师:同学们好,这节课我们先来做一个奇妙的实验。这里有一块永磁体、一节电池,还有一根绕成线圈的导线。如果把它们组合起来,会出现什么现象呢?
(老师操作,将用导线做的线圈搭在电池上,线圈转动起来)
师:看,线圈转动起来了。相信大家对这个奇妙的实验都很好奇,学完这节课,我们就能揭开其中的奥秘。上节课我们学习了磁场对电流的作用力,这节课要学习的电动机,就是磁场对电流作用力的一项重要应用。电动机在我们生活中无处不在,大家能说出生活中哪些地方用到了电动机吗?
生:电风扇、洗衣机、空调的压缩机、电饼铛、电动车、电力机车,还有剃须刀。
师:非常好,电动机确实深入到了我们生活的每一个角落,所以了解它的构造和工作原理很有必要。大家仔细看实验桌上,老师事先给大家准备了用漆包线绕成的线圈、磁铁、电池,还有用铜条制作的支架,以及泡沫。泡沫是用来方便把支架扎在适当位置的。同学们可以结合课本中的观察与思考,发挥认真的态度和灵巧的双手,让线圈转起来,大家动手做一下实验。
(一个小组通过合作完成实验,线圈转起来)
师:我们看到线圈转起来了,那线圈为什么会转起来呢?
生:因为通电线圈在磁场中受到了力的作用。
师:很好,那为什么是转动而不是直线运动呢?
生:闭合开关后,线圈中有电流,相对的两条边电流方向相反,在同一个磁场中,这两条边受力方向也相反。
师:没错,结合上节课学习的磁场对电流的作用力,借助左手定则来看,此时相对的两条边,一条边受力方向向外,另一条边受力方向也向外,所以线圈就转动了。但为什么线圈只能转过90度呢?而且刚才实验时,线圈在转动90度后,也就是线圈所在平面与磁场垂直的时候,会在那个位置晃动几下就停下来,这又是为什么呢?
(老师画图分析)
师:当线圈转到这个位置时,两条边受力方向不仅相反,而且这两个力在同一条直线上,满足二力平衡条件。线圈在这个位置不会立刻停下来,但转过平衡位置后,磁场方向和电流方向都没有改变,受力方向依然不变,这时这两个力不仅不能促使线圈转动,反而阻碍了线圈转动,所以会在这个位置晃动几下就停下来。下面请大家结合多媒体视频资料,再深入思考一下,当线圈平面与磁场垂直的时候,为什么摆动几下就不动了呢?
(展示巨型线框在磁场中的实验)
师:把一个巨型线框放在磁场中,我们看到它只是在平衡位置附近震动,最后停止。这是因为线框垂直于磁场的两条边处在同一磁场,通入的电流方向相反,所以两边受力方向相反,两个力使线框转动。但线框转过平衡位置后,两边切割磁力线的方向改变,受力方向随之改变,磁场力总的作用效果是使线框转回到平衡位置。
那么我们如何才能让通电线圈在磁场中持续转动,成为一个电动机呢?刚才分析了,通电线圈转到平衡位置时,能依靠惯性转过平衡位置,但转过平衡位置后磁场力阻碍转动。如果线圈转过平衡位置后能立即断电,线圈依靠惯性继续转动,然后再通电,是不是就能连续转动了?怎样实现这一点呢?
好,下面请大家借助手头器材继续探究,看能不能实现当线圈转过平衡位置后,立即断电让线圈靠惯性持续转动,然后再通电继续转动,从而连续转动。请大家仔细阅读本节课后的“做一做”,看看能受到什么启发,思考如何实现这个方案。
生:把线圈一端的绝缘漆层全部刮掉,另一端绝缘漆层只刮掉半周。
师:非常好,这样就能保持线圈半周因受磁场作用力而转动,后半周依靠线圈自身惯性持续转动。我们试一下能实现吗?
(展示一个小组按此方法组装的实验,线圈连续转动起来,但转速不平稳)
