付金喜

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)第二中學(xué) 天津 300457)

觀察電動(dòng)機(jī)不同狀態(tài)時(shí)的電流電壓演示器的制作*

付金喜

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)第二中學(xué) 天津 300457)

自制教具“觀察電動(dòng)機(jī)不同狀態(tài)時(shí)的電流電壓演示器”是根據(jù)高中物理教材上的一個(gè)簡(jiǎn)圖制作而成，該教具具有現(xiàn)象明顯、攜帶和使用方便、解釋生產(chǎn)生活現(xiàn)象直觀的特點(diǎn).

電動(dòng)機(jī) 電壓 電流 有載 空載

1 引言

高中教材《物理·選修3-2》第四章“電磁感應(yīng)”第四節(jié)“法拉第電磁感應(yīng)定律”第17頁(yè)“做一做”欄目給出了觀察電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電流的變化電路圖.該電路圖只是教材上的一個(gè)普通參考圖，在以往的教學(xué)中，都是一帶而過(guò)，不做過(guò)多介紹.該圖是將小電動(dòng)機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)、電流表接到直流電源上，用來(lái)演示說(shuō)明電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)和正常工作時(shí)的電流不同，即啟動(dòng)電流較大，正常工作時(shí)的電流要小；有載時(shí)和空載時(shí)的電流不同，即有載時(shí)電流較大，空載時(shí)電流較小.在此基礎(chǔ)上，筆者又略加創(chuàng)新性的改動(dòng)，在小電動(dòng)機(jī)兩端加上了電壓表，電路圖如圖1所示，進(jìn)而能讓學(xué)生觀察有載時(shí)和空載時(shí)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓不同，即空載時(shí)電壓較大，有載時(shí)電壓變小.

圖1 演示器電路連接圖

為了拓展學(xué)生的知識(shí)，增加學(xué)生的理性認(rèn)識(shí)，將該電路中的相關(guān)元件固定安裝在板子上，做成了自制教具，體現(xiàn)了教具的整體性，可以長(zhǎng)期保存、方便使用，進(jìn)而挖掘和拓展了實(shí)驗(yàn)資源.

2 設(shè)計(jì)制作

2.1原理

(1)啟動(dòng)電流與堵轉(zhuǎn)電流

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流最大值出現(xiàn)在接通電源后瞬間，隨著時(shí)間的推移而減小.因此，啟動(dòng)電流要大于正常工作電流.一般來(lái)說(shuō)，起動(dòng)電流是電動(dòng)機(jī)額定電流的3～8倍不等，堵轉(zhuǎn)電流是額定電流的1.2倍左右.對(duì)于一個(gè)固定的電動(dòng)機(jī)，堵轉(zhuǎn)電流數(shù)值上是不變的.

(2)有載電流與空載電流的不同

從能量守恒的角度：

空載時(shí)，輸入功率UI=電機(jī)的機(jī)械損耗.

有載時(shí)，輸入功率UI=電機(jī)的機(jī)械損耗+負(fù)載吸收的功率.

明顯有載輸入功率大于空載，而電機(jī)電壓一定，電流當(dāng)然有載的要大.

(3)有載時(shí)與空載時(shí)電動(dòng)機(jī)兩端電壓的不同

空載時(shí)電機(jī)中和串聯(lián)電路中電流較小，所以電動(dòng)機(jī)兩端電壓較大，接近電源電壓，有載時(shí)電機(jī)中和串聯(lián)電路中電流較大，所以電動(dòng)機(jī)兩端電壓較小.

2.2制作使用的材料

木板(420 mm×400 mm)1塊,小電動(dòng)機(jī)1個(gè),電壓表1塊,電流表1塊,單刀開(kāi)關(guān)1個(gè),導(dǎo)線若干,木螺釘4個(gè),黑色橡膠托4個(gè),拉手2個(gè),定滑輪1個(gè).

2.3制作方法

(1)將以上器材按照電路圖固定在木板上，底部走連接線.

(2)使用手電鉆、木螺釘將電路板與相同面積的底托固定，這樣一來(lái)，連接線都處于底托內(nèi)，既保護(hù)了導(dǎo)線，又起到美觀牢固的效果.

(3)教具兩側(cè)安裝拉手，方便搬拿.

(4)在該自制教具外側(cè)邊固定安裝定滑輪1個(gè).

制作完成的演示器如圖2～4所示.

圖2 演示器正面外觀圖

圖3 演示器左側(cè)面外觀圖

圖4 演示器右側(cè)面外觀圖

3 操作步驟

(1)接上6 V直流電源，如圖5所示.閉合開(kāi)關(guān)S,觀察此時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電流表讀數(shù)的變化和電壓表讀數(shù)的變化.

圖5 連接上外接直流電源

電流表：?jiǎn)?dòng)時(shí)的最大電流約為0.26 A,正常工作時(shí)的電流約為0.12 A，如圖6和圖7所示.

電壓表：電壓固定不變，為6 V.

圖6 電動(dòng)機(jī)接通電源后瞬間的啟動(dòng)電流為0.26 A

圖7 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作后的電流值為0.12 A

(2)接上6 V直流電源，閉合開(kāi)關(guān)S,比較電動(dòng)機(jī)在有載(在小電機(jī)的轉(zhuǎn)子上系上繩子，繩子放在滑輪上，繩子另一端掛小鉤碼，如圖8所示)和空載情況下的電流表和電壓表讀數(shù)的變化.

圖8 該自制教具的小電機(jī)轉(zhuǎn)子上帶負(fù)載

電流表：有載時(shí)電流較大(圖9)，空載時(shí)電流較小.

電壓表：空載時(shí)電壓表示數(shù)約為電源電壓6 V(圖10)，有載時(shí)電壓變小，約為5 V(圖11).

圖9 電動(dòng)機(jī)有載工作時(shí)電流表示數(shù)較大圖

圖10 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間和穩(wěn)定后，電壓表示數(shù)均為6 V

圖11 電動(dòng)機(jī)有載時(shí)電壓表的示數(shù)

4 生產(chǎn)生活應(yīng)用聯(lián)系

通過(guò)該自制教具的演示，可以解釋在實(shí)際生產(chǎn)生活中的各種例子.生產(chǎn)中的碾米機(jī)、抽水機(jī)電機(jī)負(fù)載加重時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速減慢、電流增大，甚至停轉(zhuǎn)時(shí)容易燒毀電機(jī)；生活中的電風(fēng)扇、洗衣機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的堵轉(zhuǎn)電流極其大，容易燒壞電機(jī).

MakingaDemonstratortoObservetheElectricCurrentandVoltageofElectromotorinDifferentWorkingStatus

Fu Jinxi

(Teda No.2 Middle School,Tianjin 300457)

The self-made teaching aid——a demonstrator of electric current and voltage which can observe the electric motor on different working status——is made based on a schematic diagram from the high school physics textbook. This teaching aid has many advantages: It shows the physical phenomenon obviously; it’s easy to carry and use; it can explain the phenomenon in industrial production as well as personal life intuitively.

electric motor; voltage; electric current; on-load; no-load

2017-03-22)

**天津市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“物理校本特色教學(xué)資源庫(kù)的開(kāi)發(fā)與構(gòu)建研究”階段成果之一,項(xiàng)目編號(hào)：BE3198

付金喜(1977- )，男，碩士，中教一級(jí)，從事中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究工作.