第十章D 直流电动机教学建议

（一）学习目标

1．知道直流电动机的主要结构和基本工作原理；学会测定直流电动机的效率。

2．通过观察、分析和讨论，明白电动机转动的原理，并认识电动机的制成有一个技术创新的过程。

3．通过对电动机应用的学习，感悟电动机在经济和社会发展中的重要作用。

（二）重点和难点

本节的重点是直流电动机的工作原理。

本节的难点是换向器的作用。

（三）教学建议

本节教材首先分析电动机的转子会不停地转动的原理，主要阐述了线框受磁场力而发生转动，通过“大家谈”弄清楚换向器（包括电刷）使电源输出电流方向不变以及如何越过“死点”而不停地转动（线框转动原因不涉及磁力矩概念）。

直流电动机是电能转换成机械能的装置，在能量转换过程中会有能量损失，由于引出了直流电动机的效率问题，通过实验让学生学会测定直流电动机的效率。

1．关于本节引文、导图的教学建议和说明

本节引文和导图展现了各种电动机，可要求学生用课堂上“大家谈”的形式，从学生的生活感受出发，交流他们对接触到的电动机的印象，从而激发他们学习的主动性和积极性。实际上学生每天接触的家用电器中，除电热器、收音机、电视机等少数电器外，80％左右是有电动机的（详见“本章参考资料”）。在工程技术中，提供动力的常见机械中也以电动机居多。当然，除电动机外，提供动力的机械还有燃气发动机（如汽车发动机）、蒸汽发动机（汽轮机）、压缩空气发动机（气泵）等。

电动机分类很复杂，通常有交流、直流、同步、异步、旋转式、直线式之分。另外，还有功能不同、功率大小不同等。这些内容不必向学生一一介绍，可启发学生在课外从网上、书本、杂志上去寻找，再在班内进行交流。

2．关于直流电动机的构造及原理的教学建议

教材中介绍了以磁体为定子、单个线圈为转子的最简单的直流电动机。建议在课堂里将便于拆装的玩具电动机分发给学生，让他们拆开后再组装起来，用干电池作电源接通后使它转动，从中了解直流电动机的基本结构。

关于电动机线圈转动的原理，不只是个磁场力问题，还涉及到力矩。由于基础型教材中不介绍力矩的概念，因此只能用已经学过的力对物体有转动作用和杠杆平衡的知识来说明：作用在可转动物体上的作用力越大、力的作用线离支点（转轴）越远，转动效果越明显。如图11所示，将（a）、（b）、（c）三种情况进行比较，（a）转动效果最显著，（b）其次，（c）不能转动（力的作用线通过转轴）。

3．关于“自主活动”的参考答案

教材中图10－35（a）中，AB边电流方向从A到B，受力向下；CD边电流方向从C到D，受力向上，从前向后看线圈作顺时针转动。应该指出，换向器的电刷不是与AB相连的半环接触，就是与CD相连的半环接触，不可能跟同一个半环接触，否则电源被短路了。两个半环的接缝处是绝缘材料，电刷在这个临界位置时，转动效果为零。

4．关于“大家谈”的参考答案及教学建议

“大家谈”的第（1）个问题是换向器作用。教材中图10－35只画了线圈顺时针转动的图（a）和临界状态的图（b），教材在这里留了余地，没有讲下去。但学生的思路必定会继续下去，即线圈转过这个临界位置后会出现什么情况？这时线圈中的电流虽已换了向，但CD边转到图（a）中的右面，靠近S极的边电流总是流入，靠近N极的边电流总是流出，因此线圈左边受力方向始终向上，右边始终向下，线圈持续作顺时针转动。总之，换向器的作用就是保证线圈持续转动。

“大家谈”的第（2）个问题可以这样回答：由于转子的惯性，一般不会停止在教材中图10－35（b）所示的位置，但如果因某种特殊原因它恰好停在这个位置，确实难以直接启动，这正是单线圈电动机的缺点之一。为了防止这个“死点”，通常把直流电动机做成多极、多线圈。

建议在讨论完上述问题后，可以此为例阐述一下科学与技术的辩证关系。磁场力使线圈转动是科学；换向器能确保线圈转到任何位置都受到同样方向的磁场力，这是技术。两者相辅相成，缺一不可：没有科学，电动机不会转；没有技术，电动机不会持续地转动。由此可见，科学家的发现是伟大的，发明家的创造同样是伟大的。

5．关于实验“测直流电动机的效率”的教学建议

该实验至少要由两人协作进行，一人测时间，一人记电压表、电流表示数。下表记录的是某次实验测得的数据，仅供参考。

根据上列数据得

P_出＝Fs/t ＝＝0.18W，

P_入＝IU＝0.15×1.5W＝0.21W，

η＝P_出/P_入＝0.18/0.21＝80％。

6．关于“自主活动”的参考答案

电动机效率与输出功率有一定的关系，在额定功率下运行效率较高。在超过额定功率下运行时，输出功率越大效率则越低。当电动机“卡转”时，效率为零。

（四）作业说明

本节共有练习题13道，第一课时用 A组的8题（包括课堂练习），第二课时用B组题。

参考答案如下：

A组

1．电 机械 输出功率 输入功率 能量损耗 100

2．定子 转子 线圈 换向器 电刷

3．（1）由上往下看逆时针方向（2）左边S极，右边N极（3）线圈左边向上，右边向下

4．（a）左边受力向下，右边受力向上，逆时针转动（b）上边受力向下，下边受力向上，逆时针转动（c）上边受力向下，下边受力向上，不产生转动效果

5．无论a、b哪端接电源正极，线框总是按图中箭头方向转动，也就是说它是一种单一转向的电动机

6．电能的85％转换为机械能，其余15％电能转换为内能等其他形式能

7．（1）0.3W（2）72％

8．提示：刮去漆的部位在轴上接触铜片处，且是对着线圈的位置

B组

9．“卡转”时输出的机械能为零，电能全部转化为内能。由于电动机线圈的电阻很小，电流很大，输入功率（IU）很大，发热功率很大，所以易烧毁电动机，此时电动机的效率为零

10．金属圆盘通电后，有电流从汞槽通过金属圆盘流入转轴，在磁场作用下，受到向左的磁场力，使圆盘顺时针转动

11．212.5N（提示：G＝ηP/v ）

12．（1）92.6％（这是电动机效率，不是助动车效率）（2）90N

13．6.37rad/s 2kW

发布时间：2010/9/28 下午1:03:53  阅读次数：4457