《电动机为什么会转动》教学创新的探讨

吴 山

提要：通过对教学思维的创新处理，结合自制教学器材及多媒体课件，挖掘《电动机为什么会转动》这一节中的课程资源，培养学生的创新意识和严谨求实的科学态度，这样创新处理是符合新课程标准提出的理念和要求的。

关键词：教学创新多功能转子模型换向器多媒体课件

《科学探究：电动机为什么会转动》这一节是九年级沪科版物理教材第十六章的第三小节。上一节是《电流的磁场》，其中介绍了奥斯特实验。而把电动机放在这一节之后是神来之笔。电动机的原理是通电导体在磁场中受到磁力的作用，实质上是电流磁场与磁体磁场之间的相互作用。就本节而言，确是一节非常好的培养学生创新精神和严谨求实、不畏艰难追求真理的科学态度的好教材，体现了新课程以人为本的核心理念。然而这部分内容在平时的教学过程中由于教师畏难情绪而往往被简单化，忽略了其中培养学生素质的重要意义。下面笔者以切身体验，浅析对教材的一些创新处理。

一、课堂教学过程中思维创新

1以奥斯特实验作为分析解决问题的切入点

一项新事物的产生，往往离不开生活生产的需要和启迪，然后再进行艰苦卓绝的研究才得以呈现世人的面前。电动机的发明也是如此。丹麦物理学家奥斯特在一次偶然中发现电流的磁场。证明了电和磁有着密切的联系。改变了以往电和磁分开的历史。本节课就由奥斯特实验人手，提出一个有意义的问题，那就是：小磁针受力发生方向的改变。根据物体间力作用是相互的道理。通电导线不也受到小磁针对它的磁力吗?可不可以设计一个实验说明这一点呢?由此很自然地导人到“探究通电导体在磁场中受到磁力作用”的实验。这样处理，符合人们认知思维。

2以问题为轴心，发现问题、分析问题、解决问题，环环相扣，步步深入，最终达到解决“电动机为什么会转动”这一中心课题。

问题1：平动如何变成转动?分析：通电导线只受到—个方向上的磁场力的作用，所以只能朝一个方向作平动，而不能转动；解决办法：把直导线弯曲成线圈(调出课件。以动画的形式演示由平动变为转动的解决办法)。产生新问题：将线圈直接连人电源。通电时，导线会缠绕。

问题2：如何解决导线不缠绕呢?分析：线圈通电时在磁场力作用下应该转动，但连接的导线不能跟着转动：解决办法：线圈两端各装上一个金属环。同时配上电刷，导线旋在电刷接线柱上(调出课件进行演示说明，如图1)。产生新问题：导线缠绕问题解决了。但线圈通电后在磁场中发生偏转时在平衡位置摆动几下就停下来了，不能继续转下去。

问题3：为什么不能继续转动下去呢?分析：通电线圈在两个方向相反但不在同一直线上的力作用下发生转动，在平衡位置时两力在同一直线上成为平衡力，由于惯性线圈仍会转过平衡位置。但由于力的方向没有改变，线圈又被拉回去，出现摆动现象；分析原因：刚转过平衡位置时，线圈受力方向没有改变。进一步讨论：若要改变力的方向，可以改变电流方向或磁场方向，但改变电流方向要方便些。产生新问题；电流方向怎么改变呢?

问题4：如何自动改变电流的方向?调出课件，演示换向器的形成，同时结合多功能转子模型，拆装演示，形象、直观、生动地展示换向器的工作原理，培养学生创新意识和科学探索精神。

最后以一个问题小结：换向器的作用是什么?电动机为什么会转动起来呢?

本节的中心问题是：电动机为什么会转动?而难点集中在换向器的形成及其作用。为了解决这一难题，单从理论上枯燥地讲解或使用目前实验室中现有的电动机模型，还是不够的。为了更好解决问题4，使学生对换向器有一个直观形象的认识，我特地自制了新的教学器材。即“多功能转子模型”。

二、教学器材的创新处理：多功能转子模型的制作

1自制双环线圈。实现线圈在磁场中偏转但在平衡位置摆动几下就停止。

所需材料：橡皮头、铝制长管(口径2cm左右)、漆包线(口径1mm)、毛线针一根，矩形橡胶环(边长7cm)、红绿导线各一根。

制作方法：将漆包线在橡胶环上紧密缠绕15匝左右；剥去引出线的漆层。分别连接上红绿导线；将铝管截成两个2cm长的环。将红绿导线剥去绝缘层后露出的铜丝分别钳入两个铝环，同时将橡胶头压入环中，压紧，使铜丝与铝环紧密接触；用电烙铁将橡胶环对边中心烙一个小孔，用毛线针从两环中心和烙孔中穿过。并用502胶固定，模型就制成了，如图2所示。

实验操作：选两个大小合适的磁铁作为磁极；在胶合板(长35cm宽30cm厚2cm)上装上两个支架，两个电刷(用薄钢片制成)；将双环线圈支好，同时调节好电刷与双环的位置使之接触良好，让线圈平面水平(与磁感线方向平行，下同)；将磁极平放在线圈的两侧，并调整好距离。用导线将电刷、开关和教学用电源串联起来。检查无误后，调节电源电压，闭合开关，观察现象。

实验现象：该装置能成功地演示“通电线圈在磁场中发生偏转，在平衡位置摆动几下就停下来”这一重要的以前只靠口头描述的现象。

2改进双环线圈，研制成多功能转子模型，既实现了上述要求。同时也实现了换向器的拆装演示。

很显然。上述模型能很好地实现“偏转和摆动”，却不能持续的转动下去。如何让它持续的转动下去呢?把这一问题的解决过程用形象直观的形式演示出来。是一个非常好的培养学生创新精神的课程资源。

补充材料：5cm口径的铝管、口径3min的硬铝条两根

制作方法：将铝管截成两个5cm长的铝环，并沿图3-A所示的中线用钢锯钜开，成为四个半环，用剩下的铝管制成四个1cm宽5cm长的铝片，分别焊接(铝焊)在两半环的内侧，并外露6cm左右：再制八个3mm宽5cm长的铝片焊接上去形成图3-C所示样品。打磨好后，将对应半环穿插咬合，能接触紧密即可。截取两个口径4mm长5cm的铝管(一端有螺丝孔)，并按图3-D所示焊接在半环的内侧中线上，然后按图3-E所示，在内侧中间焊接一个三角形支架。支架顶瑞有一圆孔。孔内有绝缘层，孔的中心处于铝环的轴线上。将硬铝条分别与漆包线的引出线连接紧密(注意剥去漆层)，同时适当弯曲；按图4所示，将半环组装成整环，装入硬铝条的两端，并用螺丝旋紧。用毛线针穿中心而过，固定好之后，多功能转子就做成了。

实验操作：如图5所示。将多功能转子支在原先装好的支架上，调整好电刷并接触良好，通电(注：由于摩擦较大，需较高电源电压如24V)并观察现象(实现偏转、摆动)；试验成功后，拆下活动的两个半环，旋出一个固定环的螺丝。并移动之使之与另一固定半环组合成一个环(中间有空隙，不导通)，即换向器，重新旋好螺丝，固定，架在支架上，同时调整电刷接触良好。检查无误后接通电源，观察现象(实现了继续转动下去)。

功能特点：不但实现了双环线圈的功能。同时也实现了继续转下去的实验要求；另外由于拆装灵活，可以既直观又生动地演示由双环变成换向器的全部思维过程。对培养学生的创新意识和科学探索精神有重要的意义，在课堂教学中即使学生不动手。也有非常大的收获。

三、在多媒体课件上将双金属环到换向器的演变过程进行创新处理

教学器材的创新，揭示了换向器的演变和原理，使学生对双金属环到换向器的演变过程有了—个直观的认识，然而为了让学生对此过程的认识更加清晰。我特地在课件上设置了三个问题结合动画进行了创新设计(如图6)

1当线圈由幻灯片A转到B时，如何让电流不从线圈红色(灰色代表红，下同)端进入?(解决办法：将红色环切掉一半，从而将之断开)；

2如何让电流自动变为从线圈黄色(白色代表黄，下同)端进入?解决办法如灯片c；

3此时两电刷之间出现短路(幻灯片c所示)，怎么办?(解决办法如幻灯片D，将黄色环切去一半即可，但整个线圈电流路径成了开路)；

4如何变开路为通路?(通决办法如幻灯片E)；

通过上面三个问题。很顺利地解决了线圈刚转过平衡位置时，及时自动改变电流方向。最后把两个半环组合起来，就变成了换向器，如幻灯片F、G所示。

爱因斯坦曾说过。提出一个问题往往比解决一个问题来得更重要，更有意义；本节课以问题贯穿始终，结合自制教学器材及多媒体课件有意识地培养了学生的问题意识，同时培养了学生创新精神和严谨求实的科学态度，这样处理是符合新课程标准提出的理念和要求的。

(责任编辑：陈光明)