《2025年长江作业本同步练习册九年级物理全一册人教版》

第5节 跨学科实践：制作简易直流电动机
项目分析
1. 直流电动机结构及工作原理
(1)结构：由线圈和磁体两部分组成，能够转动的部分叫作转子，固定不动的部分叫作定子。
换向器的作用：当线圈刚越过平衡位置时，及时改变线圈中电流方向，使线圈能够持续受力转动下去。
(2)工作原理：通电线圈在磁场中受力的作用。受力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；若两者同时变得相反，则通电导线受力方向不变。受力的大小跟磁场强度和电流大小有关。
2. 准备制作材料
电动机是由转子和定子组成，制作材料包括：漆包线(刷有绝缘漆的铜导线)、强磁体、电池等。线圈作为转子必须用漆包线绕制而成，以避免线圈匝间短路。线圈匝数选择5～10匝即可，匝数过少会导致磁力不足，匝数过多会导致线圈的重力增加，无法靠惯性转动。磁体作为定子选择强磁体，增大线圈受到的磁场力。支架选择有导电性的金属材料，避免使用铁质支架，防止受到磁力干扰。为了保证线圈持续转动，用小刀刮去线圈两端引线的漆皮，把一端全部刮掉，另一端只刮半周，这样使线圈只有半周通电受力，另外半周依靠惯性转动。
项目实施
根据每个人的个性化设计可以制作出不同的直流电动机。下面是一个比较简单的电动机设计和制作方法，同学们可以参考。
1. 把一段粗漆包线绕成约3 cm×2 cm的矩形线圈(如图20.5 - 1所示)，作为转子。从线圈的两端各拉出约2 cm的漆包线作为转轴。
2. 用小刀刮去线圈两端引线的漆皮，把一端全部刮掉，另一端只刮半周。
3. 用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板或电池盒上。两个支架分别与电池的两极相连。
4. 把线圈放在支架上，线圈下放一块强磁体作为定子。
5. 按照图20.5 - 2所示组装好电动机，给线圈通电并用手轻轻推动一下，线圈就会开始转动了。
项目评估
1. 如果整个制作没有问题，但接上电源后线圈不动，这时应做哪些尝试？
2. 想一想如何让你的电动机转动的更快？
3. 尝试设计不同的简易直流电动机，如采用不同形状的磁铁、特殊的线圈绕制方式等。
4. 查阅资料，了解电动机在现代科技中的更多应用和发展趋势，如新能源汽车电机、无人机电机等。

答案：

1. 尝试轻轻推动线圈；检查磁体是否放置正确；检查线圈两端漆皮刮制是否符合要求；检查支架与电池两极连接是否良好。

2. 增强磁体磁性；增大电流（如使用电压更高的电源）；适当增加线圈匝数（在合理范围内）。

3. 采用蹄形磁铁代替条形磁铁；将线圈绕制成圆形；使用多个磁体组合形成更强磁场。

4. 应用：新能源汽车驱动电机、工业生产流水线电机、家用电器电机、无人机动力电机等。发展趋势：高效化、小型化、轻量化、智能化控制、永磁同步电机技术提升、无刷电机应用扩大等。