VR虚拟现实课堂--电动机
初中物理 人教版 九年级全一册 第20章电和磁 第四节
简介
本节课借助矩道物理VR实验室，将平面的原理结构转换为3D立体、可交互操作的直观模型，利用虚拟现实技术打造沉浸式的虚拟现实课堂，加强直观性和互动性，激发学生的学习兴趣，以便学生快速理解和掌握。
教学目标
一、教学目标
1. 通过演示实验，知道磁场对通电导线有力的作用，知道力的方向与电流方向和磁场方向有关。
2. 通过VR实验探究，知道磁场能使通电线圈转动，了解换向器的工作原理。
3. 了解直流电动机的构造、工作原理及能量的转化。
二、重难点
教学重点：通电导线在磁场中受到力的作用。
教学难点：电动机能够持续转动的原因。
教学过程
01
新课导入
向同学们展示四幅图：电动自行车、电风扇、电动玩具（小火车和小飞机）。向学生提问：他们能够运动是因为有一种共同的动力装置，这种装置是什么？从而引出本节教学内容——电动机。
02
磁场对通电导线的作用
【演示实验】
向同学们展示电动机的内部结构，经过观看，同学们不难发现电动机的内部有磁体和线圈。
然后向同学提问：为什么电动机通电后就能转动？磁场和通电导体之间有什么样的关系？——引导同学们认识磁体对通电导线的作用。
结论：通电导线在磁场里中要受到力的作用，力的方向跟电流方向、磁感线方向都有关系。只改变电流方向或者磁场的方向时，通电导线受力的方向改变。同时改变电流和磁场方向，则受力方向不改变。
【VR探究】
假如上一个实验中我们不是放一根导线，而是把整个线圈放到磁场中又会怎么样呢？
教师进入矩道播控系统，向学生下发《线圈不能连续转动》的实验。
学生接收后，带上VR头盔，自由探索通电线圈在磁场中怎样运动，找到不能连续转动的原因。
结论：通电线圈不能在磁场中连续转动，最终会停止在平衡位置。
原因：
03
探究学习——让线圈持续转动
找到了线圈不能连续转动的原因，但实际中的电动机却能连续转动工作，这又是如何办到的呢？接下来就来解决这一问题。
探究如何让线圈转动起来
首先，告诉同学们有一种能够让线圈持续转动下去的方法，让同学们找到线圈能转动下去的原因。
教师进入矩道播控系统，向学生下发《让线圈转起来》的实验。
学生接收后，带上VR头盔，自由探索实验、并认真观察实验器材的特点，找到线圈能够持续转动的原因。
教师引导学生总结出：让线圈持续转动的方法是，在线圈转动到平衡位置处时，让线圈断电，靠惯性转动半圈，然后再次通电，电流方向不变，让线圈再次受力继续转动。
换向器的结构与原理
上面的方法虽然能让线圈连续转动起来，但是在实际应用中却有缺陷，做不到动力的持续输出，不稳定。
为了改进方案，进一步引导学生思考，如果在线圈转过平衡位置时，把断电改为改变电流方向或磁场方向，是不是就可以达到改变受力方向的目的，从而能让线圈持续转动下去，还能做到动力的持续输出。
这时向同学们介绍电动机中的一个重要组成——换向器。
讲解后教师在矩道播控系统中下发《换向器的结构和原理》，让学生在VR下亲自体验换向器的结构原理。
总结：
电动机原理：通电导线在磁场中受到力的作用。
换向器的原理：当线圈转到另一半和电刷接触时就改变了电流方向,从而受力方向改变使线圈连续转到下去。
换向器的作用：当线圈转过平衡位置,及时改变线圈电流方向,使线圈得以连续转动。
04
电动机的基本构造
1、电动机的基本构造：
①转子：能够转动的部分（线圈）
②定子：固定不动的部分（磁体）
并向同学们展示实际直流电动机的转子的详细结构，让学生了解实际的电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
2、电动机的优点：结构简单、控制方便、体积小、效率高。
3、电动机的能量转换：电能→动能。
课堂小结
1、磁场对通电导线的作用
结论1：通电导线在磁场中受到力的作用。
结论2：通电导体所受力的方向跟电流方向、磁场方向有关。
2、如何让线圈转动起来
①电动机原理：通电导线在磁场中要受到力的作用。
②换向器的原理：当线圈转到另一半和电刷接触时就改变了电流方向,从而受力方向改变使线圈连续转到下去。
③换向器的作用：当线圈转过平衡位置,及时改变线圈电流方向,使线圈得以连续转动。
3、电动机的结构
①电动机的组成：转子和定子。
②电动机的优点：结构简单、控制方便、体积小、效率高。
③电动机的能量转换：电能→动能。
END
