電動機電路教學難點的突破

張飛翔

(無錫市第一中學 江蘇 無錫 214031)

電動機電路是非純電阻電路，它的電路分析與計算歷來是教學難點，形成教學難點的主要原因有以下兩點.

(1)學生沒有真正理解電動機電路中的能量關(guān)系，或?qū)δ芰筷P(guān)系對應的量化關(guān)系不清楚，如為什么電動機電路歐姆定律不能成立，且U>IR.

(2)初中階段，在對純電阻電路的分析和計算時,對歐姆定律和電功率公式已經(jīng)相當熟練，形成了很強的思維定勢.遇到非純電阻電路這種新電路仍不自覺沿用舊的方式進行分析與計算，形成很強的負遷移.

如何在教學中對這一難點加以突破呢？我們的做法主要從三個層面出發(fā).

1 重視知識的生成過程

在授新課時讓每個學生從能量關(guān)系出發(fā)，推導一下電動機電路中電壓與其中電流、電阻的關(guān)系.

【例題】一臺電動機，線圈電阻是R,當電動機兩端加上電壓U時，通過電動機的電流為I，這時電動機的電壓U與IR的關(guān)系如何？請同學們從能量轉(zhuǎn)換角度推導出來.

推導：從能量轉(zhuǎn)換角度，電動機消耗的電能只能有部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即

W>Q

也就是

UIt>I2Rt

于是有

U>IR

學生親自推導，必然對此結(jié)果產(chǎn)生強烈的震撼，認知上也將產(chǎn)生新的飛躍.

教學中可因勢利導，結(jié)合本例繼續(xù)提出以下問題.

電功率的計算公式有以下形式

P=UI

(1)

(2)

P=I2R

(3)

若是上述電動機，它的電功率計算只能是哪種形式？為什么？它發(fā)熱的功率計算又可以是哪種形式？不能是哪種形式？

學生在理解電功率、熱功率的同時,強化了對于非純電阻電路歐姆定律不適用.

但即便教學中這樣做了，在關(guān)鍵的時候?qū)W生又不時地產(chǎn)生錯誤的認識.這說明學生對已有的部分電路知識，印象深刻，思維定勢難以扭轉(zhuǎn)，需要突破認知的瓶頸，有新的飛躍.

2 讓學生親自實驗體驗

可以讓學生做這樣一個簡單的實驗，用一臺玩具電動機和干電池、小燈泡、電流表、開關(guān)、導線等組成一個簡單電路，如圖1所示.

圖1 用手擠住電動機的軸，觀察現(xiàn)象

先用手擠住電動機的軸，不讓它轉(zhuǎn)動(這時電動機可看做一電阻)，合上開關(guān)，觀察小燈泡亮度和電流表讀數(shù).

再放手讓電動機轉(zhuǎn)動，此時，觀察燈泡亮度和電流表讀數(shù)，如圖2所示(由于相機普通，拍攝時電風扇在轉(zhuǎn)動).啟發(fā)學生思考為什么兩次燈泡亮度不同，電動機正常運轉(zhuǎn)時燈泡電流較小，其原因是什么.當學生完成這一過程后，若再遇到類似問題，便不會輕易弄錯.

圖2 放開手讓電動機轉(zhuǎn)動，觀察現(xiàn)象

教師可和學生一起簡單分析一下，無論電動機轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)，其兩端電壓可以認為相同(不計電源內(nèi)阻，要求新干電池)，容易得出這樣一個實驗結(jié)論，電動機轉(zhuǎn)動時，電流I1小于電動機不轉(zhuǎn)時電流I2.當電動機不轉(zhuǎn)時，電動機相當于一個普通電阻，此時，由歐姆定律

U=I2r

當電動機轉(zhuǎn)動時，由于

I1

得到

I1r

即轉(zhuǎn)動時歐姆定律不成立.

3 換個新的角度加以內(nèi)化

學到電磁感應的內(nèi)容時，還要結(jié)合反電動勢的概念，幫助學生對電動機電路換個新的角度審視這一問題.

首先，介紹反電動勢的概念及其作用.電動機轉(zhuǎn)動時，線圈中也會產(chǎn)生感應電動勢，這個電動勢總是削弱電源電動勢的作用，我們稱之為反電動勢.它的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動.如果要使線圈維持原來的轉(zhuǎn)動，電源就要向電動機提供能量.這正是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程.

再解釋為什么當電動機轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動時，電流表讀數(shù)會有不同的結(jié)果.

如電動機不轉(zhuǎn)動，電路有關(guān)系式

U=I2r

(4)

而當電動機轉(zhuǎn)動時，此時

U-E反=I1r

(5)

容易有

U>I1r

至此，學生對電動機電路有了深刻的理解，完成了認識的飛躍，內(nèi)化成功.再推廣到其他非純電阻電路，也比較容易接受.

通過這樣一系列的方法，在教學中比較好地突破了電動機等非純電阻電路的教學難點.這讓我們認識到在教學中應加強教學研究，做有心人，特別要運用課程意識，設(shè)計好教學鋪墊，成功突破教學中的每一個難點，使我們的教學變得既有趣又有效.