直流电动机转动原理的另类教法_教法学法-查字典物理网

摘要：根据电流的磁效应和磁极间的相互作用来猜想电动机转动原理，运用安培定则来判定电动机的转动方向，不必介绍左手定则，从而降低教学难度，便于学生理解电磁的重点知识，也有利于培养学生理论联系实际和创新能力。

关键词：电动机安培定则转动原理

初中物理关于直流电动机方面的内容，主要是围绕电动机的工作原理展开的，新教材是按照科学探究过程编写的，目的是要求学生通过组装制作电动机模型的过程中，了解电动机的组成结构，发现和探究电动机的转动原理，以及掌握电动机转速和转向的改变方法。为了便于学生理解电动机的工作原理，教材必须要引入一个实验，即如图（一）所示的通电导线在磁场中受到力作用的实验，并且必须通过实验让学生知道通电导线受力方向跟电流方向和磁场方向有关，以此说明通电线圈在磁场中受力会发生扭动或转动。但由于导体棒较重、滑轨不光滑、单根导体受到的安培力较小等因素影响，实验很难成功，于是有些教师只好以讲代做，缺乏实验的直观性和可信性。另外，为了讲清电动机转动方向问题，有些教师在实际教学中又不得不介绍左手定则，这又加大了教学难度，初中学生不易理解和掌握。在实际科学探究活动中，学生观察或组装的电动机模型中，转子部分不是空心矩形线圈，而是一个带有铁芯的线圈即电磁铁，如图（二）所示，这与教材提供的电动机转动原理图即如图（三）的空心线圈转子是有差别的，学生不容易将两者统一起来，从而引起学习障碍。为了克服以上问题，我从电流的磁效应和磁极间的相互作用规律来推理和演示磁场对电流的作用规律，并且只运用安培定则（即右手螺旋定则）即可判定电动机的转动方向来展开教学的，收到了很好的教学效果。

首先，从理论上启发学生，磁体与磁体之间的相互作用是通过磁场来传递的，即：磁体→磁场→磁体，又由于力的作用是相互的，应有：磁体←磁场←磁体。再启发学生电流周围存在磁场，即电流的磁效应，那么，能否有：电流→磁场→磁体的实验现象呢？结合电磁铁和力的作用相互性的知识，鼓励学生大胆猜想：电流←磁场←磁体，从而就可转入用实验来探究磁场对电流的作用。在实际教学中用电磁铁或空心线圈做实验效果较好。

为了便于理解磁场与电流间的相互作用，在此可以用对照实验展开教学，即用铜丝缠在条形磁铁中间部位作转轴，将该磁铁做转子安装在磁场中，如图（四），根据磁极间相互作用规律，条形磁铁由于受磁力而发生转动，但不能连续转动，而是在平衡位置上摆动几下就停下来了，这可让学生自行分析其中的原因。同理，用电磁铁作转子，如图（五），也会有相同的实验结果，但由于电磁铁的磁性强弱、极性均可由电流大小、方向来控制，从而启发学生再进行猜想、设计实验来探索磁场对电流有力的作用，并且改变电流方向或改变磁场方向，电磁铁受力转动的方向也改变。通过实际探究学生很容易接受和理解，并且实验非常顺利和成功，学生也很容易理解如图（六）所示的空心线圈通电扭转的原因，即空心线圈通电产生的磁场N极向外、S极向内，根据磁极间的作用规律，很容易判断其转动方向。

接下来向学生提出怎样让转子能连续转动的问题，教师可适当启发，或学生提出猜想，将学生的猜想与假设列在黑板上，如有的学生提出在平衡位置时不断改变电磁铁中的电流方向，就可让其连续转动；有的学生提出不断调换磁场的两极也能达到同样的目的；还有的学生由于受制作小小电动机的启发，提出用通断电流的方法适时加电让其转动，这点类似于荡秋千，半圈通电有磁力作用、另半圈靠惯性也可连续转动等等，教师尽可能地满足学生提出的猜想来完成实验，从而极大地激发了学生探究电动机转动原理的兴趣，学习探究氛围异常浓厚。用这种探究式的方法进行教学，不仅体现以学生为主体，让学生主动获取知识，而且能使他们从中体会获取知识、探究规律的方法。学生认为这些实验是按自己设计的方案进行的，实验现象和他们的猜想是一致的，结论和规律又是自己总结出来的，自豪感、满足感油然而生。当在实验中转子能连续转动时，更会让学生兴奋不已、甚至欢呼雀跃。在此基础上，教师进一步引导学生认识到实际电动机中的换向器的结构和作用，学生就很容易理解到换向器起及时改变电磁铁线圈中的电流方向，从而保持转子连续转动的作用。这样，过程方法目标、情感态度目标就自然达到了。

最后，教师可引导学生用右手螺旋定则判定矩形线圈转子的N、S极，再根据磁极间的相互作用规律，很容易判断电动机的转动方向，如图七和图八，并且进一步了解了换向器的作用。

通过本节课的教学，学生很容易了解直流电动机的结构和转动原理，学会了应用已知的科学规律去解释电动机的转动方向问题。在制作电动机活动中，学生知道改变电流方向可以改变转子转动方向，改变电流大小和磁铁磁性可以改变转子速度等知识。还有许多学生能够理解实际微型直流电动机转子为何制作成三极式的（如图九），这又培养了学生理论联系实际和创新能力，收到寓思想、观点、方法于探索物理知识之中的效果。

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