Меню

Конспект урока индукционны ток

Конспект урока «Явление электромагнитной индукции». 11 класс.

Нажмите, чтобы узнать подробности

образовательные:

-сформировать представление о явлении электромагнитной индукции;

-сформулировать условие возникновения индукционного тока;

развивающие:

-развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;

-развивать умение находить решение проблемы;

воспитательные:

-прививать на примере биографии великого ученого общечеловеческие ценности;

воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету;

-расширять кругозор учащихся.

Просмотр содержимого документа
«Конспект урока «Явление электромагнитной индукции». 11 класс.»

Урок изучения нового материала в 11 классе.

Тема. Явление электромагнитной индукции.

образовательные:

-сформировать представление о явлении электромагнитной индукции;

-сформулировать условие возникновения индукционного тока;

развивающие:

-развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;

-развивать умение находить решение проблемы;

воспитательные:

-прививать на примере биографии великого ученого общечеловеческие ценности;

воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету;

-расширять кругозор учащихся.

Оборудование: две катушки (от разборного трансформатора) на общем сердечнике, гальванометр, ключ, реостат, источник тока, провода, два полосовых магнита, модель электромагнита;

портрет М. Фарадея;

интерактивное пособие «Наглядная физика», интерактивная доска, мультимедийный проектор.

Урок-лекция с созданием проблемных ситуаций, с использованием демонстрационного эксперимента и наглядности (создание проблемных ситуаций и их поиск обеспечивает обратную связь на уроке, демонстрационный эксперимент и наглядность повышают эффективность лекции).

I. Организационный момент.

II. Мотивация учебной деятельности.

Китайская пословица гласит:

«Человек может стать умным тремя путями:

путём подражания – это самый лёгкий путь, путём опыта – это самый трудный путь, и путём размышления – это самый благородный путь».

Сегодня на уроке нам предстоит поразмышлять.

Работа миллионов электродвигателей и генераторов электрического тока во всем мире основана на явлении электромагнитной индукции.

Открытие явления электромагнитной индукции относят к наиболее выдающимся открытиям XIX века.

Слава эпохального открытия явления принадлежит английскому физику Майклу Фарадею.

Его называли властителем молний и королем физиков. А он всю жизнь оставался скромным, читал лекции для детей и верил в великие тайны Природы и Бога.

Воспитание на примере жизни и деятельности выдающихся ученых.

Примечание. Привести биографические данные с целью воспитания трудолюбия, настойчивости, честности, бескорыстия (что особенно важно в наши дни, когда часто побеждает меркантильность).

Дэви (знаменитый химик) взял Майкла Фарадея своим секретарем и вскоре предложил Майклу сопровождать его в путешествии по странам Европы. Майкл — лаборант, секретарь, даже слуга. Леди Дэви требовала, чтобы он прогуливал ее мопса, и однажды в Швейцарии отказалась сесть за один стол с Фарадеем. Если бы знала чопорная и капризная шотландка, что потомки будут вспоминать ее только благодаря этому молчаливому юноше, заботившемуся о походной лаборатории ее мужа!

Фарадей сформулировал свое кредо: «Наблюдать, изучать и работать». Кредо, которому он следовал всю свою жизнь.

Своим трудолюбием он приводил в изумление всех, кто его знал. Образ жизни его был в высшей степени скромен, почти суров. Личную независимость он ставил выше всего, а к внешним почестям обнаруживал полное пренебрежение. Вместе с тем Фарадей до конца своей жизни оставался глубоко религиозным. Небо над ним не было всегда безоблачным. Ему не верили, завидовали, обвиняли в том, что он ворует чужие научные идеи. Но Фарадей был честен и чист. Он просто с детства привык все перепроверять на собственном опыте, видел дальше, шел дальше тогда, когда останавливались, оставив надежды на успех, другие.

***Он никогда не щадил себя, занимаясь наукой. Серьезно укоротили его жизнь химические опыты, где широко использовалась ртуть, беспрерывно проливавшаяся на пол, а затем испарявшаяся. Оборудование его лаборатории было абсолютно негодным с точки зрения самой элементарной техники безопасности. Вот письмо самого Фарадея: «В прошлую субботу у меня случился еще один взрыв, который опять поранил мне глаза. Одна из моих трубок разлетелась вдребезги с такой силой, что осколком пробило оконное стекло, точно ружейной пулей. Мне теперь лучше, и я надеюсь, что через несколько дней буду видеть так же хорошо, как и раньше. Но в первое мгновение после взрыва глаза мои были прямо-таки набиты кусочками стекла. Из них вынули тринадцать осколков…»

Заслуживает восхищения история открытия явления электромагнитной индукции.

Фарадей ставит множество опытов, ведет педантичные записи. Каждому небольшому исследованию он посвящает параграф в лабораторных записях (изданы в Лондоне полностью в 1931 году под названием «Дневник Фарадея»). О работоспособности Фарадея говорит хотя бы тот факт, что последний параграф «Дневника» помечен номером 16041. Блестящее мастерство Фарадея-экспериментатора, одержимость, четкая философская позиция не могли не быте вознаграждены, но ожидать результата пришлось долгих десять лет (в кармане Фарадей многие годы носил магнит, который напоминал ему, что рано или поздно он должен, как записал в 1822 году в своем дневнике, «превратить магнетизм в электричество»).

III. Целеполагание.

Какую цель мы ставим перед собой на уроке?

Изучить суть явления «превращения магнетизма в электричество».

Почему для его открытия потребовалось десять лет упорного труда и не только Фарадея.

IV. Сообщение темы урока.

V. Актуализация опорных знаний.

Что предшествовало открытию явления электромагнитной индукции?

Поддерживающее повторение — «борьба с забыванием».

Вопрос. В суть открытия Эрстеда?

Ответ. В 1820 году Ганс Христиан Эрстед обнаружил, что провод, по которому идёт ток, действует на магнитную стрелку.

Из опыта Г. Эрстеда следует, что вокруг этого проводника существует магнитное поле.

Вопрос. Как открытие Эрстеда служит людям? Продемонстрируйте.

Ответ. В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит. Электромагниты нашли широкое применение их в технике.

(На демонстрационном столе среди оборудования находится модель электромагнита. Учащийся выбирает модель и демонстрирует его работу).

Помимо промышленного использования, магниты стали широко применяться в медицине: еще в конце XIX — начале XX века электромагнит служил самым лучшим способом для извлечения инородных тел из полости глаза.

VI. Изучение нового материала.

Электрический ток, рассуждал М. Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Обратимся к эксперименту.

Опыты Фарадея можно воспроизвести следующим образом: замкнем катушку на гальванометр — высокочувствительный прибор для измерения малых постоянных и переменных электрических токов.

Опыт 1. Внести магнит в катушку северным полюсом.

Вопрос. Что наблюдали?

Ответ. При внесении магнита в катушку, замкнутой на гальванометр, наблюдается отклонение стрелки прибора.

Вопрос. Какой вывод можем сделать?

Ответ. В катушке возникает электрический ток.

Опыт 2. Оставить магнит в катушке.

Вопрос. Что наблюдали?

Ответ. Если магнит неподвижен относительно катушки, стрелка гальванометра не отклоняется. Следовательно, электрический ток не возникает.

Опыт 3. Вынести магнит из катушки северным полюсом.

Вопрос. Что наблюдали?

Ответ. При вынесении магнита из катушки опять наблюдаем отклонение стрелки гальванометра и делаем вывод, что в катушке возник электрический ток.

Учитель. Таким образом, «магнетизм породил электричество». В этом случае ток называют индукционным (от лат. inductio — наведение).

Повторим серию опытов.

Опыт 4. Внести магнит в катушку южным полюсом.

Опыт 5. Оставить магнит в катушке.

Опыт 6. Вынести магнит из катушки южным полюсом.

Вопрос. Что наблюдали?

Ответ. При внесении или вынесении магнита в катушку южным полюсом, замкнутую на гальванометр, наблюдается отклонение стрелки, значит, в катушке возникает электрический ток. Если магнит неподвижен относительно катушки, стрелка не отклоняется электрический ток не возникает.

Учитель. Казалось бы, все просто. Но почему потребовалось десять лет? Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. В ходе работы он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда Колладон вводил магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывает тока. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Можно в наблюдаемых нами опытах двигать катушку относительно недвижного магнита.

Опыт 7. Движение катушки относительно магнита.

Вопрос. Что наблюдали?

Ответ. При движении катушки относительно магнита наблюдаем отклонение стрелки гальванометра и делаем вывод, что в катушке возник электрический ток.

Учитель. Давайте подумаем, что происходит при движении магнита относительно катушки или катушки относительно магнита.

Вокруг магнита существует магнитное поле.

Читайте также:  Применение в осветительной сети напряжение переменного тока частотой в 10 15 гц

Поддерживающее повторение — «борьба с забыванием».

Вопрос. Как можно графически представить магнитное поле?

Ответ. С помощью силовых линий. Это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с вектором магнитной индукции.

Вопрос. Что характеризует величина — магнитная индукция?

Ответ. Магнитная индукция — характеристика магнитного поля (характеризует силовое действие магнитного поля).

Вопрос. Что собой представляют силовые линии магнитного поля полосового магнита?

Ответ. Силовые линии магнитного поля магнита — замкнутые линии. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.

Вопрос. Как с помощью силовых линий можно судить о величине магнитного поля?

Ответ. По густоте силовых линий можно судить о величине магнитного поля: магнитное поле сильнее, силовые линии гуще.

Учитель. Для дальнейшего объяснения нужно ввести величину — магнитный поток, который характеризует магнитное поле, пронизывающее определенную поверхность.

Магнитный поток Ф через плоскую поверхность — скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции B на площадь поверхности S и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией:

Ф = BS cos α.

В СИ единицей магнитного потока является вебер (Вб).

Вопрос. Исходя из определения магнитного потока, подумайте, каким образом может изменяться магнитный поток?

Ответ. Путем изменения площади контура S, путем изменения величины магнитного поля В, путем изменения угла α.

При приближении магнита к катушке (замкнутому контуру) (или катушки к магниту) увеличивается магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром. При удалении магнита от замкнутого контура (или катушки от магнита) уменьшается магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром.

Итак, делаем вывод: индукционный ток возникает в замкнутом контуре, если магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, изменяется.

Мозговой штурм.

Приведенные опыты демонстрируют явление электромагнитной индукции. А можно с помощью других установок продемонстрировать возникновение индукционного тока?

Ответ. Можно постоянный магнит заменить электромагнитом.

Учитель. Выберите необходимое оборудование, соберите установку и продемонстрируйте возникновение индукционного тока.

Ответ. Нужно взять вторую катушку и замкнуть ее на источник тока. Эта катушка играет роль электромагнита. Ее приближать и удалять от катушки, замкнутой на гальванометр. Или можно двигать первую катушку относительно второй.

Опыт 8. Движение второй катушки относительно первой.

Опыт 9. Движение первой катушки относительно второй.

Ответ. Убедились, что в момент движения катушек относительно друг друга возникает индукционный ток.

Мозговой штурм.

Вопрос. В опытах 8, 9 постоянный магнит заменили электромагнитом. Что еще можно изменить в данной установке, чтобы получить изменение магнитного потока через катушку, замкнутую на гальванометр?

Учитель. Если по катушке идет постоянный ток, то магнитное поле, созданное этой катушкой с током, также является постоянным. А если ток будет переменным, то и магнитное поле будет переменным. Но как с помощью источника постоянного тока создать переменное магнитное поле?

Вопрос. Что происходит в момент замыкания цепи?

Ответ. Ток в цепи второй катушки нарастает. Следовательно, усиливается магнитное поле, созданное этим током. Мы получим изменение магнитного потока через первую катушку и в ней возникнет индукционный ток.

Учитель. Остается проверить на опыте.

Опыт 10. Замыкание ключа в цепи второй катушки.

Опыт 11. Размыкание ключа в цепи второй катушки.

Ответ. Убедились, что в момент замыкания и размыкания ключа в цепи второй катушки в первой катушке возникает индукционный ток: при замыкании ключа ток нарастает и магнитное поле и, следовательно, магнитный поток через первую катушку нарастает. При размыкании ключа ток убывает, уменьшается магнитный поток через первую катушку и в ней возникает индукционный ток.

Мозговой штурм.

Вопрос. Можно ли изменять ток в цепи?

Ответ. Чтобы изменять ток, в цепь нужно подключить реостат. Реостат служит для изменения силы тока в цепи.

Опыт. Изменение силы тока в цепи второй катушки с помощью реостата.

Ответ. Убедились, что в момент перемещения бегунка реостата с целью изменения силы тока в цепи второй катушки в первой катушке возникает индукционный ток. Если по катушке идет постоянный ток, то индукционный ток не возникает.

Учитель. Сначала Фарадеем была открыта электромагнитная индукция в неподвижных относительно друг друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, Фарадей с помощью опытов доказал: ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга.

Таким образом, мы получали индукционный ток разными способами. Давайте напомним их.

Ответ. Перемещение магнита и катушки относительно друг друга.

Ответ. Перемещение одной катушки относительно другой.

Ответ. Изменение силы тока в одной из катушек.

Ответ. Замыкание и размыкание цепи.

Учитель. Делаем вывод: неважно, каким образом изменяется число линий магнитной индукции, чтобы в замкнутом контуре возник ток: меняется ли само поле, пронизывающее неподвижный контур, или же контур перемещается из области с одной густотой линий в область с другой густотой.

В этом суть явления электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция — это явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Вы обратили внимание, что если быстро двигать магнит относительно катушки, быстро перемещать бегунок реостата, резко замыкать и размыкать ключ, то есть, если быстро изменяется магнитный поток, то индукционный ток будет сильнее, о чем свидетельствует отброс стрелки гальванометра. При нарастании магнитного потока через замкнутый контур индукционный ток имеет одно направление, а при убывании магнитного потока изменяет направление.

Установка на будущее.

На следующих уроках выясним, от чего зависит величина и направление индукционного тока.

VII. Закрепление изученного материала.

Учитель. Что узнали на уроке и что знать о явлении электромагнитной индукции.

электричество порождает магнетизм.

магнетизм превратил в электричество.

3. Индукционный ток возникает, если…

(демонстрация слайдов из интерактивного пособия).

4. Магнитный поток через замкнутый контур … (изменяется), в замкнутом контуре возникает … (индукционный ток). Причина изменения магнитного потока значения. (не имеет).

И в заключение, приведу слова немецкого физика Гельмгольца, который, оценивая роль Фарадея в истории человеческого общества, сказал: «До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея»

VIII. Подведение итогов урока.

Выставление оценок.

IX. Домашнее задание.

Подготовьте сообщения о фактах из жизни Майкла Фарадея.

Источник

Направление индукционного тока. Правило Ленца. Явление самоиндукции

Урок 37. Физика 9 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Направление индукционного тока. Правило Ленца. Явление самоиндукции»

«Я мог бы расколоть земной шар,

но никогда не сделаю этого.

Моей главной целью было указать

на новые явления и распространить идеи,

которые и станут отправными

точками для новых исследований»

Никола Тесла

В прошлых темах рассматривались опыты по получению индукционного тока, а также установили причины его возникновения.

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

Полученный таким способом ток называется индукционным током.

Значение индукционного тока не зависит от причины изменения магнитного потока. Существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока.

Как направлен индукционный ток?

Для ответа на этот вопрос воспользуемся следующим прибором — это узкая алюминиевая пластина с алюминиевыми кольцами на концах. Одно кольцо сплошное, а другое имеет разрез. Пластинка с кольцами помещена на стойку и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси.

Возьмем полосовой магнит и внесем его в кольцо с разрезом — кольцо остается на месте. Если же попытаться этот же магнит внести в сплошное кольцо, то ничего не получится. Сплошное кольцо будет «убегать» от магнита, поворачивая при этом всю пластинку. Результат будет точно таким же, если магнит повернуть к кольцам не северным, а южным полюсом.

Объясним наблюдаемые явления. При приближении к кольцу магнита, поле которого является неоднородным, проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток, а в кольце с разрезом ток циркулировать не может.

Отталкивание сплошного кольца показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, что линии индукции магнитного поля, порожденного индукционным током, направлены противоположно линиям индукции внешнего поля магнита. Т.е., кольцо и магнит будут обращены друг к другу одноименными полюсами.

При уменьшении магнитного потока (выдвигание магнита), индукционный ток имеет в нем такое направление, что линии индукции его магнитного поля совпадают по направлению с линиями индукции внешнего магнитного поля. Т.е., кольцо и магнит будут обращены друг к другу разноименными полюсами.

Таким образом, проследив за взаимодействием между кольцом и магнитом во всех случаях и сравнив его с направлением движения магнита, можно видеть, что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита.

Читайте также:  Есть ли двухфазный ток

В 1833 году Эмилию ХристиановичуЛенцу удалось обобщить эти закономерности и сформулировать общее правило. Найденную им связь называют правилом Ленца: электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

С помощью правила Ленца всегда можно определить направление индукционного тока. Для этого необходимо:

1) Выяснить причину возникновения индукционного тока (увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур);

2) Определить направление вектора магнитной индукции индуцирующего магнитного поля;

3) Найти направление индукции магнитного поля индукционного тока (если изменение магнитного потока больше нуля, то вектора магнитной индукции индуцирующего магнитного поля и поля созданного индукционным токомпротивоположно направлены; если изменение магнитного потока меньше нуля, то вектора магнитной индукции индуцирующего магнитного поля и поля созданного индукционным токомсо направлены);

4) По направлению вектора магнитной индукции индукционного тока определить, пользуясь правилом буравчика, направление индукционного тока.

Теперь разберем частный случай электромагнитной индукции: возникновение индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем.

Для этого рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и проводника, силу тока в котором можно менять с помощью реостата. Как известно, вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое зависит от силы тока в цепи. При изменении силы тока произойдет изменение магнитной индукции этого поля, в результате чего в этом же проводнике возникнет индукционный ток. Такое явление называется самоиндукцией.

Таким образом, явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем. При этом возникающий индукционный ток называется током самоиндукции.

Как известно, электрический ток, проходящий по контуру, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток через контур этого проводника (его также называют собственным магнитным потоком) пропорционален модулю индукции магнитного поля внутри контура, а индукция магнитного поля в свою очередь пропорциональна силе тока в контуре. Следовательно, собственный магнитный поток через контур прямо пропорционален силе тока в контуре.

Коэффициент пропорциональности между силой тока в контуре и магнитным потоком, создаваемым этим током, называется индуктивностью контура. Эта физическая величина введена для оценивания способности проводника противодействовать изменению силы тока в нем.

Индуктивность контура зависит от размеров и формы контура, а также от магнитных свойств среды, в которой находится контур.

Единицей индуктивности в СИ является Гн (Генри), названная в честь американского ученого Джозефа Генри.

Индуктивность контура равна 1 Гн, если при силе постоянного тока 1 А магнитный поток через контур равен 1 Вб.

Явление самоиндукции можно наглядно продемонстрировать на опыте.

Соберем цепь, состоящую из двух параллельно подключенных к источнику тока одинаковых ламп. Последовательно с первой лампой включим реостат, а со второй — катушку с железным сердечником.

При замыкании цепи первая лампа загорается практически сразу, а вторая с заметным запаздыванием. Нарастанию тока в части цепи с катушкой препятствует возникающий ток самоиндукции, который, согласно правилу Ленца, препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока в ней при выключении.

Явление самоиндукции подобно явлению инерции. Так же, как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет явления самоиндукции.

Основные выводы:

Правило Ленца гласит: электромагнитная индукция создает в контуре индукционный токтакого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем.

– При этом возникающий индукционный ток называется током самоиндукции.

Источник

Урок на тему «Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции»

Разделы: Физика

Цели урока:

  • обучающие: изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения; показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции; раскрыть сущность явления при постановке опытов, изучить правило Ленца (правила для определения направления индукционного тока), разъяснить закон электромагнитной индукции.
  • развивающие: развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы, представлять результаты проделанной работы, развивать общую культуру речи, навыки групповой работы.
  • воспитательные: вызвать заинтересованность к изучаемой теме с точки зрения получаемой профессии, способствовать самостоятельному получению знаний.

Тип урока: изучение нового материала

Методы обучения: Метод проблемного изложения, частично-поисковый.

Формы организации познавательной деятельности:

  • Групповая
  • Фронтальная

Оборудование: электронная доска, презентация, мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В. Акопяна), полосовой магнит, соединительные провода, гальванометр, миллиамперметр, катушки, источник тока, ключ, проволочные мотки, магнит дугообразный, прибор для демонстрации правила Ленца.

План урока

Этапы урока Время, мин Приемы и методы
Создание проблемной ситуации, исторические сведения 8 мин Создание проблемной ситуации преподавателем. Демонстрации, подводящие к цели урока.

Ход урока

1. Создание проблемной ситуации (дальняя перспектива)

Здравствуйте, ребята! На слайде (Слайд 1) презентации изображены опоры ЛЭП в разных странах: в Финляндии, например в виде оленей. Но опоры не меняют содержание: все ЛЭП предназначены для передачи электрического тока на большие расстояния, и все ЛЭПы – высоковольтные.

Почему все линии электропередачи высоковольтные?

(Ответы обучающихся, как правило — “Течет ток высокого напряжения”).

Зачем повышают напряжение? (Слайд 2). Посмотрите на схему передачи электроэнергии: трансформатор повышает и без того высокое напряжение, а в быту, в осветительной сети необходимо всего 220В! Так зачем повышают напряжение? (Ответы обучающихся)

Пока мы вели с вами беседу через проволочный моток протекал электрический ток.

Демонстрация 1: Проволочный моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток.

Какое действие электрического тока можно заметить?

(Ответы обучающихся, как правило — “Проводник, по которому течет ток нагревается. Это тепловое действие тока”).

Молодцы, верно! Ток, текущий по ЛЭП, нагревает линию (провод) происходит потеря энергии: часть электрической энергии превращается в тепловую. Потери тепловой энергии необходимо минимизировать. (Слайд 3) Давайте вспомним закон Джоуля-Ленца: уменьшить тепловые потери можно уменьшив, например, силу тока. Прибор, который уменьшает силу тока и одновременно с этим повышает напряжение во столько же раз (и наоборот), практически без потери мощности был изобретен в 1878 году русским ученым П.Н. Яблочковым и был назван трансформатором.

Давайте подведем небольшой итог: чтобы уменьшить тепловые потери при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо понизить силу тока, а эту роль выполнит повышающий трансформатор, но одновременно с этим он во столько же раз повысит напряжение. Вот почему все линии электропередач высоковольтные.

2. Создание проблемной ситуации (ближняя перспектива)

Но на каком принципе построена работа трансформатора?

(Обучающиеся затрудняются с ответом)

Его работа основана на явлении электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году и является величайшим открытием ХIХ века. (Слайд 4)

На этом явлении построен принцип работы индукционных печей (ОМД, сталеплавильное производство) и лагов, индукционных варочных панелей (Технолог), металлодетекторов, трансформаторов(Сварщик) и генераторов переменного тока(Техническое обслуживание электрического и электромеханического оборудования). Ваша будущая профессия (специальность) неразрывно связана с этим явлением: без электрического тока вырабатываемого генераторами на ЭС невозможна работа станков (Станочник), электромагнитов (Машинист крана), электрических печей и плит (Технолог) и т.д.

Демонстрация 2. Моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток, подносят магнит.

Какое действие электрического тока можно заметить?

(Ответы обучающихся, как правило — “Магнитное. Если по проводнику течет ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле”). Молодцы!

Верно. Если электрический ток порождает собой магнитное поле, то не может ли в свою очередь, магнитное поле породить электрический ток?

В 1821 году этим вопросом был озадачен Майкл Фарадей. “Превратить магнетизм в электричество” было написано у него в дневнике. Через 10 лет, 29 августа 1831 года эта задача была решена.

Запишите тему урока. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

Давайте экспериментально установим, при каких условиях магнитное поле может породить электрический ток в проводнике (контуре).

(Обучающиеся выполняют экспериментальные задания по группам).

  • 1 группа: Приложение 1
  • 2 группа: Приложение 2
  • 3 группа: Приложение 3

Подведем итоги работы наших групп:

1 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 5) (ответы обучающихся 1 группы дополняются ответами обучающихся из других групп)

Вывод: В проводящем замкнутом контуре возникает электрический ток, если контур находится в переменном магнитном поле или движется в постоянном во времени поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Из истории вопроса: Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда вводили магнит, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывал тока. Стоило бы ему все время находится рядом с гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Введем понятие магнитного потока. (Слайд 6)

Магнитный поток — физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции B на площадь S косинус угла ? между векторами и

Магнитный поток в 1 Вебер создается магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Ток, возникающий в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют индукционным током.

2 группа (Ответы обучающихся).

Вывод: Величина индукционного тока зависит (Слайд 7)

  • сила индукционного тока зависит не от скорости изменения магнитной индукции, а от скорости изменения потока магнитной индукции (от скорости изменения магнитного потока)
  • от числа витков в контуре

Общий вывод работы 1 и 2 группы:

Явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют явлением электромагнитной индукции.

3 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 8). Правило Ленца.

Исследуя явление электромагнитной индукции, Э. X. Ленц в 1833 г. установил общее правило для определения направления индукционного тока:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван.

Направление индукционного тока.

Правило правой руки

Если правую руку расположить так, чтобы вектор B входил в ладонь, а отогнутый на 90 о большой палец был направлен по движению проводника, то четыре пальца руки укажут направление индукционного тока проводнике.

При объяснении материала можно использовать мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В.Акопяна) (урок “Явление электромагнитной индукции”)

  1. Определить направление линий индукции внешнего поля.
  2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то Ф>0, если выдвигается, то Ф 0, то линии В и В’ направлены в противоположные стороны; если Ф

и = , то

= — для 1 витка

= * N- для N витков

В соответствии с правилом Ленца:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Ребята, сегодня мы познакомились с явлением электромагнитной индукции (ЭМИ). Работа многих приборов основана на этом явлении, особенную роль следует отвести генераторам переменного тока, в которых механическая энергия превращается в электрическую. Без электрического тока жизнь современного человека представить практически невозможно, так же как и Вашу будущую работу: индукционные варочные панели – Технолог, индукционные печи — ОМД, трансформатор – Сварщик и т.д.

Подведем итог урока, ответим на вопросы:

Вопросы:

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2. Что называют магнитным потоком?

3. Как связана работа станочника (машиниста крана, машиниста локомотива и т. д.) с явлением ЭМИ?

4. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока? Сформулируйте закон ЭМИ.

5. Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак “минус”?

6. Как определить направление индукционного тока?

Сегодня мы плодотворно работали, проводили опыты, ребята оцените работу каждой группы: работу своей группы и работу студентов в других группах.

(Обсуждение, диалог обучающихся)

3. Домашнее задание:

8-11, конспект, стр. 27 (привести примеры возникновения индукционного тока, используя две катушки на общем сердечнике), подготовить сообщения (Металлодетекторы, поезд на магнитной подушке, индукционные печи, индукционные варочные панели).

Цепочка:

Как обычно, выходим из класса по “цепочке” (необходимо назвать физическую величину и единицы измерения физической величины).

Приложение 1

Опыт Вывод
Внесите постоянный магнит в катушку, оставьте его в состоянии покоя.

Приложение 2

Опыт Вывод
Осуществляйте движение постоянного магнита внутри катушки:

а) перпендикулярно силовым линиям магнитного поля

Источник



Физика. 11 класс

Конспект урока

Физика, 11 кл

Урок 5. Электромагнитная индукция

Перечень вопросов, рассматриваемых на этом уроке

  1. Знакомство с явлением электромагнитной индукции.
  2. Изучение законов, описывающих явление электромагнитной индукции.
  3. Решение задач, практическое использование электромагнитной индукции.

Глоссарий по теме

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром, меняется со временем. Магнитный поток Ф – графически величина пропорциональная числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единица измерения магнитного потока: магнитный поток в один вебер создаётся однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Правило Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Основная и дополнительная литература по теме:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017стр. 107-112

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11класс. — М.: Дрофа,2009. Стр. 28-29

ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Электрические и магнитные поля создаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами. Отсюда естественнее было предположить, что между этими полями имеется связь. Экспериментально это предположение было доказано в 1831 г. английским учёным М. Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Все опыты Фарадея по изучению явления электромагнитной индукции объединял один признак – магнитный поток пронизывающий замкнутый контур проводника менялся. При всяком изменении магнитного потока через замкнутый контур, в нем возникал индукционный ток.

Сила индукционного тока пропорциональна ЭДС индукции.

Направление индукционного тока менялось в зависимости от направления движения магнита относительно катушки. Это направление тока, можно найти используя правило Ленца.

М. Фарадеем экспериментально было установлено, что при изменении магнитного потока, в проводящем контуре возникает электродвижущая сила индукции, которая равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Знак минус в этой формуле отражает правило Ленца.

Закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС индукции.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

ЭДС индукции в движущихся проводниках:

Джеймс Максвелл в 1860 году сделал вывод что переменное со временем магнитное поле всегда порождает вихревое электрическое поле, а переменное во времени электрическое поле в свою очередь порождает магнитное поле. Следовательно, существует единая теория электромагнитного поля.

Разбор типового контрольного задания

На рисунке изображен момент демонстрационного эксперимента по проверке правила Ленца, когда все предметы неподвижны. Южный полюс магнита находится внутри сплошного металлического кольца, но не касается его. Коромысло с металлическими кольцами может свободно вращаться вокруг вертикальной опоры. При выдвижении магнита из кольца влево кольцо будет

1) оставаться неподвижным

2) перемещаться вправо

3) совершать колебания

4) перемещаться вслед за магнитом

При выдвижении магнита из кольца влево магнитный поток от магнита через кольцо будет уменьшаться. В замкнутом кольце возникает индукционный ток. Направление этого тока по правилу Ленца такое, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока. Так как коромысло вокруг вертикальной оси может свободно вращаться, и магнитное поле магнита неоднородно, коромысло под действием сил Ампера начнёт двигаться так, чтобы препятствовать изменению магнитного потока. Следовательно, коромысло начнёт перемещаться вслед за магнитом.

Ответ:4) перемещаться вслед за магнитом.

Проводник МN с длиной активной части 1м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Проводник подключён к источнику тока с ЭДС 4 В (внутренним сопротивлением источника и сопротивлением подводящих проводников пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если:

№1 проводник покоится;

№2 проводник движется в право со скоростью 6 м/с.

№1: Ток в неподвижном проводнике течёт от N к М

v = 0; Закон Ома для полной цепи I = Ɛ/R = 4В/2Ом = 2А

№2: Если проводник движется в право со скоростью 6 м/с, то по правилу правой руки индукционный ток потечёт от точки N к точке М:

Источник