直流電動(dòng)機(jī)原理

一、參考大綱：

新人教版物理九年級全一冊第20章第4節(jié)——電動(dòng)機(jī)蹲盘。

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二膳音、該軟件中包含的教學(xué)重點(diǎn)祭陷、難點(diǎn)：

1、磁場對通電導(dǎo)線的作用毫深。

2毒姨、直流電動(dòng)機(jī)的原理弧呐、構(gòu)造嵌纲、應(yīng)用逮走。

3、電動(dòng)機(jī)中換向器的構(gòu)造和作用茅信。

4墓臭、通電導(dǎo)體在磁場中受力的方向與電流方向和磁場方向的關(guān)系窿锉。

5、通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的原理窑多。

6洼滚、通電導(dǎo)體和通電線圈在磁場中受力而運(yùn)動(dòng)，是消耗了電能耿芹，得到了機(jī)械能吧秕。

7、學(xué)會(huì)安裝和制作簡單的電動(dòng)機(jī)颠毙。

三蛀蜜、該軟件能解決的問題：

1增蹭、生活中的洗衣機(jī)、電風(fēng)扇霎奢、電冰箱內(nèi)部均有能轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)幕侠，那么電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的呢碍彭？

2庇忌、通電線圈在磁場中為什么是兩邊受力，但方向相反创译。

3墙基、通電線圈可以在磁場里轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度残制，為什么線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)呢?可以動(dòng)畫模擬線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

4颗祝、可以控制變量法對“通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用”進(jìn)行探究螺戳。

5、可以動(dòng)畫模擬線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)盖腿。

6损同、能動(dòng)畫模擬電動(dòng)機(jī)的工作原理以及換向器的作用膏燃。

7、通過了解物理知識(shí)如何轉(zhuǎn)化成實(shí)際技術(shù)應(yīng)用等龙，能進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)知識(shí)和應(yīng)用物理知識(shí)的興趣而咆。

四幕袱、為什么要用虛擬現(xiàn)實(shí)互動(dòng)技術(shù)來做電動(dòng)機(jī)課題：

1们豌、實(shí)際中的電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜浅妆，學(xué)生通過實(shí)際中的電動(dòng)機(jī)來分析其原理及結(jié)構(gòu)凌外，比較困難，用虛擬場景模擬電動(dòng)機(jī)內(nèi)部摄欲，可以將電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化疮薇，方便學(xué)生分析按咒。

2、磁場中一根通電導(dǎo)線與生活中一個(gè)電動(dòng)機(jī)有哪些共同點(diǎn)智袭，學(xué)生很難想象吼野，本軟件可以將一根通電導(dǎo)線逐漸演變?yōu)橐浑妱?dòng)機(jī)，或者將一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子逐漸演變?yōu)榇艌鲋械囊桓妼?dǎo)線贬蛙。

3阳准、磁感線馏臭、電流方向括儒、線圈所受的力為不可見的，軟件可以將磁感線方向乍狐、電流方向及線圈所受力用箭頭顯示出來固逗，方便學(xué)生學(xué)習(xí)烫罩。

4、能演示沒有換向器的電動(dòng)機(jī)線圈如何轉(zhuǎn)動(dòng)盗誊。

5哈踱、可以將正在工作中的電動(dòng)機(jī)透明化长捧，揭露電動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)行情況串结。

6舅列、電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中帐要，我們可以通過控制滑塊弥奸、按鈕等調(diào)節(jié)電流的大小或方向盛霎，分析電流大小、方向?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速期揪、轉(zhuǎn)向的影響凤薛。

7诞仓、模擬一只虛擬的左手墅拭，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部幫助學(xué)生分析線圈受力等現(xiàn)象。

五翼虫、設(shè)計(jì)思路：

一根通電導(dǎo)線演變?yōu)橐浑妱?dòng)機(jī)的過程。

六死陆、軟件知識(shí)結(jié)構(gòu)樹：

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七唧瘾、Layout

7.1 講解模式

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對白：

我們將電源饰序，開關(guān)求豫，滑動(dòng)變阻器和一根鐵棒通過導(dǎo)線連接起來，組成一個(gè)電路最疆，并且在鐵棒旁放入馬蹄形磁鐵努酸，閉合開關(guān)，我們發(fā)現(xiàn)鐵棒發(fā)生了位移仍源；

接著我們改變電流方向笼踩，然后閉合開關(guān)终抽，鐵棒的運(yùn)動(dòng)方向也發(fā)生了改變昼伴；這說明了電流方向能夠影響通電鐵棒在磁場中的運(yùn)動(dòng)方向圃郊；

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對白：

現(xiàn)在我們再加入一根鐵棒持舆，將兩根鐵棒鏈接起來，形成不封閉的線圈居兆，接著改變永磁體的位置泥栖。

閉合開關(guān)勋篓，通電線圈發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)譬嚣。

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對白：

當(dāng)線圈平面和磁體的磁場方向垂直時(shí)拜银，線圈的受力方向不再向前，這個(gè)位置我們稱之為平衡位置钱豁。

這樣牲尺，一個(gè)問題就產(chǎn)生了谤碳，如果線圈內(nèi)的電流方向總是固定的，那么線圈轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過平衡位置后它的受力方向改變了瘸羡，會(huì)使得線圈無法朝著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)犹赖。

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對白：

為了使線圈通過平衡位置峻村，繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)锡凝，我們需要在平衡位置改變線圈的受力方向窜锯。

當(dāng)線圈內(nèi)電流方向發(fā)生改變時(shí)，通電線圈的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)改變吞瞪。

同樣尸饺，如果我們改變磁場極性助币，通電線圈的運(yùn)動(dòng)方向也會(huì)改變眉菱，但這種方法在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部易實(shí)現(xiàn)掉分。

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對白：

我們使線圈連接兩塊半圓形的銅片俭缓，分別與一個(gè)電刷接觸克伊， 兩個(gè)電刷接通電源的正負(fù)極，從而達(dá)到改變電流方向的目的华坦。

這樣的設(shè)計(jì)保證了靠近磁極的線圈導(dǎo)線內(nèi)的電流方向是恒定的愿吹，不會(huì)隨著線圈的運(yùn)動(dòng)而改變，

這樣的裝置使得線圈可以恒定的朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)惜姐，這兩個(gè)銅片我們稱為換向器犁跪。

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對白：

下面我們來分析線圈如何完成一周的轉(zhuǎn)動(dòng)歹袁。開始時(shí)坷衍，換向器F與電刷A接觸，換向器E與電刷B接觸条舔，閉合開關(guān)枫耳，在線圈的ab邊，電流由a流向b孟抗，受到向下的磁場力迁杨，cd邊，電流由d流向c凄硼，受到向上的磁場力铅协，于是我們可以看見線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來了。

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對白：

到達(dá)平衡位置帆喇，線圈的慣性使它沖過平衡位置警医。此時(shí)，換向器E與電刷A接觸坯钦、換向器F與電刷B接觸预皇，電流方向變?yōu)橄喾捶较颍瑢?dǎo)致導(dǎo)線ab婉刀、cd受力方向也變?yōu)橄喾捶较蛞魑隆Ｒ虼司€圈繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，又到達(dá)平衡位置突颊，再次靠慣性沖過去鲁豪，因?yàn)殡娏鞣较蛴职l(fā)生了改變，所以導(dǎo)線ab律秃、cd受力方向也被改變了爬橡，線圈繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，完成了一周的轉(zhuǎn)動(dòng)棒动。

總之糙申，依靠換向器與電刷的配合，每轉(zhuǎn)動(dòng)半周船惨，線圈中的電流方向就改變一次柜裸，這樣它就能夠連續(xù)不停地沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)下去缕陕。

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對白：

實(shí)際中的電動(dòng)機(jī)，線圈由許多根纏繞在一起的線圈組成的疙挺，并且含有多組線圈扛邑，每組線圈各與一組換向片連接。為了更好的嵌放各組線圈铐然，降低各組線圈工作時(shí)產(chǎn)生的熱能蔬崩，我們在各組線圈之間嵌入電樞鐵芯。

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對白：

最后插入軸承锦爵，為了電刷與換向器能夠穩(wěn)定地接觸舱殿，在電刷的內(nèi)部，通常含有彈簧险掀。

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對白：

我們裝上外殼沪袭，形成電動(dòng)機(jī)。

7.2互動(dòng)模式

界面1：

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說明：

1.通過調(diào)節(jié)滑塊改變電流大小樟氢，當(dāng)電流越大時(shí)冈绊，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快，當(dāng)電流越小時(shí)埠啃，轉(zhuǎn)速越慢死宣。

2.當(dāng)點(diǎn)擊按鈕“改變電流方向”時(shí)，電動(dòng)機(jī)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)碴开；電流正負(fù)極符號(hào)“+”毅该、“-”交換。

3.點(diǎn)擊按鈕“內(nèi)部結(jié)構(gòu)”時(shí)潦牛，界面轉(zhuǎn)換到“界面2”眶掌。

界面2：

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說明：

1.氣球攜帶炸彈逐漸靠近目標(biāo)“電動(dòng)機(jī)”，當(dāng)靠近之后炸毀電動(dòng)機(jī)巴碗，游戲以失敗結(jié)束朴爬，點(diǎn)擊按鈕“重新開始”重新開始游戲。

2.點(diǎn)擊“說明”按鈕橡淆，彈出窗口“請使風(fēng)扇正確的轉(zhuǎn)動(dòng)起來召噩，吹走炸彈”。

3.可以拖動(dòng)按鈕“N”逸爵、“S”具滴、“+”、“-”到虛線框處师倔，給電動(dòng)機(jī)正確指定磁場方向构韵、電流方向。

4.當(dāng)電動(dòng)機(jī)往前吹風(fēng)時(shí)，可吹走炸彈贞绳，此時(shí)如果風(fēng)力太小，可調(diào)節(jié)“電流大小”按鈕或者“磁場大小”按鈕致稀。

5.當(dāng)電動(dòng)機(jī)往后吹風(fēng)時(shí)冈闭，氣球攜帶炸彈靠近電動(dòng)機(jī)速度加快，此時(shí)應(yīng)該及時(shí)糾正電動(dòng)的轉(zhuǎn)向抖单。

6.點(diǎn)擊“受力分析”按鈕萎攒，同時(shí)顯示出磁感線方向箭頭、電流方向箭頭矛绘、導(dǎo)線受力方向箭頭耍休。