人教版九年級(jí)物理下冊(cè)導(dǎo)學(xué)案：20.4電動(dòng)機(jī)

人教版九年級(jí)物理下冊(cè)導(dǎo)學(xué)案：20.4電動(dòng)機(jī)一、知識(shí)回顧1.電動(dòng)機(jī)的基本原理電動(dòng)機(jī)是利用電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。根據(jù)電流的方向和磁場(chǎng)的互作用，電動(dòng)機(jī)可以分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)利用直流電流的方向與磁場(chǎng)的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)利用交流電流的方向的變化與磁場(chǎng)的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。2.電動(dòng)機(jī)中的基本組成部分電動(dòng)機(jī)由電磁鐵、轉(zhuǎn)子、定子、碳刷和軸等部分組成。電磁鐵由鐵芯和線圈構(gòu)成，它的作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，它由繞組和鐵芯構(gòu)成。定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分，它由鐵芯和繞組構(gòu)成。碳刷用于與轉(zhuǎn)子接觸，通過(guò)摩擦產(chǎn)生電流。軸是將轉(zhuǎn)矩傳遞到外部的部分。3.電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通電使電磁鐵的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子中的繞組相互作用，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來(lái)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，碳刷與轉(zhuǎn)子的繞組接觸，通過(guò)摩擦產(chǎn)生電流。電流在轉(zhuǎn)子和定子的繞組中產(chǎn)生磁場(chǎng)，相互作用使得轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。4.電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)按照電動(dòng)機(jī)的不同特點(diǎn)，可以將電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的使用場(chǎng)景和功能需求，還可以將電動(dòng)機(jī)分為有刷電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。有刷電動(dòng)機(jī)是指通過(guò)碳刷與轉(zhuǎn)子繞組接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)電流傳遞的電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是指通過(guò)電子元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電流傳遞的電動(dòng)機(jī)。二、概念解析1.電動(dòng)機(jī)的效率電動(dòng)機(jī)的效率是指電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的比例。電動(dòng)機(jī)的效率越高，其能源利用率越高。電動(dòng)機(jī)的效率計(jì)算公式為：效率=輸出功率/輸入功率×100%。2.電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是指單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，通常以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）來(lái)表示。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源電壓和負(fù)載有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，其輸出的機(jī)械功率越大。3.電動(dòng)機(jī)的扭矩電動(dòng)機(jī)的扭矩是指電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)所受到的力矩，通常以牛頓米（N·m）來(lái)表示。電動(dòng)機(jī)的扭矩與電源電流和電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的扭矩越大，其輸出的機(jī)械功率越大。三、實(shí)例分析實(shí)例一：小車(chē)電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)小車(chē)電動(dòng)機(jī)控制電路圖如下所示：小車(chē)電動(dòng)機(jī)控制電路圖小車(chē)電動(dòng)機(jī)控制電路圖小車(chē)電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等操作。1.正轉(zhuǎn)功能設(shè)計(jì)當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，K1繼電器吸合，閉合M1主線圈，產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻拇艌?chǎng)，使電動(dòng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2.反轉(zhuǎn)功能設(shè)計(jì)當(dāng)按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，K2繼電器吸合，閉合M2主線圈，產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻拇艌?chǎng)，使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。3.停止功能設(shè)計(jì)當(dāng)正轉(zhuǎn)按鈕和反轉(zhuǎn)按鈕均松開(kāi)時(shí)，K1和K2繼電器均斷開(kāi)，打開(kāi)M1和M2主線圈的電路斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。實(shí)例二：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制是電動(dòng)機(jī)控制的重要應(yīng)用之一，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓或改變負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法有：電壓控制方法：通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。降低電源電壓可以降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加電源電壓可以提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。頻率控制方法：對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)控制電源的頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。降低電源頻率可以降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加電源頻率可以提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。脈寬調(diào)制方法：通過(guò)改變脈沖信號(hào)的寬度來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。脈寬調(diào)制方法可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。四、拓展思考你知道哪些常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景？無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與有刷電動(dòng)機(jī)有什么區(qū)別？電動(dòng)機(jī)的效率與電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸入功率之間有什么關(guān)系？如何判斷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩大小？五、學(xué)習(xí)反思通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本原理、組成部分、工作原理以及分類(lèi)有了更深入的了解。我