Лабораторная работа №4 «Изучение явления электромагнитной индукции»

На этом уроке мы проведем лабораторную работу №4 «Изучение явления электромагнитной индукции». Целью этого занятия будет изучение явления электромагнитной индукции. С помощью необходимого оборудования мы проведем лабораторную работу, в конце которой узнаем, как правильно изучать и определять это явление.

Цель – изучение явления электромагнитной индукции.

Оборудование:

1. Миллиамперметр.

2. Магнит.

3. Катушка-моток.

4. Источник тока.

5. Реостат.

6. Ключ.

7. Катушка от электромагнита.

8. Соединительные провода.

Рис. 1. Экспериментальное оборудование

Начнем лабораторную работу со сбора установки. Чтобы собрать схему, которую мы будем использовать в лабораторной работе, присоединим моток-катушку к миллиамперметру и используем магнит, который будем приближать или удалять от катушки. Одновременно с этим мы должны вспомнить, что будет происходить, когда будет появляться индукционный ток.

Рис. 2. Эксперимент 1

Подумайте над тем, как объяснить наблюдаемое нами явление. Каким образом влияет магнитный поток на то, что мы видим, в частности происхождение электрического тока. Для этого посмотрите на вспомогательный рисунок.

Рис. 3. Линии магнитного поля постоянного полосового магнита

Обратите внимание, что линии магнитной индукции выходят из северного полюса, входят в южный полюс. При этом количество этих линий, их густота различна на разных участках магнита. Обратите внимание, что направление индукции магнитного поля тоже изменяется от точки к точке. Поэтому можно сказать, что изменение магнитного потока приводит к тому, что в замкнутом проводнике возникает электрический ток, но только при движении магнита, следовательно, изменяется магнитный поток, пронизывающий площадь, ограниченную витками этой катушки.

Следующий этап нашего исследования электромагнитной индукции связан с определением направления индукционного тока. О направлении индукционного тока мы можем судить по тому, в какую сторону отклоняется стрелка миллиамперметра. Воспользуемся дугообразным магнитом и увидим, что при приближении магнита стрелка отклонится в одну сторону. Если теперь магнит двигать в другую сторону, стрелка отклонится в другую сторону. В результате проведенного эксперимента мы можем сказать, что от направления движения магнита зависит и направление индукционного тока. Отметим и то, что от полюса магнита тоже зависит направление индукционного тока.

Обратите внимание, что величина индукционного тока зависит от скорости перемещения магнита, а вместе с тем и от скорости изменения магнитного потока.

Вторая часть нашей лабораторной работы связана будет с другим экспериментом. Посмотрим на схему этого эксперимента и обсудим, что мы будем теперь делать.

Рис. 4. Эксперимент 2

Во второй схеме в принципе ничего не изменилось относительно измерения индукционного тока. Тот же самый миллиамперметр, присоединенный к мотку катушки. Остается все, как было в первом случае. Но теперь изменение магнитного потока мы будем получать не за счет движения постоянного магнита, а за счет изменения силы тока во второй катушке.

В первой части будем исследовать наличие индукционного тока при замыкании и размыкании цепи. Итак, первая часть эксперимента: мы замыкаем ключ. Обратите внимание, ток нарастает в цепи, стрелка отклонилась в одну сторону, но обратите внимание, сейчас ключ замкнут, а электрического тока миллиамперметр не показывает. Дело в том, что нет изменения магнитного потока, мы уже об этом говорили. Если теперь ключ размыкать, то миллиамперметр покажет, что направление тока изменилось.

Во втором эксперименте мы проследим, как возникает индукционный ток, когда меняется электрический ток во второй цепи.

Следующая часть опыта будет заключаться в том, чтобы проследить, как будет изменяться индукционный ток, если менять величину тока в цепи за счет реостата. Вы знаете, что если мы изменяем электрическое сопротивление в цепи, то, следуя закону Ома, у нас будет меняться и электрический ток. Раз изменяется электрический ток, будет изменяться магнитное поле. В момент перемещения скользящего контакта реостата изменяется магнитное поле, что приводит к появлению индукционного тока.

В заключение лабораторной работы мы должны посмотреть на то, как создается индукционный электрический ток в генераторе электрического тока.

Рис. 5. Генератор электрического тока

Главная его часть – это магнит, а внутри этих магнитов располагается катушка с определенным количеством намотанных витков. Если теперь вращать колесо этого генератора в обмотке катушки будет наводиться индукционный электрический ток. Из эксперимента видно, что увеличение числа оборотов приводит к тому, что лампочка начинает гореть ярче.

Список дополнительной литературы:

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н. Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 347-348. Мякишев Г.Я. Физика: Электродинамика. 10-11 классы. Учебник для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. – М.: Дрофа, 2005. – 476с. Пурышева Н.С. Физика. 9 класс. Учебник. / Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Чаругин В.М. 2-е изд., стереотип. —  М.: Дрофа, 2007.

Лабораторная работа №2. «Изучение явления электромагнитной индукции»

 «Человека, умеющего наблюдать и

анализировать, обмануть невозможно»

Артур Конан Дойль

Данная тема посвящена лабораторной работе по изучению явления электромагнитной индукции.

Цель лабораторной работы: изучение явления электромагнитной индукции, а также проверка правила Ленца.

Оборудование: соединительные провода, миллиамперметр, реостат, источник питания, ключ, полосовой или дугообразный магнит, магнитная стрелка или компас, катушки с сердечниками.

Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией

17 октября 1831 года английский ученый Майкл Фарадей открыл явление

электромагнитной индукции.

Явлением электромагнитной индукции называется явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. А полученный таким способом ток, называется индукционным.

Закон электромагнитной индукции: среднее значение электродвижущей силы индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Знак минус в математической записи закона учитывает

правило Ленца, согласно которому электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Подготовка к выполнению работы.

Вставьте в одну из катушек железный сердечник и закрепите его там, например гайкой.

Далее подключите эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику питания.

Рядом с катушкой расположите магнитную стрелку или компас.

Замкнув ключ, определите расположение магнитных полюсов катушки с током при помощи магнитной стрелки.

Зафиксируйте, в какую сторону при этом отклониться стрелка миллиамперметра. Это поможет в дальнейшем судить о расположении магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки миллиамперметра.

После проделанной работы, отключите от цепи реостат и ключ, а миллиамперметр замкните на катушку, при этом сохранив порядок соединения их клемм.

Для удобства записей, можно составить следующую таблицу.

Приступаем непосредственно к выполнению лабораторной работы. При этом все данные, которые вы будите получать в процессе исследования, заносите в таблицу.

Приставив сердечник к одному из полюсов магнита (например к северному), быстро поместите его внутрь катушки, одновременно наблюдая за стрелкой миллиамперметра. По правилу Ленца определите направление индукционного тока внутри катушки.

Оставив магнит неподвижным, после первого опыта, пронаблюдайте опять за стрелкой миллиамперметра.

Быстро вытащите сердечник из катушки, не забывая наблюдать за стрелкой миллиамперметра (модуль скорости выдвижения магнита должен быть примерно таким же, как и в первом опыте). Опять, по правилу Ленца, определите направление индукционного тока внутри катушки в этом случае.

Посмотрите, как ведет себя стрелка миллиамперметра после проделанного опыта.

Повторите наблюдения, изменив полюс магнита с северного на южный.

Запишите вывод по работе на основе проведённых наблюдений. Объясните различие в направлении индукционного тока с точки зрения правила Ленца.

Теперь немного видоизменим нашу установку.

Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали, и поместите их на один общий сердечник.

Первую катушку соедините с миллиамперметром, а вторую катушку через реостат соедините с источником тока.

Замыкая и размыкая ключ, проверьте возникает ли в первой катушки индукционный ток.

Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнения правила Ленца.

Также проверьте, возникает ли индукционный ток при изменении силы тока реостатом.

В конце работы, подведите ее итог, сделав общий вывод, не забыв отразить в нем условия, при которых в катушке возникал индукционный ток.

Письменно ответьте на контрольные вопросы:

1.                В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2.                Какой ток называют индукционным?

3.                Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Какой формулой он описывается?

4.                Как формулируется правило Ленца?

5.                Какова связь правила Ленца с законом сохранения энергии?

 

Явление электромагнитной индукции. 9-й класс

Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Планируемые результаты
1. Оргмомент (1 мин).	Добрый день! К уроку мы все готовы: на столе у вас: тетрадь, ручка, учебник, оборудование к уроку, маршрутный лист и у всех хорошее настроение! Наш урок сегодня мы начнём под девизом: “Единственный путь — ведущий к познанию – это деятельность” Б.Шоу (английского писателя). Почему я его взяла для нашего урока, вы мне сами, постараетесь, объясните в конце урока, когда изучим новую тему.	Приветствие учеников, настрой на хорошую работу, улыбка, добрые слова. На столе у учеников маршрутные листы. Слушают учителя.	Настрой на работу на уроке, сотрудничество с учителем. Умение слушать внимательно учителя, приводить в порядок свои мысли, не отвлекаться, настроиться на работу на уроке. Умение высказывать свою точку зрения, формулировать свои мысли, ставить перед собой цель.
2. Актуализация опорных знаний, необходимых для изучения нового материала (5 минут)	Прежде, чем изучать новую тему урока, мы выполним с вами тест, вспомним и проверим свои знания, по теме предыдущего урока. 1. Работаем быстро, качественно и внимательно. 2. Самопроверка теста: сверяем свои ответы по тесту, с правильными ответами. Слайд № 6. (ответы по тесту) Слайд № 7. (критерии самооценки), (Маршрутный лист)	Слушают учителя, получают задание: 1. выполнить тест, который записан в маршрутном листе. 2. проверяют ответы по тесту. 3. внимательно смотрят на критерии самооценки и выставляют себе балл.	Умение организовывать свою работу, воспитывать в себе ответственного отношения к учёбе, показать знания предыдущих уроков и умение их применить на практике. Умение пользоваться физической терминологией. Умение выражать свои мысли и способности выслушивать собеседника. Самооценка своей работы. Самоконтроль и оценки результатов своей деятельности
3. Изложение нового материала: 1). Мотивация: (3 минуты)	Мотивация: 1). Нам с вами уже известно из опыта Эрстеда. Д/я опыта Эрстеда (вокруг проводника с током существует магнитное поле). Вывод из этого опыта: (ответ учащихся). 2). Учёные стали задумываться: а нельзя ли наоборот сделать: “Превратить магнетизм в электричество”, т.е. имея магнитное поле (магнит), получить электрический ток. Этот вопрос пытались решить многие учёные. Один из них швейцарский физик Колладон. Д/я опыта: гальванометр закрыт экраном (у него он был в другой комнате), учёный в замкнутый контур вдвигал магнит и шёл смотреть показания гальванометра в другую комнату. Слайд № 10. 1.Что он видел? (открываю экран). 2. Почему стрелка гальванометра оставалась не подвижной? Этого он не мог понять.	Наблюдают за опытом. 1. Делают самостоятельно вывод: Вокруг проводника с током существует магнитное поле. Т.е. Электричество превратилось в магнетизм. 2. слушают учителя. 3. отвечают на вопросы учителя, делают свои выводы	Умение слушать, наблюдать, делать вывод, анализировать, отвечать на вопросы.
	3). Английский физик Майкл Фарадей был совершенно уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Поэтому в 1821 году он поставил перед собой задачу – “Превратить магнетизм в электричество” Данный факт стал поистине революционным в области физики и во всём научном мире. Фарадей решал эту задачу 10 лет, а вы её сегодня должны решить за 15 минут.	Слушают учителя.	Умение слушать.
2. Исследовательская работа учащихся. (12 – 15 минут)	Ваша задача: 1. Сформировать цель эксперимента: 2. Сформировать гипотезу задачи. 3. Составить план эксперимента 4. Выполнить самостоятельно наблюдения. 5. Проанализировать полученный результат 6. Сделать вывод по тому, что вы получили в ходе эксперимента 7. Все данные занести в таблицу. Для выполнения данного эксперимента у вас на столе есть всё необходимое оборудование 4). Учащиеся работают, выполняют эксперимент, заполняют таблицу – (Маршрутный лист).	Смотрят в маршрутные листы. Слушают учителя, если есть вопросы, задают Приступают к выполнению эксперимента. Заполняют таблицу в тетрадях. Делают выводы. Учащиеся работают под девизом “Наблюдай, исследуй, делай вывод”	Умение слушать, наблюдать, описывать физические явления, формулировать свои мысли, ставить перед собой цели и искать пути их решения, умение высказывать свою точку зрения. Учащиеся работают под девизом “Наблюдай, исследуй, делай вывод” Умение делать выводы, применяя знания по физике, кратко и точно отвечать на поставленные вопросы. Умение планирования, выполнения эксперимента и обрабатывание полученных результатов. Развитие речи, умения выражать свои мысли и способности выслушать собеседника, понимать его точку зрения
3. Введение новых понятий. (10 минут)	1. Какова была цель вашего эксперимента? 2. все согласны с этой целью? 3.Есть другие мнения? 4. Какова ваша гипотеза? 5. Как вы её выполняли? 6. Сколько экспериментов провели? 7. Каковы результаты? 8. Какой вывод вы сделали из проведённого вами эксперимента? Да ребята. Вы правы! При движении магнита относительно катушки или катушки относительно магнита, в замкнутой цепи (катушка, миллиамперметр или гальванометр) возникает электрический ток (нам показывает отклонение стрелка прибора). 9. При движении магнита через замкнутый контур, что изменяется? 10. Что такое магнитный поток? 11. Единицы измерения магнитного потока? Да, происходит изменение магнитного потока, который пронизывает этот контур: Ф = B.S.Cosa Вывод: Явление возникновение в замкнутом контуре (катушке) электрического тока, происходит в результате изменения магнитного потока через этот контур, называется электромагнитной индукцией. Слайд № 14.	Отвечают на вопросы учителя по данному эксперименту, проведённому самостоятельно. Отвечают на вопрос. Помогают с ответами друг другу.	Умение слушать, описывать наблюдаемое, самостоятельно проведённый эксперимент, делать выводы, выражать свои мысли, иметь своё мнение, выслушивать собеседника, прогнозировать возможные результаты. Применять приобретённые знания по физике для решения поставленных задач. Умение правильно использовать физическую терминологию и символику.
	Запишите тему нашего урока: Слайд № 15. Ещё раз вспомним цель нашего эксперимента. А теперь самостоятельно сформулируйте цель нашего урока. Ещё раз повторите мне определение этого явления, которое мы сегодня с вам “открыли”. Ток, возникающий в катушке (замкнутом контуре), называется индукционным “Индукционный” — от латинского слова “наведённый”.	Делают запись темы урока в тетрадях. Ставят цель нашего урока и отвечают на вопросы. Запись в тетрадях.
	12. Что значит, индукционный ток? 13. Вы сейчас мне можете сказать, есть ли отличие электрического тока от индукционного? Индукционный ток в проводнике катушки представляет собой такое же упорядоченное движение электронов, как и ток, полученный от гальванического элемента или аккумулятора. Название “индукционный” указывает только на причину его возникновения. Не нужен источник тока для его получения. Открытие в 1831 году явления электромагнитной индукции принадлежит к числу самых замечательных открытий 19 века! Открытие этого явления вызвало бурное развитие радиотехники, электротехники. На основании этого явления были созданы мощные генераторы электрической энергии, трансформаторы (будем “изучать” и знакомиться с этими приборами). В развитии электротехники внесли огромный вклад и наши учёные: 1. Эмиль Ленц (1804 – 1861гг, правило по определению направления индукционного тока – будем изучать), Слайд № 18. Вы, наверное, заметили, что индукционный ток, возникающий в катушке, имеет разное направление (об этом мы будем говорить на следующем уроке). 2. Борис Семёнович Якоби (1801 – 1874гг, первый электродвигатель) Слайд 19. и другие. В нашей совреме

Кратко о магнитном поле и электромагнитной индукции

Кратко о магнитном поле и электромагнитной индукции

«Физика — 11 класс»

1.
Взаимодействие электрических токов осуществляется посредством магнитного поля.
Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции .

Модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимальной силы, действующей на отрезок проводника с током со стороны магнитного поля, к произведению силы тока на длину этого отрезка.

2.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты.
Магнитное поле является вихревым.

3.
Согласно закону Ампера на отрезок проводника с током длиной Δl со стороны магнитного поля действует сила, модуль которой равен:

F = I | В | l sin α

где
α — угол между направлением тока и вектором ;
I — сила тока в проводнике.
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.

4.
На движущуюся заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца, модуль которой равен:

Fл = | q | vB sin α

где
α — угол между скоростью частицы и вектором .
Сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы и вектору .

5.
Все тела в магнитном поле намагничиваются, т. е. сами создают магнитное поле.

У большинства веществ магнитные свойства выражены довольно слабо.
Но в ферромагнетиках, к которым относится железо, индукция магнитного поля существенно увеличивается.
Ферромагнетики позволяют во много раз увеличивать индукцию магнитного поля без затрат энергии.

6.
Явление электромагнитной индукции проявляется в возникновении ЭДС индукции в замкнутом контуре при изменении со временем магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.
Это явление лежит в основе работы генераторов всех электростанций.
Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком «-»:

7.
Согласно правилу Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

8.
При возникновении индукционного тока в неподвижном проводнике в роли сторонней силы выступает сила, действующая на заряды со стороны вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем.
В движущемся проводнике сторонней силой является магнитная сила Лоренца, действующая на движущиеся вместе с проводником заряженные частицы.

9.
Частным случаем электромагнитной индукции является самоиндукция.
При самоиндукции изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в том самом проводнике, по которому идет ток, создающий это поле.
ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в проводнике:

10.
Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью.
Индуктивность зависит от размеров и формы проводника, а также от свойств среды, в которой находится проводник.
Единица индуктивности — генри:

11.
Энергия магнитного поля тока равна той работе, которую должен совершить источник, чтобы создать данный ток:

12.
При анализе явления электромагнитной индукции Максвеллом был сделан вывод о порождении вихревого электрического поля переменным магнитным полем.
Максвелл предположил также, что аналогичным образом переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Магнитное поле и взаимодействие токов — Магнитная индукция. Линии магнитной индукции — Модуль вектора магнитной индукции. Сила Ампера — Электроизмерительные приборы. Громкоговоритель — Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца — Магнитные свойства вещества — Примеры решения задач — Краткие итоги главы

Лабораторная работа по физике «Изучение явления электромагнитной индукции»

Цель работы:

изучить явление электромагнитной индукции;

проверить на опыте зависимость ЭДС индукции от скорости изменения магнитного поля;

опытно проверить правило Ленца.

Ход работы.

1. Приготовьте таблицу.

Способ получения индукционного тока.

Внесите в катушку северный полюс магнита.

Удалите из катушки северный полюс магнита.

Внесите в катушку южный полюс магнита.

Удалите из катушки южный полюс магнита

2. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра выполните действия, указанные во втором столбце таблицы.

При выполнении опытов положение катушки не меняется, а магнит перемещается с одной и той же стороны катушки.

3. Для каждого способа получения индукционного тока определите:

1) направление индукционного тока;

2) направление вектора магнитного индукционного поля индукционного тока B в катушке;

3) направление вектора магнитной индукции поля B_М в катушке;

4) изменение магнитного поля магнита ΔФ_М через катушку.

4. При осуществлении опыта следует удерживать катушку-моток в одной руке, а магнит — в другой. 

Приближая и удаляя с разной скоростью магнит к катушке, установите по показаниям миллиамперметра, как зависит величина индукционного тока от скорости изменения магнитного поля в месте расположения катушки.

Контрольные задания.

Ответить на вопросы.

1. Как изменился магнитный поток через катушку при приближении и удалении магнита?

2. Как направлены векторы В и B_М при возрастании и убывании магнитного потока через катушку?

3. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

4. Как устанавливается направление индукционного тока правилом Ленца?

Сформулируйте закон электромагнитной индукции?

Весь материал — в документе.

Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 г. Это явление заключается в том, что если проводящий контур (проводник) поместить в переменное магнитное поле, то в контуре возникает электродвижущая сила индукции (ЭДС индукции). Если такой контур будет замкнут, то в нем потечет электрический ток, который называют током индукции.

Индукционный ток возникает в контуре, если он или его часть пересекает линии магнитной индукции, такой вывод сделал Фарадей. Магнитное поле – это вихревое поле, его линии всегда замкнуты. Линии индукции сцеплены с проводящим контуром. Изменение количества линий индукции, которые охвачены контуром, возникает, если они пересекают контур.

Значение явления электромагнитной индукции заключается в том, что оно показывает связь между электрическим и магнитными полями. Электрические токи порождают магнитные поля, а переменные магнитные поля вызывают токи.

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции получен М. Фарадеем, современную формулировку данного закона мы знаем в интерпретации Максвелла.

ЭДС электромагнитной индукции () в контуре, помещенном в переменное магнитное поле, равна по величине скорости изменения магнитного потока (), который проходит через поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур. При этом знаки ЭДС и скорости изменения магнитного потока противоположны.

В системе международных единиц (СИ) закон электромагнитной индукции записывают так:

   

где – скорость изменения магнитного потока сквозь площадь, которую ограничивает контур. (Часто индекс у магнитного потока опускают и обозначают его Ф). Когда вычисляют ЭДС индукции и магнитный поток, учитывают то, что направление нормали к плоскости контура () и направление его обода связаны. Вектор должен быть направлен так, чтобы из его конца обход контура проходил против часовой стрелки.

Если контур составлен из N витков, соединенных последовательно (имеем соленоид), то закон электромагнитной индукции записывают как:

   

где величина называется потокосцеплением.

Знак минус в законе (1) отображает закон Ленца, который говорит о том, что ток индукции всегда направлен так, что созданный им магнитный поток, через поверхность, ограничиваемую контуром, старается уменьшить изменения магнитного потока, которые вызывают возникновение этого тока.

Магнитный поток, который охватывает контур, способен изменяться, если контур перемещается в поле или повергается деформации, магнитное поле может изменяться во времени. Величина , являясь полной производной, способна учесть все эти причины.

При движении контура в постоянном магнитном поле, ЭДС индукции возникает во всех частях контура, которые пересекают линии магнитной индукции поля. Результирующую ЭДС находят как алгебраическую сумму ЭСД участков.

Примеры решения задач

Урок на тему «Явление электромагнитной индукции» (9 класс)

УРОК ФИЗИКИ В 9 КЛАССЕ

«Явление электромагнитной индукции»

учитель физики

Таланцев Л.В.

2012

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Урок «Явление электромагнитной индукции» относится к теме «Электромагнитное поле». Целью данного урока является знакомство учащихся с явлением электромагнитной индукции. Для достижения цели урока, я использую различные методы обучения и формы организации учебной деятельности

Одним из принципов конструирования учебного процесса, я считаю, является принцип максимального участия учеников в учебном процессе. Он предполагает включение учеников на уроке в различные виды деятельности. Для формирования и развития знаний и интеллектуальных умений, учащихся необходимо организовать их работу по самостоятельному добыванию знаний в процессе творческого поиска, что и предполагает данный урок.

Тема урока: «Явление электромагнитной индукции»

Тип урока: урок комплексного получения знаний, умений, навыков

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, частично-поисковый.

Формы организации познавательной деятельности:

Цели урока:

• образовательные: познакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции, воспроизвести опыты Фарадея, показать, что индукционный ток появляется при изменении магнитного потока, пронизывающего контур;

• воспитательные: формировать навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельностью учащихся, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету;

• развивающие: развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Оборудование: полосовой магнит, соединительные провода, гальванометр, катушки, источник тока, ключ, магнит дугообразный.

На доске:

“Превратить магнетизм в электричество”

М. Фарадей

Ход урока

I.Орг момент.

Самостоятельная работа:

I. Выберите варианты правильных ответов (за каждый правильный ответ 1 балл)

1. Магнитное поле существует… (выберите варианты правильных ответов)

а) вокруг проводника с током
б) вокруг движущихся заряженных частиц
в) вокруг неподвижных зарядов (-)
г) вокруг магнита

2. Кто впервые из учёных доказал, что вокруг проводника с током существует магнитное поле?

а) Эрстед (+)
б) Ньютон
в) Архимед
г) Ом

3. Чтобы увеличить магнитный поток (см. рисунок 1), нужно:

а) алюминиевую рамку заменить железной
б) поднимать рамку вверх
в) взять более слабый магнит
г) усилить магнитное поле (+)

Рисунок 1

4. Проводник, показанный на рисунке 2, притягивается к магниту, потому что:

а) проводник медный
б) на проводник действует сила Ампера (+)
б) проводник наэлектризован
в) проводник слабо натянут

Рисунок 2

2. 5. 2 балла. Задача. В однородном магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции поместили прямолинейный проводник с током, по которому течет ток 0,6 А. Сила, со стороны магнитного поля 3 Н действует на каждые 20 см длины провода. Индукция поля равна:

А) 0,25Тл Б) 1,5Тл В) 6Тл Г) 25Тл

II. Продолжите выражение (за каждый правильный ответ 1 балл)

1. Электрическое поле образуется вокруг ___________________________________________

_____________________________________________________________________________

2. Магнитное поле порождается ____________________________________________________

3. Магнитные линии – это _________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

4. Магнитное поле постоянного магнита создается ____________________________________

_____________________________________________________________________________

5. Магнитная стрелка компаса устанавливается в данном месте Земли _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

6. Правило Буравчика ___________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

7. С помощью правила правой руки можно найти _____________________________________

_____________________________________________________________________________

8. С помощью правила левой руки можно найти ______________________________________

Сумма баллов _______________________

Перевод баллов: «5» — 14-16 баллов

«4» — 11-13 баллов

«3» — 8-10 баллов

«2» — ниже 8 баллов

Оценка ___________________

Фронтальная работа

Ученик:  Магнитное поле это особый вид материи. Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током. Магнитное поле действует на тела, следовательно обладает энергией. Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Ученик: Для наглядного представления магнитного поля используют магнитные линии. Это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Ученик: Магнитные линии  прямого проводника с током представляют собой концентрические окружности , лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

Ученик: Магнитное поле порождается движущимися заряженными частицами. Электрический ток- это упорядоченное движение заряженных частиц. Следовательно, электрический ток порождает магнитное поле (вокруг проводника стоком существует магнитно поле).

• Чем объяснить, что магнитная стрелка компаса устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении?

Ученик: Вокруг Земли существует магнитное поле и магнитная стрелка компаса устанавливается вдоль его магнитных линий.

Ученик: С помощью правила  буравчика по направлению тока можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого этим током. А по направлению линий магнитного поля- направление тока, создающего это поле.

Ученик: Направление силы, действующей на проводник с током зависит от направления тока  и направления линий магнитного поля.

Ученик:  Эта величина получила название магнитной индукции. Магнитная индукция- векторная  величина. Направление магнитной индукции выбрано перпендикулярно направлению тока и направлению силы, с которой поле действует на ток.

Решение задач (на применение правила левой руки)

(Плакаты на магнитной доске)

На рисунках представлены различные случаи взаимодействия магнитного поля с током. Сформулируйте задачу для каждого из приведённых случаев и решите её

Магнитное поле полосового магнита

Магнитное поле соленоида

I. Реализация опорных знаний.

1. Что такое электрический ток?

2. Что необходимо для существования электрического тока?

3. Чем создается магнитное поле?

4. Как можно обнаружить магнитное поле?

5. Какая величина характеризует магнитное поле в каждой точке?

6. Какая величина характеризует магнитное поле в определенной области пространства?

7. От чего зависит магнитный поток, пронизывающий площадь плоского контура, помещенного в однородное магнитное поле?

Ребята! При изучении электромагнитных явлений нам каждый урок приходится говорить о магнитном поле. Что мы всегда о нем должны знать? Сейчас мы с вами составим рассказ, помогать мне будут все. Я начинаю говорить предложение, а вы – продолжаете.

Магнитное поле порождается … Магнитное поле – особый…,. Его можно обнаружить с помощью … А можно и увидеть с помощью … , так как каждая железная опилка в магнитном поле превращается в … и располагается по линиям, которые называются … Там, где густота линий больше, там магнитное поле … Силовой характеристикой магнитного поля является векторная физическая величина, которая называется … Она измеряется в …

Аукцион знаний. Лот- постоянный магнит, катушка.

II. Мотивация и актуализация опорных знаний.

Опыт Эрстеда, который доказал, что вокруг проводника с током существует магнитное поле ). Значит, имея электрический ток, можно получить магнитное поле. — А нельзя ли наоборот, имея магнитное поле, получить электрический ток? Что для этого нужно сделать?

Такую задачу в начале XIXв. Попытались решить многие ученые. Швейцарский физик Жан-Даниэль- Колладон и английский физик Майкл Фарадей практически одновременно занимались решением этой проблемы. Колладон даже немного опередил Фарадея, но зафиксировать свой результат ему не удалось, потому что он работал один. Фарадей был профессором университета, у него были помощники, которые помогли ему увидеть неизвестное до того времени явление.

“Превратить магнетизм в электричество”– так записал в своём дневнике в 1822 году М. Фарадей. Почти 10 лет упорной работы потребовалось Фарадею для решения этой задачи.

III Решение учебной задачи.

Учитель задает вопрос классу: Возможно ли наличие тока в проводнике без источника тока?

(учащиеся отвечают)

4. Изучение нового материала:

Опыт: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром. (рис.2)

Проблема: Откуда появился ток в замкнутом контуре?

(предположения учащихся)

При затруднении учащимся можно задать несколько

подсказывающих вопросов:

— что из себя представляет контур? (ответ: контур замкнутый)

— что существует вокруг полосового магнита? (ответ: вокруг магнита существует магнитное поле)?

— что появляется, когда в контур вносят (выносят) магнит? (ответ: замкнутый контур пронизывает магнитный поток)

-что происходит с магнитным потоком при внесении (вынесении) магнита в замкнутый контур? (ответ: магнитный поток изменяется)

Учитель: Причина возникновения электрического тока в замкнутом контуре – изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур.

Это явление впервые было обнаружено Майклом Фарадеем в 1820 году. Оно было названо явлением электромагнитной индукцией.

Учитель: Каковы способы изменения магнитного потока? (ответы учащихся)

ΔΦ

ΔВ

ΔS

Δα

Учитель: Опр.: Ток, возникающий в замкнутом контуре, называется индукционным . (учащиеся записывают в тетрадь)

лат. inductio – наведение

Учитель: сейчас послушаем сообщение о М. Фарадее (сообщение учащихся)

Учитель: Рассмотрим все случаи возникновения индукционного тока в замкнутом контуре. Для этого показываю серию опытов, учащиеся должны попытаться объяснить и указать причину возникновения индукционного тока.

Опыт 1: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром. (рис. 3)

Причина возникновения тока:

изменение числа линий магнитной индукции.

Опыт 3: замыкание (размыкание) ключа (рис. 4)

Причина возникновения тока: изменение силы тока в одной цепи приводит к изменению магнитной индукции.

рис. 4

Опыт 4 перемещение движка реостата. (рис.4)

Г

S

N

1) M K

2) 1к 2к

3)

4) DI в к

Г

Причина возникновения тока: изменение сопротивления в первой цепи приводит к изменению силы тока, а соответственно и изменению магнитной индукции

Вывод: Только переменное магнитное поле может создать ток (индукционный ток). Отклонение стрелки гальванометра указывает на наличие индукционного тока в цепи катушки. Как только движение прекращается, прекращается и ток.

Электрический ток можно получить, если:

1. Замкнутый проводящий контур движется в постоянном магнитном поле.

1. Замкнутый проводящий контур покоится в переменном магнитном поле.

электромагнитной индукции – явление порождения электрического тока переменным магнитным полем.

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 контур, меняется.

при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток и существует в течение всего процесса изменения магнитного потока.

• 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. При работе он пользовался гальванометром, лёгкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, в которую Колладон вдвигал магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шёл в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывает тока.

• Стоило бы ему всё 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. До конца своих дней Колладон, проживший 90 лет, упрекал себя за то, что допустил такую досадную ошибку.

Что же мы сегодня изучили? Явление. Какое? Явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре. Это и есть явление электромагнитной индукции. Условие его возникновения – изменение числа линий магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром. Сформулировать определение явления электромагнитной индукции.

Итак, магнетизм превратили в электричество.

VI. Закрепление новых знаний

Учащимся предлагается прочитать ребус

• Электромагнитная индукция в современной технике

• На основе явления электромагнитной индукции были созданы мощные генераторы электрической энергии, оно вызвало появление и бурное развитие электротехники и радиотехники.

Применение: трансформатор, генератор, детектор металла, индукционные печи, запись и воспроизводство информации на магнитную ленту, счетчик электроэнергии, поезд на магнитной подушке.

Трансформаторы

Индукционный генератор (основной источник энергии) — опыт

Индукционная сварка и плавка металлов

Генератор переменного тока.

Динамо машина

Фонарь жучок.

Запись и считывание информации на магнитных носителях

VII. Итоги урока

Сегодня мы с вами познакомились с явлением электромагнитной индукции, которое используется во всех современных генераторах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Это явление, открытое М. Фарадеем в 1831 году, сыграло решающую роль в техническом прогрессе современного общества. Оно является физической основой современной электротехники, обеспечивающей промышленность, транспорт, связь, сельское хозяйство, строительство и другие отрасли, быт и культуру людей электрической энергией.

Сформулируйте необходимое условие возникновения индукционного тока

1. Что было на уроке главным?

2. Что нового сегодня узнали?

3. Чему научились?

Нам удалось превратить магнетизм в электричество!

VIII. Домашнее задание: §48, упр.39, подготовиться к л. р. №  4, стр. 278.

Спасибо всем за активную работу на уроке.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеева М. Н. Физика – юным. – М.: Просвещение, 1980

2. Бобров С. В. Физика 9 класс. – В.: Учитель, 2007

3. Гутник Е. М., Шаронина Е. В., Доронина Э. И. Физика 9. Тематическое и поурочное планирование. – М.: Дрофа, 2002

4. Марон А. Е., Марон Е. А. Физика 9 класс. Дидактические материалы. – М.: Дрофа, 2006

5. Мокрова И. И. Физика 9 класс. – В.: Учитель – АСТ, 2003

6. Перышкин А. В., Гутник Е. М. Физика 9 класс. М.: Дрофа, 2003