2021年上海市高二第一學(xué)期物理培優(yōu)講義第14講-直流電動機（教案）學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具課程基本信息1.課程名稱：直流電動機

2.教學(xué)年級和班級：高二年級

3.授課時間：2021年9月25日星期六上午9:00-10:30

4.教學(xué)時數(shù)：1課時核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力。

2.增強學(xué)生對電磁現(xiàn)象的理解，提升科學(xué)思維。

3.培養(yǎng)學(xué)生實驗操作技能，提高觀察、分析和解決問題的能力。

4.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)對物理學(xué)科的興趣。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點

-電動機的工作原理：重點講解直流電動機的電磁感應(yīng)原理，包括通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象，以及電動勢和磁通量之間的關(guān)系。

-電動機的電路分析：強調(diào)電動機電路中的電壓、電流和電阻之間的關(guān)系，以及如何通過歐姆定律和基爾霍夫定律進行分析。

2.教學(xué)難點

-電動機啟動瞬間的問題：學(xué)生難以理解電動機啟動瞬間電流和轉(zhuǎn)矩的急劇變化，需要通過實驗演示和公式推導(dǎo)幫助學(xué)生理解。

-電動機的效率計算：學(xué)生可能對電動機效率的物理意義和計算方法感到困惑，需要通過實際例子和步驟講解，讓學(xué)生掌握效率的計算公式和應(yīng)用。

-電動機的功率調(diào)節(jié)：學(xué)生可能難以理解如何通過改變電阻或電壓來調(diào)節(jié)電動機的功率，需要通過實驗和理論分析，讓學(xué)生理解功率調(diào)節(jié)的原理和方法。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有本節(jié)課所需的物理教材和高二物理培優(yōu)講義第14講-直流電動機相關(guān)資料。

2.輔助材料：準(zhǔn)備直流電動機工作原理相關(guān)的圖片、圖表，以及電動機啟動瞬間和效率計算的動畫演示視頻。

3.實驗器材：準(zhǔn)備直流電動機、電源、開關(guān)、電流表、電壓表等實驗器材，確保實驗的順利進行和安全性。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，布置實驗操作臺，并確保教室內(nèi)光線充足，環(huán)境安靜，便于學(xué)生集中注意力學(xué)習(xí)。教學(xué)實施過程1.課前自主探索

教師活動：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺發(fā)布直流電動機工作原理的PPT和教學(xué)視頻，要求學(xué)生預(yù)習(xí)電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

設(shè)計預(yù)習(xí)問題：提出“直流電動機是如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的？”和“影響電動機轉(zhuǎn)速的因素有哪些？”等問題，引導(dǎo)學(xué)生思考。

監(jiān)控預(yù)習(xí)進度：通過平臺查看學(xué)生提交的預(yù)習(xí)筆記和思考問題，確保預(yù)習(xí)效果。

學(xué)生活動：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：學(xué)生閱讀資料，理解電動機的基本工作原理。

思考預(yù)習(xí)問題：學(xué)生針對問題進行思考，記錄自己的理解。

提交預(yù)習(xí)成果：學(xué)生提交預(yù)習(xí)筆記和思考問題至平臺。

2.課中強化技能

教師活動：

導(dǎo)入新課：通過展示直流電動機在實際應(yīng)用中的視頻，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

講解知識點：詳細講解直流電動機的電磁感應(yīng)原理、電路分析及效率計算。

組織課堂活動：進行小組討論，讓學(xué)生分析不同電阻對電動機轉(zhuǎn)速的影響。

解答疑問：針對學(xué)生提出的“電動機啟動瞬間的電流為何如此大？”等問題進行解答。

學(xué)生活動：

聽講并思考：學(xué)生認真聽講，積極思考電動機的工作原理。

參與課堂活動：學(xué)生積極參與小組討論，嘗試設(shè)計簡單的電動機實驗。

提問與討論：學(xué)生提出自己的疑問，與其他同學(xué)和老師進行討論。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

布置作業(yè)：布置設(shè)計一個簡單直流電動機電路的作業(yè)，要求學(xué)生計算電路參數(shù)。

提供拓展資源：推薦相關(guān)書籍和在線資源，供學(xué)生進一步學(xué)習(xí)電動機的設(shè)計和優(yōu)化。

反饋作業(yè)情況：批改作業(yè)，針對學(xué)生的設(shè)計給出反饋和建議。

學(xué)生活動：

完成作業(yè)：學(xué)生按照要求完成電路設(shè)計，并提交作業(yè)。

拓展學(xué)習(xí)：學(xué)生利用拓展資源進行深入學(xué)習(xí)，提高自己的設(shè)計能力。

反思總結(jié)：學(xué)生反思自己的設(shè)計過程，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)。教學(xué)資源拓展1.拓展資源

-直流電動機的歷史與發(fā)展：介紹直流電動機的發(fā)展歷程，從早期的直流電動機到現(xiàn)代的直流無刷電動機，以及它們在工業(yè)、交通和日常生活中的應(yīng)用。

-電動機的電磁原理：深入研究電動機的電磁原理，包括電磁感應(yīng)定律、洛倫茲力定律以及法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用。

-電動機的類型與特點：介紹不同類型直流電動機的特點和適用范圍，如永磁直流電動機、串勵直流電動機、并勵直流電動機等。

-電動機的控制與保護：探討電動機的控制技術(shù)，如調(diào)速、制動、保護等方面的知識，以及在實際應(yīng)用中的注意事項。

-電動機的節(jié)能與環(huán)保：分析電動機在節(jié)能和環(huán)保方面的意義，以及如何通過技術(shù)改進提高電動機的能效。

2.拓展建議

-學(xué)生可以通過閱讀相關(guān)書籍或資料，深入了解直流電動機的歷史與發(fā)展，了解電動機在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

-鼓勵學(xué)生通過實驗或模擬軟件，親自操作和觀察直流電動機的工作過程，加深對電磁原理的理解。

-組織學(xué)生進行小組討論，比較不同類型直流電動機的特點和適用范圍，提高學(xué)生的分析能力和團隊合作精神。

-引導(dǎo)學(xué)生研究電動機的控制與保護技術(shù)，了解電動機在實際應(yīng)用中的安全性和可靠性。

-建議學(xué)生關(guān)注電動機的節(jié)能與環(huán)保問題，探討如何通過技術(shù)改進提高電動機的能效，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。

-鼓勵學(xué)生參與科研項目或創(chuàng)新競賽，將所學(xué)知識應(yīng)用于實際問題的解決，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

-推薦學(xué)生閱讀以下書籍和資料，以拓寬知識面和加深對直流電動機的理解：

-《電動機原理與應(yīng)用》

-《電機控制技術(shù)》

-《電機工程手冊》

-《電動機節(jié)能技術(shù)》

-建議學(xué)生關(guān)注以下在線資源，以獲取更多關(guān)于直流電動機的信息：

-電動機技術(shù)論壇

-電動機技術(shù)博客

-電動機技術(shù)視頻教程

-建議學(xué)生參與以下活動，以提高自己的實踐能力和創(chuàng)新意識：

-電動機設(shè)計競賽

-電動機節(jié)能改造項目

-電動機技術(shù)研討會

-建議學(xué)生關(guān)注以下環(huán)保組織或機構(gòu)，了解電動機節(jié)能與環(huán)保的最新動態(tài)：

-節(jié)能減排委員會

-環(huán)保組織

-能源效率協(xié)會教學(xué)評價1.課堂評價

-提問環(huán)節(jié)：通過提問的方式，檢驗學(xué)生對直流電動機基本原理和電路分析的理解程度。例如，可以提問：“如何判斷直流電動機的轉(zhuǎn)向？”或“在電動機電路中，電壓、電流和電阻之間的關(guān)系是怎樣的？”通過學(xué)生的回答，評估他們對知識點的掌握情況。

-觀察學(xué)生參與度：觀察學(xué)生在課堂活動中的參與度，包括小組討論、實驗操作等，以評估學(xué)生的積極性和合作能力。

-實時測試：在課程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行實時測試，如電動機效率計算或電路分析題目，以檢驗學(xué)生的即時學(xué)習(xí)效果。

-學(xué)生反饋：收集學(xué)生對課程的反饋意見，了解教學(xué)內(nèi)容的難易程度和學(xué)習(xí)效果。

2.作業(yè)評價

-作業(yè)批改：對學(xué)生的課后作業(yè)進行詳細批改，包括電動機電路設(shè)計、效率計算等題目。在批改過程中，注重學(xué)生的解題思路、計算方法和邏輯性。

-點評與反饋：在作業(yè)批改中給予學(xué)生詳細的點評，指出他們的優(yōu)點和不足，并提出改進建議。例如，對于電路設(shè)計問題，可以評價學(xué)生是否考慮了效率、安全性等因素。

-及時反饋：確保作業(yè)的反饋及時，以便學(xué)生能夠在下一節(jié)課前了解自己的學(xué)習(xí)情況，并進行相應(yīng)的調(diào)整。

-作業(yè)展示：在課堂上展示部分學(xué)生的優(yōu)秀作業(yè)，鼓勵其他學(xué)生學(xué)習(xí)和模仿，提高整體學(xué)習(xí)水平。

3.教學(xué)評價的實施步驟

-設(shè)定評價標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)課程目標(biāo)和教材內(nèi)容，制定明確的評價標(biāo)準(zhǔn)，確保評價的客觀性和公正性。

-課堂觀察記錄：在課堂教學(xué)中，教師需做好觀察記錄，包括學(xué)生的參與度、討論質(zhì)量等。

-作業(yè)分析報告：對學(xué)生的作業(yè)進行定量和定性分析，形成分析報告，為教學(xué)改進提供依據(jù)。

-教學(xué)反思：教師需定期進行教學(xué)反思，總結(jié)教學(xué)過程中的優(yōu)點和不足，不斷調(diào)整教學(xué)方法。

-家長溝通：通過家長會或書面報告，與家長溝通學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，共同促進學(xué)生的進步。

4.教學(xué)評價的反饋與應(yīng)用

-學(xué)生反饋：將學(xué)生的反饋作為教學(xué)評價的一部分，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法。

-教師自我評價：教師需定期進行自我評價，分析教學(xué)效果，尋找提升空間。

-教學(xué)改進：根據(jù)評價結(jié)果，對教學(xué)內(nèi)容和方法進行改進，提高教學(xué)效果。

-學(xué)生激勵：通過評價，激勵學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)動力。板書設(shè)計①電動機的工作原理

-電磁感應(yīng)定律

-洛倫茲力定律

-通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動

②電動機的電路分析

-電壓、電流、電阻關(guān)系

-歐姆定律

-基爾霍夫定律

③電動機的啟動瞬間

-電流和轉(zhuǎn)矩的急劇變化

-電動機啟動瞬間的特性

④電動機的效率計算

-輸入功率與輸出功率

-效率公式

-影響效率的因素

⑤電動機的類型與特點

-永磁直流電動機

-串勵直流電動機

-并勵直流電動機

⑥電動機的控制與保護

-調(diào)速、制動技術(shù)

-安全保護措施

-電動機的保護電路

⑦電動機的節(jié)能與環(huán)保

-節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

-環(huán)保要求

-電動機的能效等級反思改進措施反思改進措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.實驗教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合：在講解直流電動機原理時，增加實驗環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過實際操作觀察電動機的工作過程，加深對理論知識的理解。

2.案例教學(xué)：引入實際應(yīng)用案例，讓學(xué)生了解直流電動機在工業(yè)和生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決問題的能力。

反思改進措施（二）存在主要問題

1.學(xué)生對電動機工作原理的理解不夠深入：部分學(xué)生在理解電動機的電磁感應(yīng)原理和電路分析時存在困難，需要加強基礎(chǔ)知識的講解和練習(xí)。

2.教學(xué)方法單一：目前的課堂教學(xué)主要采用講授法，學(xué)生參與度不高，需要豐富教學(xué)手段，提高學(xué)生的積極性。

3.評價方式單一：作業(yè)和測試是主要的評價方式，缺乏對學(xué)生實際操作能力和創(chuàng)新思維的評估。

反思改進措施（三）

1.加強基礎(chǔ)知識講解：在講解電動機工作原理時，注重基礎(chǔ)知識的講解，通過示例和練習(xí)幫助學(xué)生理解和掌握。

2.豐富教學(xué)手段：引入多媒體教學(xué)、小組討論、角色扮演等多種教學(xué)手段，提高學(xué)生的參與度和興趣。

3.改進評價方式：增加實驗報告、設(shè)計作品、課堂表現(xiàn)等多元化評價方式，全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

4.加強與企業(yè)的合作：與企業(yè)合作，邀請工程師或技術(shù)人員來校進行講座或指導(dǎo)實驗，讓學(xué)生了解電動機在實際應(yīng)用中的問題和技術(shù)。

5.鼓勵學(xué)生創(chuàng)新：在課程設(shè)計中，鼓勵學(xué)生提出自己的創(chuàng)新想法，通過小組合作完成設(shè)計項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神。

6.定期進行教學(xué)反思：教師需定期對自己的教學(xué)進行反思，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷改進教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。典型例題講解1.例題：一個直流電動機，其線圈電阻為0.5Ω，當(dāng)電動機兩端電壓為12V時，電流為2A。求電動機的輸入功率、輸出功率和效率。

解答：輸入功率\(P_{\text{in}}=U\timesI=12V\times2A=24W\)

輸出功率\(P_{\text{out}}=U\timesI-I^2\timesR=12V\times2A-(2A)^2\times0.5Ω=12W\)

效率\(\eta=\frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}}\times100\%=\frac{12W}{24W}\times100\%=50\%\)

2.例題：一個直流電動機的線圈電阻為1Ω，當(dāng)電動機兩端電壓為24V時，電動機的轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘。求電動機的電磁轉(zhuǎn)矩。

解答：首先，計算電動機的電流\(I=\frac{U}{R}=\frac{24V}{1Ω}=24A\)

然后，計算電動機的功率\(P=U\timesI=24V\times24A=576W\)

最后，根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速計算電磁轉(zhuǎn)矩\(T=\frac{P}{\omega}\)，其中\(zhòng)(\omega=2\pi\times\frac{n}{60}\)

\(\omega=2\pi\times\frac{1500}{60}=157.08\,\text{rad/s}\)

\(T=\frac{576W}{157.08\,\text{rad/s}}\approx3.68\,\text{N·m}\)

3.例題：一個直流電動機的效率為80%，輸入電壓為220V，輸入電流為5A。求電動機的輸出功率。

解答：輸出功率\(P_{\text{out}}=\eta\timesP_{\text{in}}\)

輸入功率\(P_{\text{in}}=U\timesI=220V\times5A=1100W\)

\(P_{\text{out}}=0.8\times1100W=880W\)

4.例題：一個直流電動機的線圈電阻為0.3Ω，當(dāng)電動機兩端電壓為10V時，電動機的轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘。求電動機的電磁轉(zhuǎn)矩。

解答：首先，計算電動機的電流\(I=\frac{U}{R}=\frac{10V}{0.3Ω}\approx33.33A\)

然后，計算電動機的功率\(P=U\timesI=10V\times33.33A\approx333.3W\)

最后，根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速計算電磁轉(zhuǎn)矩\(T=\frac{P}{\omega}\)，其中\(zhòng)(\omega=2\pi\times\frac{n}{60}\)

\(\omega=2\pi\times\frac{3000}{60}=314.16\,\text{rad/s}\)