Класс: 9

Цель: через понятия и формулы магнитного потока и ЭДС индукции подвести учащихся к пониманию правила определения направления индукционного тока.

Оборудование:

• доска интерактивная SMART
• программное обеспечение L-микро, раздел «Электродинамика»,
• блок согласования с компьютером,
• приставка «Осциллограф»,
• катушка индуктивности и штатив,
• полосовые магниты,

ХОД УРОКА

У: Вспомним, что такое магнитный поток.

Д:
1)формула; Ф = В S Cosα;
2) число линий поля через площадку

У: Чтобы стало всем понятно, нарисуйте, как вы поняли, что такое магнитный поток.

Д: Используя инструменты интерактивной доски, изображаем линии поля, проходящие через площадь контура (рис.1, рис 2).

У: Кто может увеличть магнитный поток? Покажите как. (Д: увеличивают число линий магнитной индукции, увеличивают площадь кольца) (рис 3, рис 4)

У: Значит, чтобы уменьшить магнитный поток нужно…
Д: Уменьшить число линий, уменьшить площадь кольца. То есть, для «управления» магнитным потоком можно изменять по величине магнитное поле и площадь контура.
У: Нарисуйте магнитный поток
Д: Его вообще не будет!
– Нет будет! Линии поля рисуюся непрерывно, и охватывают весь магнит. Мы же для удобства рисуем только их часть.
– На лабораторной работе опилки собирались и у северного полюса и у южного. Так что магнитный поток здесь тоже будет.
У: Тогда как переворот магнита повлиял на магнитный поток?
Д: Наверное ни как. Если магнит и площадь взять как и на предыдущем рисунке то по величине ни чег не изменится. Ф = ВS
У: Как же показать, что магнит развернулся?
Д: Поставить знак «–»
У: Расположите кольцо и магнит так, что бы поток через кольцо был равен 0.
Д: рис 5

У: В формуле магнитного потока стоит соsα. Из справочника по математике

Где этот угол на рисунке, между какими двумя направлениями? Поток может быть равен 0, если угол будет 90 o , это же перпендикуляр. А у нас кольцо и магнит параллельны (рис. 6).
Д: У линий поля есть направление, а у площади нет.
У: Вспомните, как задается этот угол по тексту в пособии.
Д: Там нарисован перпендикуляр к рамке
Значит угол между вектором магнитного поля и нормалью. (рис. 7)

У: Проверьте себя – нарисуйте максимальный поток, выносим все возможные варианты на доску. (рис 8)

Д: Второй и третий не подходят. Там поток получается отрицательный.

Д: Ну и, что? Число линий то одинаково, значит и поток одинаковый. В опытах с магнитами, опилкам было все равно к какому полюсу приставать – к северному или южному.
У: Тогда, вообще, зачем нам знать знак потока, угол. Поток все равно понятно, где максимальный?
Д: ?
У: Демонстрация опыта Фарадея с катушкой и магнитом.
Д: В опытах Фарадея! Мы же видели, что направление тока меняется, в зависимости от того, как вносим или выносим магнит.
У: Запишите закон Фарадея математическим выражением.
Д: E = – ,
У: Давайте попытаемся разобраться со знаками в этом законе. Если мы хотим получить «положительное» направление тока, то …
Д: Поток должен убывать. Тогда ∆Ф < 0 и в итоге получиться плюс.
Д: Он может и нарастать, но со знаком минус
У: Нарисуйте, как должен двигаться магнит.

Д: Магнит вставляем в катушку, число линий увеличивается, значит поток нарастает только с противоположным знаком. Можно проверить на числах (рис. 9).
Д: Магнит вынимаем из катушки так, чтобы поток был положительный, а изменение потока будет отрицательно.
У: В эксперименте направление тока в обоих случаях совпадает. Значит, наш анализ формул верен.
У: Воспользуемся современным оборудованием, которое позволяет посмотреть как меняется направление тока не только по направлению, но и по величине со временем.
Даётся информация о возможностях измерительного комплекса «L-микро», краткое объяснение назначения приборов и устройств.

Выполнение демонстраций

Катушку индуктивности закрепляли с помощью штатива. Изменение магнитного потока проводилось с помощью перемещения полосового постоянного магнита относительно катушки индуктивности. Возникающая в катушке индуктивности ЭДС индукции подавалась на вход приставки «Осциллограф», которая через блок согласования передавала изменяющийся во времени электрический сигнал на компьютер и фиксировалась на мониторе. Запуск осциллографа осуществлялся от исследуемого сигнала в режиме развертки «ждущая» при уровне сигнала на порядок меньшим, чем максимальное значение ЭДС индукции. Это позволяло наблюдать ЭДС индукции практически полностью от момента начала изменения магнитного потока.
Сквозь катушку кидаем не маркированный магнит. На экране вычерчивается график зависимости величины ЭДС от времени. Но аналогично будет вести себя и график зависимости тока от времени.
Учащиеся видят, что магнит, пролетая сквозь катушку, вызывает в ней появление индукционного тока. (рис. 10)

У: Зарисуйте схематично график в тетрадь.

Домашнее задание: записать, что происходило с магнитным потоком на трех этапах: магнит подлетает к катушке, движется внутри, вылетает из неё. Зарисовать свой вариант опыта, с указанием полюсов движущегося магнита.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• Образовательные – раскрыть сущность явления электромагнитной индукции; разъяснить учащимся правило Ленца и научить их пользоваться им для определения направления индукционного тока; разъяснить закон электромагнитной индукции; научить учащихся производить расчет ЭДС индукции в простейших случаях.
• Развивающие – развивать познавательный интерес учащихся, умение логически мыслить и обобщать. Развивать мотивы учения и интерес к физике. Развивать умение видеть связь между физикой и практикой.
• Воспитательные – воспитывать любовь к ученическому труду, умение работать в группах. Воспитывать культуру публичных выступлений.

Оборудование:

• Учебник «Физика – 11» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин.
• Г.Н. Степанова.
• «Физика – 11». Поурочные планы к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева. автор – составитель Г.В. Маркина.
• Компьютер и проектор.
• Материал «Библиотека наглядных пособий».
• Презентация к уроку.

План урока:

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

1. Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами. Поэтому можно сделать предположение о том, что между этими полями существует определенная связь. Это предположение нашло экспериментальное подтверждение в 1831 году в опытах выдающегося английского физика М. Фарадея, в которых он открыл явление электромагнитной индукции. (слайд 1).

Эпиграф:

«Счастливая случайность
выпадает лишь на одну долю
подготовленного ума».

Л.Пастернак

2. Краткий исторический очерк о жизни и деятельности М.Фарадея. (Сообщение учащегося). (Слайды 2, 3).

II. Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831 году М.Фарадей. Он решил проблему: может ли магнитное поле вызывать появление электрического тока в проводнике? (Слайд 4).

Электрический ток, рассуждал М.Фарадей, может намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного, а именно: движущийся магнит, или меняющееся магнитное поле, может возбудить электрический ток в катушке. (Слайд 5).
(просмотр видеофрагмента «Примеры электромагнитной индукции» ). (Слайд6).

Вопросы:

1. Как вы думаете, что приводит к возникновению электрического тока в катушке?
2. Почему ток был кратковременным?
3. Почему тока нет, когда магнит находится внутри катушки (Рисунок 1), когда не перемещается ползунок реостата (Рисунок 2), когда одна катушка перестает двигаться относительно другой?

Вывод: ток появляется при изменении магнитного поля.

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.
В случае изменяющегося магнитного поля его основная характеристика В – вектор магнитной индукции может меняться по величине и направлению. Но явление электромагнитной индукции наблюдается и при магнитном поле с постоянной В.

Вопрос: Что же при этом меняется?

Изменяется площадь, которую пронизывает магнитное поле, т.е. изменяется число силовых линий, которые пронизывают эту площадь.

Для характеристики магнитного поля в области пространства вводят физическую величину – магнитный поток – Ф (Слайд 7).

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведения модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами В и n .

Ф = ВS cos

Произведение В cos = В n представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль n к плоскости контура. Поэтому Ф = В n S.

Единица магнитного потока – Вб (Вебер).

Магнитный поток в 1 вебер (Вб) создается однородным магнитным полем с индукцией 1Тл через поверхность площадью 1м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.
Главное в явлении электромагнитной индукции состоит в порождении электрического поля переменным магнитным полем. В замкнутой катушке возникает ток, что и позволяет регистрировать явление (Рисунок 1).
Возникающий индукционный ток того или иного направления как-то взаимодействует с магнитом. Катушка с проходящим по ней током подобно магниту с двумя полюсами – северным и южным. Направление индукционного тока определяет, какой конец катушки выполняет роль северного полюса. На основании закона сохранения энергии можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких отталкивать.
Если магнит приближать к катушке, то в ней появляется индукционный ток такого направления, магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу. Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к приближающемуся к ней магниту. Одноименные полюса отталкиваются. При удалении магнита наоборот.

В первом случае магнитный поток увеличивается (Рисунок 5), а во втором случае уменьшается. Причем в первом случае линии индукции В/ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, т.к. катушка отталкивает магнит, а во втором случае входят в этот конец. Эти линии на рисунке изображены более темным цветом. В первом случае катушка с током аналогична магниту, северный полюс которого находится сверху, а во втором случае – снизу.
Аналогичные выводы можно сделать с помощью опыта показанного на рисунке (Рисунок 6).

(Просмотр фрагмента «Правило Ленца»)

Вывод: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым вызван. (Слайд 8).

Правило Ленца. Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором возникает противодействие причинам, его породившим.

Алгоритм определения направления индукционного тока . (Слайд 9)

1. Определить направление линий индукции внешнего поля В (выходят из N и входят в S).
2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то ∆Ф>0, если выдвигается, то ∆Ф<0).
3. Определить направление линий индукции магнитного поля В′, созданного индукционным током (если ∆Ф>0, то линии В и В′ направлены в противоположные стороны; если ∆Ф<0, то линии В и В′ сонаправлены).
4. Пользуясь правилом буравчика (правой руки), определить направление индукционного тока.
Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. (Слайд 10).
При всяком изменении магнитного потока через проводящий контур в этом контуре возникает электрический ток.
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.
Ток в контуре имеет положительное направление при убывании внешнего магнитного потока.

(Просмотр фрагмента «Закон электромагнитной индукции» )

(Слайд 11).

ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Открытие электромагнитной индукции внесло существенный вклад в техническую революцию и послужило основой современной электротехники. (Слайд 12).

III. Закрепление изученного

Решение задач № 1819, 1821(1.3.5)

(Сборник задач по физике 10-11. Г.Н. Степанова ).

IV. Домашнее задание:

§8- 11 (учить), Р. № 902(б, г, е), № 911 (письменно в тетрадях)

Список литературы:

1. Учебник «Физика – 11» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин .
2. Сборник задач по физике 10-11. Г.Н. Степанова .
3. «Физика – 11». Поурочные планы к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева. автор-составитель Г.В. Маркина .
4. В/м и видеоматериалы. Школьный физический эксперимент «Электромагнитная индукция» (разделы: «Примеры электромагнитной индукции», «Правило Ленца», «Закон электромагнитной индукции»).
5. Сборник задач по физике 10-11. А.П.Рымкевич .

Тема: Открытие явления электромагнитной индукции. Магнитный поток. Направление индукционного тока. Правило Ленца.

Цель: Формирование понятия электромагнитной индукции, магнитного потока, ввести формулы для магнитного потока, научить определять направление индукционного тока по правилу Ленца; развивающая: формирование умений у учащихся сравнивать, самостоятельно делать выводы; воспитательная: формирование осознания детьми важности науки.

Оборудование: учебник, задачник, магнит, гальванометр, катушка.

Тип урока: урок изучения новых ЗУНов.

Должны знать/уметь: понятие – явление электромагнитной индукции, историю открытия, основные формулы данной темы.

Ход урока.

Организационный момент.

l . Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.

Как обозначается? Формула? .

Единицы измерения? [ В ]=[ Тл ] .

Какая сила возникает между двумя взаимодействующими проводниками с током? .

Формула .

Как можно определить направление ? С помощью правила левой руки: .

Какая сила действует на одну заряженную частицу в магнитном поле? . Формула. .

Чему равна , если частица влетела параллельно линиям ?

Что происходит с частицей, когда она влетает в магнитное поле под углом ? Начинает двигаться по спирали, потому что изменяет траекторию ее движения.

Чему равна , если частица влетела перпендикулярно линиям ? .

Какая траектория движения частицы? Окружность.

Какая траектория движения частицы, когда она влетает параллельно линиям ? Прямая.

Как определить направление ? С помощью правила правой руки: в ладонь, четыре пальца – направление , большой палец – направление .

II . Изучение новых ЗУНов.

До сих пор мы рассматривали электрические и магнитные поля, не изменяющиеся во времени. Выяснили, что электростатическое поле образовывается неподвижными заряженными частицами, а магнитное поле – перемещающимися, т.е. электрическим током. Теперь необходимо выяснить что происходит с электрическим и магнитным полями, изменяющимися во времени.

После открытия Эрстедом связи электрического тока с магнетизмом, Майкл Фарадей заинтересовался, а возможна ли связь наоборот.

В 1821 г. Фарадей в своем дневнике записал: «Преобразовать магнетизм в электричество».

Он проводил множество опытов на протяжении многих лет, но все не давало результатов. Он хотел бросить свою идею и эксперименты много раз, но что-то останавливало его и 29 августа 1831г. После многочисленных опытов, которые он проводил на протяжении 10 лет, Фарадей достиг своей цели: он заметил, что в замкнутом проводнике, который расположен в замкнутом магнитном поле, появляется электрический ток, его ученый назвал индукционным током.

Фарадей придумал серию экспериментов, которые сейчас очень просты. Он на катушку наматывал параллельно один другому проводники (два провода), которые были изолированы друг от друга и подключал один конец к батарее, а другой к прибору для определения силы тока (гальванометру).

Он заметил, что все время стрелка гальванометра была в покое и не реагировала при прохождении тока через электрическую цепь. А когда он включал и выключал ток, стрелка отклонялась.

Оказалось, что в тот момент, когда через первый провод проходил ток, и когда он прекращал идти, во втором проводе появляется ток всего на мгновенье.

Продолжая свои опыты Фарадей установил, что достаточно простого приближения проводника, закрученного в замкнутую кривую, к другому проводнику, по которому идет ток, чтобы в первом образовался индукционный ток, направленный обратно от проходящего тока. А если отдалять закрученный проводник от того, по которому проходит ток, то в первом вновь появится индукционный ток обратного направления.

Фарадей размышлял, электрический ток способен намагнитить железо. А может ли магнит в свою очередь вызвать появление электрического тока.

Долгое время эту взаимосвязь не удавалось обнаружить. Исследование проводилось таким образом, что катушка, на которую намотали проволоку была подключена к гальванометру и использовался магнит, который опускался в катушку или втягивался.

Вместе с Фарадеем подобный опыт выполнял Колладон (швейцарский ученый).

При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не влиял на стрелку, концы катушки были выведены в другую комнату.

Когда Колладон помещал магнит в катушку, он шел в другую комнату и наблюдал за стрелкой гальванометра, шел обратно – вынимал магнит из катушки и опять возвращался в комнату с гальванометром. И каждый раз он с огорчением убеждался, в том что стрелка гальванометра не отклонялась, а оставалась на нулевой отметке.

Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром и попросить кого-нибудь заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит мог лежать преспокойно внутри нее сотни лет, не вызывая в катушке тока.

Ученому не повезло, это были тяжелые времена для науки и ни кто не нанимал тогда себе помощников, некоторые из-за финансовых проблем, а не которые чтоб не пришлось делиться открытием

С подобного рода случайностями сталкивался и Фарадей, потому что он неоднократно пытался получить электрический ток при помощи магнита и при помощи тока в другом проводнике, но безуспешно.

Но Фарадею все таки удалось сделать открытие и как он писал в своих дневниках, он выявил ток в катушке, который назвал индукционным током.

Можно показать опыт с магнитом и катушкой. И сказать: на л.р. вы сами будете учиться наблюдать подобное явление.

Зн. Явление порождения в пространстве переменным магнитным полем переменного эл. поля называется явлением электромагнитной индукции.

Индукционный ток в замкнутом проводящем контуре (или в катушке) возникает тогда, когда меняется количество линий магнитной индукции В (во время ввода или вывода магнита количество линий меняется), которые пронизывают поверхность, ограниченную контуром.

Физическую величину, которая прямо пропорциональна количеству линий магнитной индукции, которые пронизывают данную поверхность, называют потоком магнитной индукции.

[Ф]=[Вб] Вебер

Поток магнитной индукции характеризует распределение магнитного поля по поверхности, ограниченной замкнутым контуром.

Магнитный поток Ф (поток вектора магнитной индукции) через поверхность площадью – это величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь и косинус угла между векторами и :

Направление В к площади, которую он пронизывает может быть разной:

Чему равен угол между В и ? 0 о А чему равен?

Тема урока:

Открытие электромагнитной индукции. Магнитный поток.

Цель: ознакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний.

1. Фронтальный опрос.

• В чем заключается гипотеза Ампера?
• Что такое магнитная проницаемость?
• Какие вещества называют пара- и диамагнетиками?
• Что такое ферриты?
• Где применяются ферриты?
• Откуда известно, что вокруг Земли существует магнитное поле?
• Где находится Северный и Южный магнитные полюса Земли?
• Какие процессы происходят в магнитосфере Земли?
• Какова причина существования магнитного поля у Земли?

2. Анализ экспериментов.

Эксперимент 1

Магнитную стрелку на подставке поднесли к нижнему, а затем к верхнему концу штатива. Почему стрелка поворачивается к нижнему концу штатива с любой стороны южным полюсом, а к верхнему концу - северным концом? (Все железные предметы находятся в магнитном поле Земли. Под действием этого поля они намагничиваются, причем нижняя часть предмета обнаруживает северный магнитный полюс, а верхняя - южный.)

Эксперимент 2

В большой корковой пробке сделайте небольшой желобок для куска проволоки. Пробку опустите в воду, а сверху положите проволоку, располагая ее по параллели. При этом проволока вместе с пробкой поворачивается и устанавливается по меридиану. Почему? (Проволока была намагничена и устанавливается в поле Земли как магнитная стрелка.)

III. Изучение нового материала

Между движущимися электрическими зарядами действуют магнитные силы. Магнитные взаимодействия описываются на основе представления о магнитном поле, существующем вокруг движущихся электрических зарядов. Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками - электрическими зарядами. Можно предположить, что между ними есть связь.

В 1831 г. М. Фарадей подтвердил этот экспериментально. Он открыл явление электромагнитной индукции (слайды 1,2) .

Эксперимент 1

Гальванометр подсоединяем к катушке, и будем выдвигать из нее постоянный магнит. Наблюдаем отклонение стрелки гальванометра, появился ток (индукционный) (слайд 3).

Ток в проводнике возникает, когда проводник оказывается в области действия переменного магнитного поля (слайд 4-7) .

Переменное магнитное поле Фарадей представлял как изменение числа силовых линий, пронизывающих поверхность, ограниченную данным контуром. Это число зависит от индукции В магнитного поля, от площади контура S и его ориентации в данном поле.

Ф=BS cos a - магнитный поток.

Ф [Вб] Вебер (слайд 8)

Индукционный ток может иметь разные направления, которые зависят от того, убывает или возрастает магнитный поток, пронизывающий контур. Правило, позволяющее определить направление индукционного тока, было сформулировано в 1833,г. Э. X. Ленцем.

Эксперимент 2

В легкое алюминиевое кольцо вдвигаем постоянный магнит. Кольцо отталкивается от него, а при выдвигании притягивается к магниту.

Результат не зависит от полярности магнита. Отталкивание и притягивание объясняется возникновением в нем индукционного тока.

При вдвигании магнита магнитный поток через кольцо возрастает: отталкивание кольца при этом показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, при котором вектор индукции его магнитного поля противоположен по направлению вектору индукции внешнего магнитного поля.

Правило Ленца:

Индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитное поле препятствует любым изменениям магнитного потока, вызывающим появление индукционного тока (слайд 9) .

IV. Проведение лабораторной работы

Лабораторная работа по теме «Опытная проверка правила Ленца»

Приборы и материалы: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный.

Ход работы

1. Приготовьте таблицу.