【課件】跨學(xué)科實踐-制作簡易直流電動機-人教版物理九年級上學(xué)期

20.5跨學(xué)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(xué)科實踐_制作簡易直流電動機教案一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能目標(biāo)學(xué)生能夠綜合運用物理學(xué)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(zhuǎn)動，以及換向器改變電流方向?qū)崿F(xiàn)持續(xù)轉(zhuǎn)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(shù)學(xué)知識進行簡單計算，如根據(jù)電源電壓選擇合適規(guī)格的導(dǎo)線和線圈匝數(shù)，合理規(guī)劃電動機各部件的尺寸比例

。學(xué)會運用工程技術(shù)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?qū)χ谱魍瓿傻碾妱訖C進行調(diào)試和優(yōu)化。（二）過程與方法目標(biāo)通過小組合作完成簡易直流電動機的制作任務(wù)，顯著提升團隊協(xié)作、溝通交流和分工合作的能力，學(xué)會在團隊中發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同解決問題。在制作過程中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，學(xué)會運用多學(xué)科知識解決實際問題，如物理原理指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計，數(shù)學(xué)計算輔助材料選型，技術(shù)手段實現(xiàn)制作過程

。經(jīng)歷從設(shè)計構(gòu)思、材料準(zhǔn)備、實際制作到調(diào)試優(yōu)化的完整項目過程，掌握項目式學(xué)習(xí)的方法，提高實踐操作和創(chuàng)新設(shè)計能力。（三）情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)充分激發(fā)學(xué)生對跨學(xué)科知識學(xué)習(xí)和實踐的興趣，體會知識融合在實際創(chuàng)造中的魅力和實用性，增強學(xué)生對科學(xué)探究和技術(shù)創(chuàng)新的熱情。培養(yǎng)學(xué)生嚴謹認真、科學(xué)求實的態(tài)度，以及勇于面對困難、敢于創(chuàng)新和嘗試的精神，在遇到制作難題時保持積極探索的心態(tài)。增強學(xué)生的成就感和自信心，通過成功制作簡易直流電動機，讓學(xué)生感受到自己的創(chuàng)造能力，提升對學(xué)習(xí)和實踐的積極性。二、教學(xué)重難點（一）教學(xué)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(yīng)用于制作過程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能實現(xiàn)。掌握簡易直流電動機的制作步驟和關(guān)鍵技術(shù)，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(xué)會對制作完成的電動機進行調(diào)試，分析和解決制作過程中出現(xiàn)的問題，如電動機不轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)動不順暢等。（二）教學(xué)難點協(xié)調(diào)多學(xué)科知識，解決制作過程中出現(xiàn)的復(fù)雜問題，如如何優(yōu)化線圈繞制方式和匝數(shù)以提高電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩，如何保證換向器穩(wěn)定工作

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

。明確任務(wù)：向?qū)W生明確本次跨學(xué)科實踐的任務(wù)——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(xiàn)場演示，讓電動機轉(zhuǎn)動起來，展示其工作效果。強調(diào)制作要滿足能夠穩(wěn)定轉(zhuǎn)動、結(jié)構(gòu)牢固等基本要求

，同時鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意進行優(yōu)化和改進。（二）知識回顧與拓展（20分鐘）物理知識回顧：帶領(lǐng)學(xué)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(diào)電動機持續(xù)轉(zhuǎn)動的條件

。通過提問和互動，了解學(xué)生對原理的掌握情況。技術(shù)與數(shù)學(xué)知識拓展：技術(shù)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(dǎo)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(dǎo)線焊接、部件固定等基本技術(shù)操作，強調(diào)操作規(guī)范和安全注意事項，如焊接時防止?fàn)C傷，使用小刀刮漆包線時注意安全

。數(shù)學(xué)知識：講解如何運用數(shù)學(xué)知識進行簡單計算，如根據(jù)電源電壓和導(dǎo)線電阻估算合適的線圈匝數(shù)，通過測量和計算確定電動機各部件的尺寸比例，確保結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定

。通過簡單的例題演示計算過程，讓學(xué)生掌握計算方法。創(chuàng)新設(shè)計思路啟發(fā)：展示一些不同設(shè)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(fā)學(xué)生思考如何在基礎(chǔ)制作的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新設(shè)計，鼓勵學(xué)生提出獨特的想法和方案。（三）小組設(shè)計與實踐（60分鐘）分組與分工：將學(xué)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(zé)組織協(xié)調(diào)和進度把控，材料員負責(zé)領(lǐng)取和管理材料，技術(shù)員負責(zé)技術(shù)操作指導(dǎo)，記錄員負責(zé)記錄制作過程和遇到的問題，創(chuàng)新員負責(zé)提出創(chuàng)意和改進方案等。設(shè)計討論：各小組根據(jù)任務(wù)要求和所學(xué)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(shù)、換向器的制作方法、磁鐵的安裝位置、電動機的整體結(jié)構(gòu)等。教師巡視各小組，參與討論，提供必要的指導(dǎo)和建議，幫助學(xué)生完善設(shè)計方案

。制作實踐：小組根據(jù)設(shè)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(guī)范進行材料加工、部件制作和組裝。教師在教室巡回指導(dǎo)，密切關(guān)注學(xué)生的制作過程，及時糾正不規(guī)范操作，解答學(xué)生的疑問，幫助學(xué)生解決遇到的技術(shù)難題，如線圈短路、換向器接觸不良等

。調(diào)試優(yōu)化：制作完成后，各小組對電動機進行調(diào)試。接通電源，觀察電動機的轉(zhuǎn)動情況，如是否轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)速快慢、轉(zhuǎn)動是否穩(wěn)定等。如果電動機不能正常工作，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)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(yīng)的優(yōu)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(shè)計思路、創(chuàng)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(zhuǎn)速、穩(wěn)定性）、結(jié)構(gòu)設(shè)計（如合理性、牢固性）、創(chuàng)新創(chuàng)意（如獨特的設(shè)計和改進）、團隊協(xié)作等方面進行打分和點評，提出改進建議。評價過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)他人作品的優(yōu)點，學(xué)習(xí)借鑒，同時反思自己小組作品的不足之處

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

。（五）課后拓展（布置作業(yè)）讓學(xué)生根據(jù)課堂評價和建議，進一步優(yōu)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(xué)生查閱資料，了解電動機在現(xiàn)代科技中的更多應(yīng)用和發(fā)展趨勢，如新能源汽車電機、無人機電機等，并撰寫一篇關(guān)于電動機應(yīng)用與發(fā)展的小報告

。這份教案以實踐項目推動學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)。若你對教學(xué)環(huán)節(jié)時長、制作難度設(shè)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(xùn)練7中考考法8小結(jié)梳理學(xué)習(xí)目錄1復(fù)習(xí)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(shè)計原理。（重點）2.用物理學(xué)原理解釋自制電動機的工作過程。（重點）學(xué)習(xí)目標(biāo)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(fēng)扇?未來科技：無人機螺旋槳、智能機器人關(guān)節(jié)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(xiàn)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(zhuǎn)動??

普通線圈轉(zhuǎn)動半圈后反向受力→無法持續(xù)轉(zhuǎn)動?

復(fù)雜換向器制作困難挑戰(zhàn)任務(wù)："能否用初中實驗室材料，設(shè)計簡易‘換向裝置’讓線圈轉(zhuǎn)不停？"知識點2項目分析知識全解破解電動機持續(xù)轉(zhuǎn)動的四大關(guān)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(zhǔn)控制電流通斷漆包線粗細選擇：?

粗漆包線：機械強度高，轉(zhuǎn)動更穩(wěn)定?

細漆包線：電阻大易發(fā)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(shè)計?強磁體必要性：?產(chǎn)生強磁場

→

增大線圈受力?固定為定子：簡化結(jié)構(gòu)，降低制作難度?支架材料要求：?重金屬絲：導(dǎo)電性+支撐穩(wěn)定性?避免使用鐵質(zhì)支架：防止磁干擾破解電動機持續(xù)轉(zhuǎn)動的四大關(guān)鍵知識點2項目分析知識全解③

轉(zhuǎn)子的運動控制?線圈作為轉(zhuǎn)子：?

矩形設(shè)計（3cm×2cm）：增大受力臂，提高轉(zhuǎn)矩?

匝數(shù)選擇（5-10匝）：??

匝數(shù)過少

→

磁場力不足??

匝數(shù)過多

→

重量增加導(dǎo)致慣性不足破解電動機持續(xù)轉(zhuǎn)動的四大關(guān)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(xiàn)半周通電?：?左端全刮：確保與支架始終導(dǎo)電

→

電流輸入?右端半周刮：?上半周接觸

→

通電受力轉(zhuǎn)動?下半周斷開

→

靠慣性通過破解電動機持續(xù)轉(zhuǎn)動的四大關(guān)鍵知識點2項目分析（常見問題庫）?知識全解現(xiàn)象可能原因解決方案線圈不轉(zhuǎn)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(diào)整磁體N、S極方向轉(zhuǎn)動不連續(xù)?慣性不足（線圈過重/匝數(shù)過多）

?支架摩擦過大??減少線圈匝數(shù)至5-8匝

??涂抹潤滑油轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(biāo)記3cm×2cm區(qū)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(shù)建議：選5匝?轉(zhuǎn)軸預(yù)留：兩端各留2cm直導(dǎo)線作為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸平放桌面，刮朝上一側(cè)的半周?驗證：用萬用表檢測刮漆區(qū)導(dǎo)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(dǎo)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(zhuǎn)軸（約2cm高）??頂部開V型槽（減少轉(zhuǎn)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(dǎo)電測試：用導(dǎo)線短接支架，觀察電池是否發(fā)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(diào)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(biāo)志：持續(xù)轉(zhuǎn)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(biāo)有+?號，瞪大眼睛看清楚）?短路警告：別讓導(dǎo)線兩頭直接碰一起！會冒煙+燙手！電池發(fā)熱立刻停用（摸起來比奶茶還燙？趕緊找老師?。?/p>

展示交流知識全解課堂活動設(shè)計：品展示會：我的電動機超酷！?任務(wù)卡：?曬設(shè)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(zhuǎn)得最持久！"（全班一起喊：“3—2—1—轉(zhuǎn)！”拿手機錄慢動作）互動投票："給最炫電動機點贊！??

最佳設(shè)計獎/最穩(wěn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)起來就是光劍！"（配星球大戰(zhàn)BGM）"把磁鐵換成電磁鐵，手機藍牙控制轉(zhuǎn)速！"（雖然現(xiàn)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(fēng)扇都是用直流電動機來驅(qū)動的。直流電動機的工作原理是利用__________在______中受力轉(zhuǎn)動，利用________及時改變線圈中的電流______使得線圈持續(xù)轉(zhuǎn)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(jù)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(dǎo)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(zhuǎn)動，選擇______作為轉(zhuǎn)子，______作為定子。3