电动机电路教学难点的突破

张飞翔

(无锡市第一中学 江苏 无锡 214031)

电动机电路是非纯电阻电路，它的电路分析与计算历来是教学难点，形成教学难点的主要原因有以下两点.

(1)学生没有真正理解电动机电路中的能量关系，或对能量关系对应的量化关系不清楚，如为什么电动机电路欧姆定律不能成立，且U>IR.

(2)初中阶段，在对纯电阻电路的分析和计算时,对欧姆定律和电功率公式已经相当熟练，形成了很强的思维定势.遇到非纯电阻电路这种新电路仍不自觉沿用旧的方式进行分析与计算，形成很强的负迁移.

如何在教学中对这一难点加以突破呢？我们的做法主要从三个层面出发.

1 重视知识的生成过程

在授新课时让每个学生从能量关系出发，推导一下电动机电路中电压与其中电流、电阻的关系.

【例题】一台电动机，线圈电阻是R,当电动机两端加上电压U时，通过电动机的电流为I，这时电动机的电压U与IR的关系如何？请同学们从能量转换角度推导出来.

推导：从能量转换角度，电动机消耗的电能只能有部分转化为内能，即

W>Q

也就是

UIt>I2Rt

于是有

U>IR

学生亲自推导，必然对此结果产生强烈的震撼，认知上也将产生新的飞跃.

教学中可因势利导，结合本例继续提出以下问题.

电功率的计算公式有以下形式

P=UI

(1)

(2)

P=I2R

(3)

若是上述电动机，它的电功率计算只能是哪种形式？为什么？它发热的功率计算又可以是哪种形式？不能是哪种形式？

学生在理解电功率、热功率的同时,强化了对于非纯电阻电路欧姆定律不适用.

但即便教学中这样做了，在关键的时候学生又不时地产生错误的认识.这说明学生对已有的部分电路知识，印象深刻，思维定势难以扭转，需要突破认知的瓶颈，有新的飞跃.

2 让学生亲自实验体验

可以让学生做这样一个简单的实验，用一台玩具电动机和干电池、小灯泡、电流表、开关、导线等组成一个简单电路，如图1所示.

图1 用手挤住电动机的轴，观察现象

先用手挤住电动机的轴，不让它转动(这时电动机可看做一电阻)，合上开关，观察小灯泡亮度和电流表读数.

再放手让电动机转动，此时，观察灯泡亮度和电流表读数，如图2所示(由于相机普通，拍摄时电风扇在转动).启发学生思考为什么两次灯泡亮度不同，电动机正常运转时灯泡电流较小，其原因是什么.当学生完成这一过程后，若再遇到类似问题，便不会轻易弄错.

图2 放开手让电动机转动，观察现象

教师可和学生一起简单分析一下，无论电动机转与不转，其两端电压可以认为相同(不计电源内阻，要求新干电池)，容易得出这样一个实验结论，电动机转动时，电流I1小于电动机不转时电流I2.当电动机不转时，电动机相当于一个普通电阻，此时，由欧姆定律

U=I2r

当电动机转动时，由于

I1

得到

I1r

即转动时欧姆定律不成立.

3 换个新的角度加以内化

学到电磁感应的内容时，还要结合反电动势的概念，帮助学生对电动机电路换个新的角度审视这一问题.

首先，介绍反电动势的概念及其作用.电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个电动势总是削弱电源电动势的作用，我们称之为反电动势.它的作用是阻碍线圈的转动.如果要使线圈维持原来的转动，电源就要向电动机提供能量.这正是电能转化为其他形式的能的过程.

再解释为什么当电动机转动与不转动时，电流表读数会有不同的结果.

如电动机不转动，电路有关系式

U=I2r

(4)

而当电动机转动时，此时

U-E反=I1r

(5)

容易有

U>I1r

至此，学生对电动机电路有了深刻的理解，完成了认识的飞跃，内化成功.再推广到其他非纯电阻电路，也比较容易接受.

通过这样一系列的方法，在教学中比较好地突破了电动机等非纯电阻电路的教学难点.这让我们认识到在教学中应加强教学研究，做有心人，特别要运用课程意识，设计好教学铺垫，成功突破教学中的每一个难点，使我们的教学变得既有趣又有效.