韓亞東 拾景忠

（江蘇師范大學(xué) 江蘇 徐州 221116）

1 教學(xué)課題

義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理八年級(jí)下冊，第九章第6節(jié)“電動(dòng)機(jī)”.

2 設(shè)計(jì)思路

初中物理“電動(dòng)機(jī)”教學(xué)中，一般使用的電動(dòng)機(jī)教具大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并附屬“換向器”、“電刷”等結(jié)構(gòu)，此外，轉(zhuǎn)子部分并不是空心矩形線圈，這與教材提供的空心線圈轉(zhuǎn)子是有差別的，學(xué)生不容易將兩者統(tǒng)一起來，并很難鞏固好本節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)“通電導(dǎo)線在磁場中受力的作用”，從而引起學(xué)習(xí)障礙.同時(shí)，學(xué)生對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電流的換向有一定的疑惑，總會(huì)想到把電源的正負(fù)極交換方向來改變電流的方向.

為此我們在準(zhǔn)備參加“第五屆全國大學(xué)生物理教學(xué)技能展評(píng)”訓(xùn)練過程中，摸索出了一種非常簡單的、并能讓學(xué)生自己動(dòng)手制作的電動(dòng)機(jī)模型，通過制作帶有“手動(dòng)換向器”的直流電動(dòng)機(jī)解決了以上教學(xué)中存在的問題，使學(xué)生對(duì)電動(dòng)機(jī)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(xué)過程

3.1 新課導(dǎo)入

課堂開始，用“會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈”（如圖1）這個(gè)物理模型引入新課.簡單好玩的電動(dòng)機(jī)模型很容易激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲.

圖1 會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈

引出問題：

師：線圈為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)？

學(xué)生帶著疑問開始學(xué)習(xí)新的知識(shí)——電動(dòng)機(jī).

3.2 探究分析

師：奧斯特實(shí)驗(yàn)說明了通電導(dǎo)體周圍對(duì)磁體能產(chǎn)生力的作用，那么將通電導(dǎo)線放在磁場，它是否受到力呢？受力方向與誰有關(guān)？

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并觀察：

（1）未閉合開關(guān)時(shí)，導(dǎo)體在磁場中的情況；

（2）未加磁場時(shí)，通電導(dǎo)體的情況；

（3）閉合開關(guān)，觀察導(dǎo)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(jié)論？

生：通電導(dǎo)體在磁場中會(huì)受到力的作用.

引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生觀察：

（1）改變電流方向；

（2）改變磁場方向；

（3）同時(shí)改變磁場的方向和通入電流的方向.

小結(jié)：通電導(dǎo)體在磁場中的受力方向與電流方向和磁場方向有關(guān).

3.3 學(xué)以致用

以制作電動(dòng)機(jī)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn).

通過類比電動(dòng)機(jī)，筆者制作了一個(gè)電動(dòng)機(jī)模型，如圖2所示.這兒有兩個(gè)支架，既起到支撐的作用，同時(shí)又有導(dǎo)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(gè)線圈，讓我們把它放在支架上，為了便于通電，我們已經(jīng)把引線的漆皮刮掉了.

圖2 制作的電動(dòng)機(jī)模型

師：現(xiàn)在的電動(dòng)機(jī)是否已經(jīng)做好了呢？讓我們拭目以待.（閉合開關(guān)）同學(xué)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?cái)[動(dòng).

生：線圈沒能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng).

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

師：大家回答得都非常好，線圈為什么來回?cái)[動(dòng)而不能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)呢？我們一塊來分析一下.（電動(dòng)機(jī)工作過程，如圖3）

圖3 直流電動(dòng)機(jī)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(dǎo)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過平衡位置后，變?yōu)槟鏁r(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng).

師：那么我們該如何改進(jìn)裝置，使它能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)呢？（語氣停頓）

生：改變力的方向.

師：聽到有的同學(xué)說改變力的方向.嗯，很好，我們一塊兒來分析一下.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置的時(shí)候，改變力的方向，線圈將會(huì)繼續(xù)沿著順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng).

我們知道力的方向，不僅與電流的方向有關(guān)，還與磁場方向有關(guān).下面，我們就固定磁場方向不變，通過改變電流的方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

這兒有一個(gè)改變電流方向的裝置，它是由雙刀雙擲開關(guān)改裝成的，如圖4所示.

圖4 雙刀雙擲開關(guān)“手動(dòng)換向”

當(dāng)開關(guān)閉合到a端，我們看到電流從正極出發(fā)，經(jīng)由2—1—c—d—4—5，按照這樣的路徑經(jīng)過電動(dòng)機(jī)，最后回到負(fù)極；當(dāng)我們改變開關(guān)的方向，閉合到b端時(shí)，電流從正極出發(fā)，經(jīng)由2—3—4—d—c—1—6—5，電流卻按照這樣的路徑經(jīng)過電動(dòng)機(jī)，最后回到負(fù)極.很顯然，當(dāng)開關(guān)閉合的方向改變時(shí)，經(jīng)過電動(dòng)機(jī)的電流方向也改變了.

當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置的時(shí)候，我們來改變電流的方向.

大家準(zhǔn)備好了嗎？讓我們閉合開關(guān)，改變、改變、改變……我們看到線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來了.我們的電動(dòng)機(jī)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(shí)生活中的直流電動(dòng)機(jī)就是通過換向器來實(shí)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(zhuǎn)動(dòng).

生：我們的電動(dòng)機(jī)操作太麻煩了……

師：嗯，我們的電動(dòng)機(jī)還需要?jiǎng)邮植僮鞑拍芡瓿?

我啊，有一個(gè)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(gè)線圈，同樣可以使它連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng).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(gè)準(zhǔn)備好的線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）

我們很清楚地看到線圈連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng).這是因?yàn)槭裁茨兀?/p>

在之前，筆者已經(jīng)把線圈引線的漆皮刮掉了半周，這樣線圈每轉(zhuǎn)一周，只有半周有電流通過，也就只有半周獲得動(dòng)力，因?yàn)榫€圈具有慣性，不通電的半周，將繼續(xù)順著原來的運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng).再次運(yùn)動(dòng)到通電半周時(shí)，又獲得了動(dòng)力.這樣周而復(fù)始.線圈就可以連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)下去了.就像我們騎自行車，騎一會(huì)兒，休息一會(huì)兒，車子還是繼續(xù)的運(yùn)動(dòng).

我們歸納一下，使得線圈可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)際的直流電動(dòng)機(jī).

（1）組成：轉(zhuǎn)子和定子.

（2）電動(dòng)機(jī)里，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫轉(zhuǎn)子，固定不動(dòng)的部分叫定子.

（3）電動(dòng)機(jī)工作實(shí)質(zhì)是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.

4 教學(xué)特色

整堂課的教學(xué)構(gòu)思新穎，首先通過引入能夠“連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈”這一物理模型，把學(xué)生的注意力和探索欲望聚焦到電動(dòng)機(jī)上來.隨后自己制作教具（電動(dòng)機(jī)模型和手動(dòng)換向器），在制作電動(dòng)機(jī)的過程中，為了使線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)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(xué)生的注意力.

整個(gè)課堂充滿了有趣的物理實(shí)驗(yàn)，對(duì)教材進(jìn)行了充分的二次挖掘.自制電動(dòng)機(jī)和手動(dòng)換向器在教學(xué)中增加了趣味性，開關(guān)閉合方向的改變，會(huì)使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向發(fā)生改變，對(duì)前面的知識(shí)“當(dāng)電流方向改變，通電導(dǎo)線受到力的方向也發(fā)生改變”有很好的鞏固作用.同時(shí)對(duì)換向器的原理有了更直觀的了解.

5 教學(xué)效果

這則教學(xué)設(shè)計(jì)是筆者參加2013年全國第五屆“人教社杯”大學(xué)生與研究生物理教學(xué)技能展評(píng)時(shí)采用的，課堂教學(xué)效果受到評(píng)委們的一致好評(píng)，因此獲得教學(xué)技能一等獎(jiǎng).