直流電動機原理
一、參考大綱：
新人教版物理九年級全一冊第20章第4節(jié)——電動機。
[教材鏈接]（http://www.czwlzx.com/jazx/24424.html
二、該軟件中包含的教學重點、難點：
1、磁場對通電導線的作用。
2、直流電動機的原理、構(gòu)造、應用。
3、電動機中換向器的構(gòu)造和作用。
4、通電導體在磁場中受力的方向與電流方向和磁場方向的關(guān)系。
5、通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的原理。
6、通電導體和通電線圈在磁場中受力而運動，是消耗了電能，得到了機械能。
7、學會安裝和制作簡單的電動機。
三、該軟件能解決的問題：
1、生活中的洗衣機、電風扇、電冰箱內(nèi)部均有能轉(zhuǎn)動的電動機，那么電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？
2、通電線圈在磁場中為什么是兩邊受力，但方向相反。
3、通電線圈可以在磁場里轉(zhuǎn)動一定角度，為什么線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動呢?可以動畫模擬線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動。
4、可以控制變量法對“通電導體在磁場中受到力的作用”進行探究。
5、可以動畫模擬線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動。
6、能動畫模擬電動機的工作原理以及換向器的作用。
7、通過了解物理知識如何轉(zhuǎn)化成實際技術(shù)應用，能進一步提高學生學習科學技術(shù)知識和應用物理知識的興趣。
四、為什么要用虛擬現(xiàn)實互動技術(shù)來做電動機課題：
1、實際中的電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復雜，學生通過實際中的電動機來分析其原理及結(jié)構(gòu)，比較困難，用虛擬場景模擬電動機內(nèi)部，可以將電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化，方便學生分析。
2、磁場中一根通電導線與生活中一個電動機有哪些共同點，學生很難想象，本軟件可以將一根通電導線逐漸演變?yōu)橐浑妱訖C，或者將一電動機的轉(zhuǎn)子逐漸演變?yōu)榇艌鲋械囊桓妼Ь€。
3、磁感線、電流方向、線圈所受的力為不可見的，軟件可以將磁感線方向、電流方向及線圈所受力用箭頭顯示出來，方便學生學習。
4、能演示沒有換向器的電動機線圈如何轉(zhuǎn)動。
5、可以將正在工作中的電動機透明化，揭露電動機內(nèi)部運行情況。
6、電動機在運行過程中，我們可以通過控制滑塊、按鈕等調(diào)節(jié)電流的大小或方向，分析電流大小、方向?qū)﹄妱訖C的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向的影響。
7、模擬一只虛擬的左手，在電動機內(nèi)部幫助學生分析線圈受力等現(xiàn)象。
五、設(shè)計思路：
一根通電導線演變?yōu)橐浑妱訖C的過程。
六、軟件知識結(jié)構(gòu)樹：
七、Layout
7.1 講解模式
sc01：
對白：
我們將電源，開關(guān)，滑動變阻器和一根鐵棒通過導線連接起來，組成一個電路，并且在鐵棒旁放入馬蹄形磁鐵，閉合開關(guān)，我們發(fā)現(xiàn)鐵棒發(fā)生了位移；
接著我們改變電流方向，然后閉合開關(guān)，鐵棒的運動方向也發(fā)生了改變；這說明了電流方向能夠影響通電鐵棒在磁場中的運動方向；
sc02:
對白：
現(xiàn)在我們再加入一根鐵棒，將兩根鐵棒鏈接起來，形成不封閉的線圈，接著改變永磁體的位置。
閉合開關(guān)，通電線圈發(fā)生了轉(zhuǎn)動。
sc03:
對白：
當線圈平面和磁體的磁場方向垂直時，線圈的受力方向不再向前，這個位置我們稱之為平衡位置。
這樣，一個問題就產(chǎn)生了，如果線圈內(nèi)的電流方向總是固定的，那么線圈轉(zhuǎn)動經(jīng)過平衡位置后它的受力方向改變了，會使得線圈無法朝著一個方向轉(zhuǎn)動。
sc04:
對白：
為了使線圈通過平衡位置，繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動，我們需要在平衡位置改變線圈的受力方向。
當線圈內(nèi)電流方向發(fā)生改變時，通電線圈的運動方向會改變。
同樣，如果我們改變磁場極性，通電線圈的運動方向也會改變，但這種方法在電動機內(nèi)部易實現(xiàn)。
sc05：
對白：
我們使線圈連接兩塊半圓形的銅片，分別與一個電刷接觸， 兩個電刷接通電源的正負極，從而達到改變電流方向的目的。
這樣的設(shè)計保證了靠近磁極的線圈導線內(nèi)的電流方向是恒定的，不會隨著線圈的運動而改變，
這樣的裝置使得線圈可以恒定的朝著一個方向運動，這兩個銅片我們稱為換向器。
sc06：
對白：
下面我們來分析線圈如何完成一周的轉(zhuǎn)動。開始時，換向器F與電刷A接觸，換向器E與電刷B接觸，閉合開關(guān)，在線圈的ab邊，電流由a流向b，受到向下的磁場力，cd邊，電流由d流向c，受到向上的磁場力，于是我們可以看見線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)動起來了。
sc07：
對白：
到達平衡位置，線圈的慣性使它沖過平衡位置。此時，換向器E與電刷A接觸、換向器F與電刷B接觸，電流方向變?yōu)橄喾捶较?，導致導線ab、cd受力方向也變?yōu)橄喾捶较?。因此線圈繼續(xù)沿順時針方向轉(zhuǎn)動，又到達平衡位置，再次靠慣性沖過去，因為電流方向又發(fā)生了改變，所以導線ab、cd受力方向也被改變了，線圈繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，完成了一周的轉(zhuǎn)動。
總之，依靠換向器與電刷的配合，每轉(zhuǎn)動半周，線圈中的電流方向就改變一次，這樣它就能夠連續(xù)不停地沿同一方向轉(zhuǎn)動下去。
sc08：
對白：
實際中的電動機，線圈由許多根纏繞在一起的線圈組成的，并且含有多組線圈，每組線圈各與一組換向片連接。為了更好的嵌放各組線圈，降低各組線圈工作時產(chǎn)生的熱能，我們在各組線圈之間嵌入電樞鐵芯。
sc09：
對白：
最后插入軸承，為了電刷與換向器能夠穩(wěn)定地接觸，在電刷的內(nèi)部，通常含有彈簧。
sc10：
對白：
我們裝上外殼，形成電動機。
7.2互動模式
界面1：
說明：
1.通過調(diào)節(jié)滑塊改變電流大小，當電流越大時，電動機轉(zhuǎn)速越快，當電流越小時，轉(zhuǎn)速越慢。
2.當點擊按鈕“改變電流方向”時，電動機反方向轉(zhuǎn)動；電流正負極符號“+”、“-”交換。
3.點擊按鈕“內(nèi)部結(jié)構(gòu)”時，界面轉(zhuǎn)換到“界面2”。
界面2：
說明：
1.氣球攜帶炸彈逐漸靠近目標“電動機”，當靠近之后炸毀電動機，游戲以失敗結(jié)束，點擊按鈕“重新開始”重新開始游戲。
2.點擊“說明”按鈕，彈出窗口“請使風扇正確的轉(zhuǎn)動起來，吹走炸彈”。
3.可以拖動按鈕“N”、“S”、“+”、“-”到虛線框處，給電動機正確指定磁場方向、電流方向。
4.當電動機往前吹風時，可吹走炸彈，此時如果風力太小，可調(diào)節(jié)“電流大小”按鈕或者“磁場大小”按鈕。
5.當電動機往后吹風時，氣球攜帶炸彈靠近電動機速度加快，此時應該及時糾正電動的轉(zhuǎn)向。
6.點擊“受力分析”按鈕，同時顯示出磁感線方向箭頭、電流方向箭頭、導線受力方向箭頭。
