20.5跨學科實踐_制作簡易直流電動機第二十章

電與磁人教版2024版物理九年級全冊跨學科實踐_制作簡易直流電動機教案一、教學目標（一）知識與技能目標學生能夠綜合運用物理學科知識，深入理解直流電動機的工作原理，即通電線圈在磁場中受力轉動，以及換向器改變電流方向實現持續轉動的機制。熟練掌握電動機制作所需材料的特性與用途，運用數學知識進行簡單計算，如根據電源電壓選擇合適規格的導線和線圈匝數，合理規劃電動機各部件的尺寸比例

。學會運用工程技術思維和工具，完成簡易直流電動機的制作，掌握焊接、組裝等基本操作技能，能夠對制作完成的電動機進行調試和優化。（二）過程與方法目標通過小組合作完成簡易直流電動機的制作任務，顯著提升團隊協作、溝通交流和分工合作的能力，學會在團隊中發揮各自優勢，共同解決問題。在制作過程中，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，學會運用多學科知識解決實際問題，如物理原理指導結構設計，數學計算輔助材料選型，技術手段實現制作過程

。經歷從設計構思、材料準備、實際制作到調試優化的完整項目過程，掌握項目式學習的方法，提高實踐操作和創新設計能力。（三）情感態度與價值觀目標充分激發學生對跨學科知識學習和實踐的興趣，體會知識融合在實際創造中的魅力和實用性，增強學生對科學探究和技術創新的熱情。培養學生嚴謹認真、科學求實的態度，以及勇于面對困難、敢于創新和嘗試的精神，在遇到制作難題時保持積極探索的心態。增強學生的成就感和自信心，通過成功制作簡易直流電動機，讓學生感受到自己的創造能力，提升對學習和實踐的積極性。二、教學重難點（一）教學重點綜合運用物理知識理解直流電動機的工作原理，并將其應用于制作過程中的結構設計和功能實現。掌握簡易直流電動機的制作步驟和關鍵技術，如線圈的繞制、換向器的制作與安裝、部件的連接與固定等。學會對制作完成的電動機進行調試，分析和解決制作過程中出現的問題，如電動機不轉動、轉動不順暢等。（二）教學難點協調多學科知識，解決制作過程中出現的復雜問題，如如何優化線圈繞制方式和匝數以提高電動機的轉速和扭矩，如何保證換向器穩定工作

。確保制作的電動機既滿足功能需求，又符合安全規范，如合理選擇電源電壓，正確連接電路，避免短路和觸電風險。培養學生的創新思維，在完成基礎制作的前提下，對電動機進行改進和創新設計，如嘗試不同的磁場方案或動力傳輸方式。三、教學方法項目驅動法：以制作簡易直流電動機為項目任務，驅動學生主動學習和探索，在完成任務的過程中掌握知識和技能，激發學生的學習動力。小組合作法：組織學生分組進行制作，促進學生之間的交流與合作，發揮團隊優勢，共同攻克制作過程中的難題，培養學生的合作能力。講授與指導法：針對制作過程中涉及的物理原理、技術要點和安全規范，進行有針對性的講解和指導；在學生制作過程中，巡回指導，及時解決學生遇到的問題。案例分析法：展示優秀的簡易直流電動機制作案例，引導學生分析其優點和可借鑒之處，啟發學生的制作思路，拓寬學生的創新視野。四、教學過程（一）項目導入（10分鐘）情境創設：播放一段精彩的機器人舞蹈視頻，視頻中的機器人通過內置的電動機實現靈活運動。播放結束后，提問學生：“機器人是如何實現各種動作的？電動機在其中起到了什么作用？”引發學生的思考和討論，激發學生對電動機制作的興趣

。明確任務：向學生明確本次跨學科實踐的任務——制作一個簡易直流電動機。展示提前制作好的簡易直流電動機成品，進行現場演示，讓電動機轉動起來，展示其工作效果。強調制作要滿足能夠穩定轉動、結構牢固等基本要求

，同時鼓勵學生發揮創意進行優化和改進。（二）知識回顧與拓展（20分鐘）物理知識回顧：帶領學生回顧直流電動機的工作原理，包括通電線圈在磁場中受力的原因、左手定則判斷受力方向、換向器的作用等物理知識，重點強調電動機持續轉動的條件

。通過提問和互動，了解學生對原理的掌握情況。技術與數學知識拓展：技術知識：講解制作電動機所需的材料和工具，如漆包線、磁鐵、電池、導線、小刀、鉗子等，介紹每種材料的特性和用途；示范線圈繞制、導線焊接、部件固定等基本技術操作，強調操作規范和安全注意事項，如焊接時防止燙傷，使用小刀刮漆包線時注意安全

。數學知識：講解如何運用數學知識進行簡單計算，如根據電源電壓和導線電阻估算合適的線圈匝數，通過測量和計算確定電動機各部件的尺寸比例，確保結構合理穩定

。通過簡單的例題演示計算過程，讓學生掌握計算方法。創新設計思路啟發：展示一些不同設計的簡易直流電動機案例，如采用不同形狀的磁鐵、特殊的線圈繞制方式等，啟發學生思考如何在基礎制作的基礎上進行創新設計，鼓勵學生提出獨特的想法和方案。（三）小組設計與實踐（60分鐘）分組與分工：將學生分成[X]個小組，每組4-6人。小組成員進行分工，如組長負責組織協調和進度把控，材料員負責領取和管理材料，技術員負責技術操作指導，記錄員負責記錄制作過程和遇到的問題，創新員負責提出創意和改進方案等。設計討論：各小組根據任務要求和所學知識，討論簡易直流電動機的制作方案。包括確定線圈的繞制方式和匝數、換向器的制作方法、磁鐵的安裝位置、電動機的整體結構等。教師巡視各小組，參與討論，提供必要的指導和建議，幫助學生完善設計方案

。制作實踐：小組根據設計方案開始制作簡易直流電動機。成員各司其職，按照操作規范進行材料加工、部件制作和組裝。教師在教室巡回指導，密切關注學生的制作過程，及時糾正不規范操作，解答學生的疑問，幫助學生解決遇到的技術難題，如線圈短路、換向器接觸不良等

。調試優化：制作完成后，各小組對電動機進行調試。接通電源，觀察電動機的轉動情況，如是否轉動、轉速快慢、轉動是否穩定等。如果電動機不能正常工作，引導學生運用所學知識進行故障排查，如檢查電路連接是否正確、換向器是否正常工作、磁場強度是否合適等，并進行相應的優化改進

。（四）成果展示與評價（25分鐘）小組匯報：各小組由代表進行成果展示，介紹小組制作的簡易直流電動機的設計思路、創新點、制作過程中遇到的問題和解決方法，以及最終的工作效果。展示形式可以是實物演示、操作講解、制作過程視頻播放等

。師生評價：其他小組和教師對每個小組的作品進行評價，從電動機的工作性能（如轉速、穩定性）、結構設計（如合理性、牢固性）、創新創意（如獨特的設計和改進）、團隊協作等方面進行打分和點評，提出改進建議。評價過程中，引導學生發現他人作品的優點，學習借鑒，同時反思自己小組作品的不足之處

。總結提升：教師對本次跨學科實踐活動進行總結，強調制作過程中跨學科知識運用的重要性，對學生的表現進行整體評價和鼓勵，針對共性問題進行集中講解和指導，如常見的制作錯誤和改進方法

。（五）課后拓展（布置作業）讓學生根據課堂評價和建議，進一步優化自己小組制作的簡易直流電動機，嘗試不同的改進方案，觀察效果變化

。鼓勵學生查閱資料，了解電動機在現代科技中的更多應用和發展趨勢，如新能源汽車電機、無人機電機等，并撰寫一篇關于電動機應用與發展的小報告

。這份教案以實踐項目推動學生跨學科學習。若你對教學環節時長、制作難度設定、評價方式等方面有新想法，歡迎隨時和我說。5課堂檢測4新知講解6變式訓練7中考考法8小結梳理學習目錄1復習引入2新知講解3典例講解1.理解簡易電動機中換向器的替代設計原理。（重點）2.用物理學原理解釋自制電動機的工作過程。（重點）學習目標知識點1項目提出知識全解生活場景：玩具總動員：遙控賽車、軌道火車?生活小幫手：電動牙刷、USB小風扇?未來科技：無人機螺旋槳、智能機器人關節這些裝置為什么會自己動起來？它們的“心臟”藏在哪里？生活觀察：直流電動機無處不在知識點1項目提出知識全解現象聚焦：電動機的“卡頓”問題?回憶舊知：通電線圈在磁場中受力轉動??

普通線圈轉動半圈后反向受力→無法持續轉動?

復雜換向器制作困難挑戰任務："能否用初中實驗室材料，設計簡易‘換向裝置’讓線圈轉不停？"知識點2項目分析知識全解破解電動機持續轉動的四大關鍵①

線圈材料選擇?使用漆包線?絕緣性：避免線圈匝間短路?可操控性：刮漆部位精準控制電流通斷漆包線粗細選擇：?

粗漆包線：機械強度高，轉動更穩定?

細漆包線：電阻大易發熱，適合微型電機知識點2項目分析知識全解②

磁體與支架設計?強磁體必要性：?產生強磁場

→

增大線圈受力?固定為定子：簡化結構，降低制作難度?支架材料要求：?重金屬絲：導電性+支撐穩定性?避免使用鐵質支架：防止磁干擾破解電動機持續轉動的四大關鍵知識點2項目分析知識全解③

轉子的運動控制?線圈作為轉子：?

矩形設計（3cm×2cm）：增大受力臂，提高轉矩?

匝數選擇（5-10匝）：??

匝數過少

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磁場力不足??

匝數過多

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重量增加導致慣性不足破解電動機持續轉動的四大關鍵知識點2項目分析知識全解④換向功能的替代方案?刮漆法實現半周通電?：?左端全刮：確保與支架始終導電

→

電流輸入?右端半周刮：?上半周接觸

→

通電受力轉動?下半周斷開

→

靠慣性通過破解電動機持續轉動的四大關鍵知識點2項目分析（常見問題庫）?知識全解現象可能原因解決方案線圈不轉動?刮漆不徹底（絕緣漆殘留）

?磁極方向與線圈平面垂直??重新刮漆至銅線裸露

??調整磁體N、S極方向轉動不連續?慣性不足（線圈過重/匝數過多）

?支架摩擦過大??減少線圈匝數至5-8匝

??涂抹潤滑油轉速過慢?電池電壓不足

?磁體磁性減弱??更換新電池（1.5V→3V）

??疊加多個磁體增強磁場知識點3項目實施知識全解四步打造你的專屬電動機！步驟1：繞制線圈——制作核心轉子視覺化操作指南?：?選材裁剪：取直徑約0.5mm的粗漆包線，剪取長度約30cm?工具：直尺標記3cm×2cm區域，硬紙板輔助定型?繞線技巧：沿3cm邊繞5-10匝，保持匝間緊密無重疊??匝數建議：選5匝?轉軸預留：兩端各留2cm直導線作為轉軸知識點3項目實施知識全解步驟2：刮漆處理——破解換向密碼?左端：用刀片徹底刮凈絕緣漆，露出銅色金屬光澤?右端：僅刮除半周（180°）絕緣漆?方法：轉軸平放桌面，刮朝上一側的半周?驗證：用萬用表檢測刮漆區導電性安全警示???："刮漆時刀片向外推，戴防護手套！"四步打造你的專屬電動機！知識點3項目實施知識全解步驟3：組裝支架——搭建導電橋梁1.?支架制作：材料：直徑1mm以上銅絲或鐵夾子金屬絲彎折要求：??高度匹配線圈轉軸（約2cm高）??頂部開V型槽（減少轉軸摩擦）2.?電路連接：支架底部固定于硬紙板，分別連接電池正負極?導電測試：用導線短接支架，觀察電池是否發熱四步打造你的專屬電動機！知識點3項目實施知識全解步驟4：放置磁體與調試啟動1.?磁體定位：強磁體平放在線圈正下方，N、S極方向與線圈平面平行?磁場驗證：撒鐵屑觀察磁感線分布?2.啟動秘訣：輕推線圈至傾斜30°位置釋放?成功標志：持續轉動超過10圈四步打造你的專屬電動機！知識點3項目實施知識全解安全與注意事項！?1.小刀刮漆包線：手手很重要！????刮漆操作："刮漆時刀片向外推，別對著手指！"（想象你在削鉛筆，但更小心）建議戴勞保手套（實驗室那種白手套超酷的！）?偷懶警告：別用牙咬漆皮！銅線扎嘴超痛~2.電池安全：別讓電池"生氣"！????電路連接："正負極別接反！"（電池盒標有+?號，瞪大眼睛看清楚）?短路警告：別讓導線兩頭直接碰一起！會冒煙+燙手！電池發熱立刻停用（摸起來比奶茶還燙？趕緊找老師！）

展示交流知識全解課堂活動設計：品展示會：我的電動機超酷！?任務卡：?曬設計：??"舉起你的線圈！說出刮漆半周的操作理由~"?秀成果：??"三秒倒計時，看誰的線圈轉得最持久！"（全班一起喊：“3—2—1—轉！”拿手機錄慢動作）互動投票："給最炫電動機點贊！??

最佳設計獎/最穩轉速獎"展示交流知識全解改進腦洞：未來工程師計劃奇葩方案收集："給線圈穿LED燈，轉起來就是光劍！"（配星球大戰BGM）"把磁鐵換成電磁鐵，手機藍牙控制轉速！"（雖然現在做不到，但做夢免費~）老師靈魂拷問："如果讓你花10塊錢升級，你買更粗的線、更強的磁鐵，還是買軸承？為什么？【項目提出】生活中有許多地方會用到直流電動機，例如爸爸的電動剃須刀、夏天使用的手持式微風扇都是用直流電動機來驅動的。直流電動機的工作原理是利用__________在______中受力轉動，利用________及時改變線圈中的電流______使得線圈持續轉動的；下面制作一臺簡易的直流電動機。通電線圈磁場換向器方向【項目分析】1.根據電動機的原理知，電動機主要由______和______組成，因而要制作直流電動機，必須用________制成線圈，且保證各圈導線之間是絕緣的，磁體要盡可能的磁性較____。線圈磁體漆包線強2.為了便于快速轉動，選擇______作為轉子，______作為定子。3