xiàng)目分析知識(shí)全解③

轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)控制?線(xiàn)圈作為轉(zhuǎn)子：?

矩形設(shè)計(jì)（3cm×2cm）：增大受力臂，提高轉(zhuǎn)矩?

匝數(shù)選擇（5-10匝）：??

匝數(shù)過(guò)少

→

磁場(chǎng)力不足??

匝數(shù)過(guò)多

→

重量增加導(dǎo)致慣性不足破解電動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的四大關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)2項(xiàng)目分析知識(shí)全解④換向功能的替代方案?刮漆法實(shí)現(xiàn)半周通電?：?左端全刮：確保與支架始終導(dǎo)電

→

電流輸入?右端半周刮：?上半周接觸

→

通電受力轉(zhuǎn)動(dòng)?下半周斷開(kāi)

→

靠慣性通過(guò)破解電動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的四大關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)2項(xiàng)目分析（常見(jiàn)問(wèn)題庫(kù)）?知識(shí)全解現(xiàn)象可能原因解決方案線(xiàn)圈不轉(zhuǎn)動(dòng)?刮漆不徹底（絕緣漆殘留）

?磁極方向與線(xiàn)圈平面垂直??重新刮漆至銅線(xiàn)裸露

??調(diào)整磁體N、S極方向轉(zhuǎn)動(dòng)不連續(xù)?慣性不足（線(xiàn)圈過(guò)重/匝數(shù)過(guò)多）

?支架摩擦過(guò)大??減少線(xiàn)圈匝數(shù)至5-8匝

??涂抹潤(rùn)滑油轉(zhuǎn)速過(guò)慢?電池電壓不足

?磁體磁性減弱??更換新電池（1.5V→3V）

??疊加多個(gè)磁體增強(qiáng)磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)3項(xiàng)目實(shí)施知識(shí)全解四步打造你的專(zhuān)屬電動(dòng)機(jī)！步驟1：繞制線(xiàn)圈——制作核心轉(zhuǎn)子視覺(jué)化操作指南?：?選材裁剪：取直徑約0.5mm的粗漆包線(xiàn)，剪取長(zhǎng)度約30cm?工具：直尺標(biāo)記3cm×2cm區(qū)域，硬紙板輔助定型?繞線(xiàn)技巧：沿3cm邊繞5-10匝，保持匝間緊密無(wú)重疊??匝數(shù)建議：選5匝?轉(zhuǎn)軸預(yù)留：兩端各留2cm直導(dǎo)線(xiàn)作為轉(zhuǎn)軸知識(shí)點(diǎn)3項(xiàng)目實(shí)施知識(shí)全解步驟2：刮漆處理——破解換向密碼?左端：用刀片徹底刮凈絕緣漆，露出銅色金屬光澤?右端：僅刮除半周（180°）絕緣漆?方法：轉(zhuǎn)軸平放桌面，刮朝上一側(cè)的半周?驗(yàn)證：用萬(wàn)用表檢測(cè)刮漆區(qū)導(dǎo)電性安全警示???："刮漆時(shí)刀片向外推，戴防護(hù)手套！"四步打造你的專(zhuān)屬電動(dòng)機(jī)！知識(shí)點(diǎn)3項(xiàng)目實(shí)施知識(shí)全解步驟3：組裝支架——搭建導(dǎo)電橋梁1.?支架制作：材料：直徑1mm以上銅絲或鐵夾子金屬絲彎折要求：??高度匹配線(xiàn)圈轉(zhuǎn)軸（約2cm高）??頂部開(kāi)V型槽（減少轉(zhuǎn)軸摩擦）2.?電路連接：支架底部固定于硬紙板，分別連接電池正負(fù)極?導(dǎo)電測(cè)試：用導(dǎo)線(xiàn)短接支架，觀察電池是否發(fā)熱四步打造你的專(zhuān)屬電動(dòng)機(jī)！知識(shí)點(diǎn)3項(xiàng)目實(shí)施知識(shí)全解步驟4：放置磁體與調(diào)試啟動(dòng)1.?磁體定位：強(qiáng)磁體平放在線(xiàn)圈正下方，N、S極方向與線(xiàn)圈平面平行?磁場(chǎng)驗(yàn)證：撒鐵屑觀察磁感線(xiàn)分布?2.啟動(dòng)秘訣：輕推線(xiàn)圈至傾斜30°位置釋放?成功標(biāo)志：持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)10圈四步打造你的專(zhuān)屬電動(dòng)機(jī)！知識(shí)點(diǎn)3項(xiàng)目實(shí)施知識(shí)全解安全與注意事項(xiàng)！?1.小刀刮漆包線(xiàn)：手手很重要！????刮漆操作："刮漆時(shí)刀片向外推，別對(duì)著手指！"（想象你在削鉛筆，但更小心）建議戴勞保手套（實(shí)驗(yàn)室那種白手套超酷的?。?偷懶警告：別用牙咬漆皮！銅線(xiàn)扎嘴超痛~2.電池安全：別讓電池"生氣"！????電路連接："正負(fù)極別接反！"（電池盒標(biāo)有+?號(hào)，瞪大眼睛看清楚）?短路警告：別讓導(dǎo)線(xiàn)兩頭直接碰一起！會(huì)冒煙+燙手！電池發(fā)熱立刻停用（摸起來(lái)比奶茶還燙？趕緊找老師！）

展示交流知識(shí)全解課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)：品展示會(huì)：我的電動(dòng)機(jī)超酷！?任務(wù)卡：?曬設(shè)計(jì)：??"舉起你的線(xiàn)圈！說(shuō)出刮漆半周的操作理由~"?秀成果：??"三秒倒計(jì)時(shí)，看誰(shuí)的線(xiàn)圈轉(zhuǎn)得最持久！"（全班一起喊：“3—2—1—轉(zhuǎn)！”拿手機(jī)錄慢動(dòng)作）互動(dòng)投票："給最炫電動(dòng)機(jī)點(diǎn)贊！??

最佳設(shè)計(jì)獎(jiǎng)/最穩(wěn)轉(zhuǎn)速獎(jiǎng)"展示交流知識(shí)全解改進(jìn)腦洞：未來(lái)工程師計(jì)劃奇葩方案收集："給線(xiàn)圈穿LED燈，轉(zhuǎn)起來(lái)就是光劍！"（配星球大戰(zhàn)BGM）"把磁鐵換成電磁鐵，手機(jī)藍(lán)牙控制轉(zhuǎn)速！"（雖然現(xiàn)在做不到，但做夢(mèng)免費(fèi)~）老師靈魂拷問(wèn)："如果讓你花10塊錢(qián)升級(jí)，你買(mǎi)更粗的線(xiàn)、更強(qiáng)的磁鐵，還是買(mǎi)軸承？為什么？例題1制作電動(dòng)機(jī)時(shí)，為什么要用漆包線(xiàn)而不是普通銅線(xiàn)？（

）A.漆包線(xiàn)更便宜B.漆層可以防止線(xiàn)圈匝間短路C.漆包線(xiàn)顏色更鮮艷好看D.普通銅線(xiàn)導(dǎo)電性差當(dāng)堂練習(xí)B解析：答案：B漆包線(xiàn)的表面涂有絕緣漆層，這層絕緣漆能有效防止線(xiàn)圈各匝之間直接接觸，避免發(fā)生短路。如果使用普通銅線(xiàn)，線(xiàn)圈相鄰的匝會(huì)因裸露而導(dǎo)電，導(dǎo)致電流不按預(yù)定路徑流動(dòng)，不僅影響磁場(chǎng)生成，還可能引發(fā)短路、發(fā)熱甚至損壞設(shè)備。因此，漆包線(xiàn)的絕緣性是電動(dòng)機(jī)正常工作的關(guān)鍵，而選項(xiàng)A、C、D均與這一核心功能無(wú)關(guān)。當(dāng)堂練習(xí)例題2線(xiàn)圈右端只刮掉半周絕緣漆的目的是什么？（

）A.減輕線(xiàn)圈重量B.讓線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)自動(dòng)通電和斷電C.方便區(qū)分左右兩端D.防止電池過(guò)熱當(dāng)堂練習(xí)B解析：?線(xiàn)圈右端僅刮除半周絕緣漆，是為了在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)周期性控制電流通斷。當(dāng)刮漆部分接觸支架時(shí)，電路導(dǎo)通，線(xiàn)圈受磁場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；未刮漆部分接觸時(shí)，電路斷開(kāi)，線(xiàn)圈依靠慣性通過(guò)該半周，避免反向受力。這種設(shè)計(jì)替代了傳統(tǒng)換向器功能，使線(xiàn)圈能持續(xù)單向轉(zhuǎn)動(dòng)。選項(xiàng)A（重量影響極?。（無(wú)需區(qū)分左右）和D（與散熱無(wú)關(guān)）均不符合核心原理。答案：B當(dāng)堂練習(xí)例題3

某同學(xué)制作的電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈抖動(dòng)但不轉(zhuǎn)動(dòng)，可能的原因是？（

）①

刮漆不徹底導(dǎo)致電路不通②

磁體N、S極方向與線(xiàn)圈平面垂直③

支架與轉(zhuǎn)軸摩擦力過(guò)大④

電池電壓過(guò)高A.①②③B.①③④C.②③④D.①②④當(dāng)堂練習(xí)

A

解析：??①

刮漆不徹底：若絕緣漆未刮凈，線(xiàn)圈與支架接觸不良，電流斷續(xù)導(dǎo)通，導(dǎo)致線(xiàn)圈受力不均，只能抖動(dòng)無(wú)法持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。?②

磁極方向垂直：磁場(chǎng)方向需與線(xiàn)圈平面平行才能形成有效轉(zhuǎn)矩。若垂