观察电动机不同状态时的电流电压演示器的制作*

付金喜

(天津经济技术开发区第二中学 天津 300457)

观察电动机不同状态时的电流电压演示器的制作*

付金喜

(天津经济技术开发区第二中学 天津 300457)

自制教具“观察电动机不同状态时的电流电压演示器”是根据高中物理教材上的一个简图制作而成，该教具具有现象明显、携带和使用方便、解释生产生活现象直观的特点.

电动机 电压 电流 有载 空载

1 引言

高中教材《物理·选修3-2》第四章“电磁感应”第四节“法拉第电磁感应定律”第17页“做一做”栏目给出了观察电动机启动过程中电流的变化电路图.该电路图只是教材上的一个普通参考图，在以往的教学中，都是一带而过，不做过多介绍.该图是将小电动机通过开关、电流表接到直流电源上，用来演示说明电动机启动时和正常工作时的电流不同，即启动电流较大，正常工作时的电流要小；有载时和空载时的电流不同，即有载时电流较大，空载时电流较小.在此基础上，笔者又略加创新性的改动，在小电动机两端加上了电压表，电路图如图1所示，进而能让学生观察有载时和空载时电动机两端的电压不同，即空载时电压较大，有载时电压变小.

图1 演示器电路连接图

为了拓展学生的知识，增加学生的理性认识，将该电路中的相关元件固定安装在板子上，做成了自制教具，体现了教具的整体性，可以长期保存、方便使用，进而挖掘和拓展了实验资源.

2 设计制作

2.1原理

(1)启动电流与堵转电流

电动机的起动电流最大值出现在接通电源后瞬间，随着时间的推移而减小.因此，启动电流要大于正常工作电流.一般来说，起动电流是电动机额定电流的3～8倍不等，堵转电流是额定电流的1.2倍左右.对于一个固定的电动机，堵转电流数值上是不变的.

(2)有载电流与空载电流的不同

从能量守恒的角度：

空载时，输入功率UI=电机的机械损耗.

有载时，输入功率UI=电机的机械损耗+负载吸收的功率.

明显有载输入功率大于空载，而电机电压一定，电流当然有载的要大.

(3)有载时与空载时电动机两端电压的不同

空载时电机中和串联电路中电流较小，所以电动机两端电压较大，接近电源电压，有载时电机中和串联电路中电流较大，所以电动机两端电压较小.

2.2制作使用的材料

木板(420 mm×400 mm)1块,小电动机1个,电压表1块,电流表1块,单刀开关1个,导线若干,木螺钉4个,黑色橡胶托4个,拉手2个,定滑轮1个.

2.3制作方法

(1)将以上器材按照电路图固定在木板上，底部走连接线.

(2)使用手电钻、木螺钉将电路板与相同面积的底托固定，这样一来，连接线都处于底托内，既保护了导线，又起到美观牢固的效果.

(3)教具两侧安装拉手，方便搬拿.

(4)在该自制教具外侧边固定安装定滑轮1个.

制作完成的演示器如图2～4所示.

图2 演示器正面外观图

图3 演示器左侧面外观图

图4 演示器右侧面外观图

3 操作步骤

(1)接上6 V直流电源，如图5所示.闭合开关S,观察此时电动机启动过程中电流表读数的变化和电压表读数的变化.

图5 连接上外接直流电源

电流表：启动时的最大电流约为0.26 A,正常工作时的电流约为0.12 A，如图6和图7所示.

电压表：电压固定不变，为6 V.

图6 电动机接通电源后瞬间的启动电流为0.26 A

图7 电动机稳定工作后的电流值为0.12 A

(2)接上6 V直流电源，闭合开关S,比较电动机在有载(在小电机的转子上系上绳子，绳子放在滑轮上，绳子另一端挂小钩码，如图8所示)和空载情况下的电流表和电压表读数的变化.

图8 该自制教具的小电机转子上带负载

电流表：有载时电流较大(图9)，空载时电流较小.

电压表：空载时电压表示数约为电源电压6 V(图10)，有载时电压变小，约为5 V(图11).

图9 电动机有载工作时电流表示数较大图

图10 电动机启动瞬间和稳定后，电压表示数均为6 V

图11 电动机有载时电压表的示数

4 生产生活应用联系

通过该自制教具的演示，可以解释在实际生产生活中的各种例子.生产中的碾米机、抽水机电机负载加重时导致转速减慢、电流增大，甚至停转时容易烧毁电机；生活中的电风扇、洗衣机堵转时，产生的堵转电流极其大，容易烧坏电机.

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)

**天津市教育科学“十三五”规划课题“物理校本特色教学资源库的开发与构建研究”阶段成果之一,项目编号：BE3198

付金喜(1977- )，男，硕士，中教一级，从事中学物理实验研究工作.