自制“教学用直流电动机演示装置”
0 前言
随着新课程改革的深入实施及中学素质教育全面贯彻，全面实施以培养学生的创新精神和实践能力为重点的素质教育已成为教育界的共识[1-3]。在教学过程中以学生为主体，充分突出学生主体作用，发挥老??主导作用，教师使用自制的演示装置不仅能够实现学生自主学习、师生互动，提高教学效率，而且能让同学们在学习知识的过程中激发学生的创新热情，提高科学素养[4-5]。该演示装置制作目的主要针对学生对电动机原理及结构有关知识的内容抽象、实践能力差、理论掌握难等问题而制作的一个简易演示装置，该装置具有构造简单、取材方便、制作简单、操作方便、易携带、实验效果明显等优点，它不仅能够让中学生很好地理解直流电动机的原理及结构，而且能够激发学生的好奇心、培养学生的创新意识，因此该演示装置能够很好地用于中学课堂教学中。
1 装置的设计原理
直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。直流电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，简易的直流电动机主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子，它是将电能转变为机械能的一种机器。图1为简单的直流电动机的结构图，电动机结构中固定部分称为定子，由两个不同极性的永磁体构成，旋转部分称为转子，由线圈构成，电刷和转换器用来控制线圈向同一方向转动，图2给出了直流电动机工作的原理图。从图2中可以看出，电刷和和转换器来控制线圈转动在制作上比较麻烦及演示其原理时效果不明显，我们在设计的时对这部分进行了重新设计，图1中两个不同极性的磁铁被一个U形磁铁替代，设计的实物图和操作方法在下面的部分给出。
2 装置的实物图及操作方法
自制“教学用直流电动机演示装置”的实物图如图3所示，包括：U形磁铁，矩形线圈，装置支架，电池组、开关、导线组成。在图3中，我们重新设计了图1中电刷和和转换器组合，利用一半导电一半不导电的支架来代替于电刷，借助惯性可实现连续旋转，利用一个U形磁铁替代图1中两个不同极性的磁铁，我们利用铜线缠绕自制了一个简易矩形线圈。该装置制作简单，所用的材料容易获得，因此它不仅能够让学生很好地理解直流电动机的原理及结构，而且可以激发学生的创新热情，让学生自己动手制作，从而锻炼学生的实践能力。在操作中，首先闭合开关，用力轻轻拨动线圈，让线圈会开始转动，观察实验现象，然后分别改变电流的方向和磁场方向及同时改变电流和磁场方向，再观察实验现象，通过实验现象分析得出电动机的电流方向和磁场方向之间的关系。在演示过程中，通电线圈在磁场中发生了转动，其转动方向可以根据左手定则来判断，如果知道电流方向、受力方向、磁场方向中的任两个量，由电磁学知识可知第三个量。该演示装置不仅能够当作电动机演示装置，而且通过简单的改造（把电池的两端接上电压表或者小灯泡）变成发电机演示装置，通过观看电压表指针的变化或小灯泡的亮度来掌握发电机的原理，因此在课堂教学中通过这样的演示实验教学，对于新课程的改革具有重要的意义。
3 总结
自制“教学用直流电动机演示装置”对复杂的电动机进行合理的简化，提供了制作简单、控制方便、体积小、直观性强、演示效果明显的教学用演示装置，能够很好地让学生理解电动机的基本原理及结构，可以作为教具在课堂教学中使用。该装置能够很容易地改造成发电机演示装置，也可让学生能够很好地理解电动机和发电机的区别。该演示装置可以作为教具辅助课堂教学，能构有效地辅助教学，不仅使得学生能够熟练地掌握电动机相关知识，而且能够激发学生的好奇心，让学生在愉快的氛围中快乐学习，能够很好地提高教学效果。
