ระดับ: 9

เป้า:ผ่านแนวคิดและสูตรของฟลักซ์แม่เหล็กและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ช่วยให้นักเรียนเข้าใจกฎเกณฑ์ในการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ

อุปกรณ์:

• บอร์ดโต้ตอบ SMART
• ซอฟต์แวร์ L-micro, ส่วน “ไฟฟ้าพลศาสตร์”,
• หน่วยประสานงานคอมพิวเตอร์
• อุปกรณ์เสริม "ออสซิลโลสโคป"
• ตัวเหนี่ยวนำและขาตั้ง
• แถบแม่เหล็ก,

ระหว่างชั้นเรียน

ยู:จำไว้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กคืออะไร

ง:
1) สูตร; Ф = В S Cosα;
2) จำนวนเส้นสนามทั่วทั้งไซต์

ยู:เพื่อให้ทุกคนเข้าใจได้ชัดเจน ให้วาดว่าคุณเข้าใจว่าฟลักซ์แม่เหล็กคืออะไร

ง:ด้วยการใช้เครื่องมือไวท์บอร์ดแบบโต้ตอบ เราวาดเส้นฟิลด์ที่ผ่านพื้นที่เส้นขอบ (รูปที่ 1, รูปที่ 2)

ยู:ใครสามารถเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กได้บ้าง? แสดงวิธีการให้ฉันดู - ง:เพิ่มจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, เพิ่มพื้นที่วงแหวน) (ภาพที่ 3, รูปที่ 4)

ยู:ซึ่งหมายความว่าเพื่อลดฟลักซ์แม่เหล็กที่คุณต้องการ...
ง:ลดจำนวนเส้น ลดพื้นที่วงแหวน นั่นคือเพื่อ "ควบคุม" ฟลักซ์แม่เหล็กคุณสามารถเปลี่ยนขนาดของสนามแม่เหล็กและพื้นที่ของวงจรได้
ยู:วาดฟลักซ์แม่เหล็ก
ง:มันจะไม่มีเลย!
- ไม่มันจะ! เส้นสนามจะถูกลากอย่างต่อเนื่องและปกคลุมแม่เหล็กทั้งหมด เพื่อความสะดวกเราวาดเพียงบางส่วนเท่านั้น
– ระหว่างการทำงานในห้องปฏิบัติการ มีการเก็บขี้เลื่อยทั้งที่ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ ก็จะมีฟลักซ์แม่เหล็กตรงนี้ด้วย
ยู:แล้วการพลิกแม่เหล็กส่งผลต่อฟลักซ์แม่เหล็กอย่างไร?
ง:คงไม่มีทาง.. หากเราเอาแม่เหล็กและพื้นที่ดังรูปก่อนหน้าขนาดจะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง Ф = ВS
ยู:เราจะแสดงได้อย่างไรว่าแม่เหล็กหมุนกลับ?
ง:ติดเครื่องหมาย “–”
ยู:วางตำแหน่งวงแหวนและแม่เหล็กเพื่อให้ฟลักซ์ผ่านวงแหวนเป็น 0
ง:รูปที่ 5

ยู:ในสูตรฟลักซ์แม่เหล็กจะมีcosα จากหนังสืออ้างอิงทางคณิตศาสตร์

มุมในรูปนี้อยู่ที่ไหน ระหว่างสองทิศทางใด การไหลสามารถเท่ากับ 0 ถ้ามุมเป็น 90 o ซึ่งจะตั้งฉาก และวงแหวนและแม่เหล็กของเราขนานกัน (รูปที่ 6)
ง:เส้นสนามมีทิศทาง แต่พื้นที่ไม่มี
ยู:จำไว้ว่ามุมนี้ตั้งไว้อย่างไรตามข้อความในคู่มือ
ง:มีเส้นตั้งฉากกับกรอบที่วาดไว้ตรงนั้น
นี่หมายถึงมุมระหว่างเวกเตอร์สนามแม่เหล็กกับเส้นปกติ (รูปที่ 7)

ยู:ทดสอบด้วยตัวเอง - วาดกระแสสูงสุด ใส่ตัวเลือกที่เป็นไปได้ทั้งหมดไว้บนกระดาน (รูปที่ 8)

ง:อันที่สองและสามไม่เหมาะสม ที่นั่นการไหลกลายเป็นลบ

ง:แล้วไงล่ะ? จำนวนบรรทัดเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าการไหลจะเท่ากัน ในการทดลองกับแม่เหล็ก ขี้เลื่อยไม่สนใจว่ามันจะติดอยู่กับขั้วไหน - เหนือหรือใต้
ยู:โดยทั่วไปแล้ว ทำไมเราต้องรู้สัญญาณของการไหล มุมด้วย กระแสยังชัดเจนสูงสุดอยู่ที่ไหน?
ง: ?
ยู:สาธิตการทดลองของฟาราเดย์เกี่ยวกับขดลวดและแม่เหล็ก
ง:ในการทดลองของฟาราเดย์! เราเห็นว่าทิศทางของกระแสเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับวิธีการดึงแม่เหล็กเข้าหรือออก
ยู:เขียนกฎของฟาราเดย์ในแง่คณิตศาสตร์
ง:อี = – ,
ยู:ลองทำความเข้าใจสัญญาณในกฎหมายนี้ หากเราต้องการได้รับทิศทางกระแส "บวก" แล้ว...
ง:การไหลจะต้องลดลง จากนั้น ∆Ф< 0 и в итоге получиться плюс.
ง:มันอาจจะเติบโตแต่มีเครื่องหมายลบ
ยู:วาดว่าแม่เหล็กควรเคลื่อนที่อย่างไร

ง:เราใส่แม่เหล็กเข้าไปในขดลวด จำนวนเส้นเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าฟลักซ์จะเพิ่มขึ้นเมื่อมีเครื่องหมายตรงกันข้ามเท่านั้น คุณสามารถตรวจสอบได้ด้วยตัวเลข (รูปที่ 9)
ง:เราเอาแม่เหล็กออกจากขดลวดเพื่อให้ฟลักซ์เป็นบวกและการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์เป็นลบ
ยู:ในการทดลองทิศทางของกระแสจะเท่ากันในทั้งสองกรณี ซึ่งหมายความว่าการวิเคราะห์สูตรของเราถูกต้อง
ยู:เราจะใช้อุปกรณ์ที่ทันสมัยซึ่งช่วยให้เราเห็นว่าทิศทางของกระแสเปลี่ยนแปลงอย่างไรไม่เพียงแต่ในทิศทางเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขนาดเมื่อเวลาผ่านไปด้วย
มีการให้ข้อมูลเกี่ยวกับความสามารถของหน่วยการวัด "L-micro" ซึ่งเป็นคำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับวัตถุประสงค์ของเครื่องมือและอุปกรณ์

กำลังสาธิต

ตัวเหนี่ยวนำถูกยึดให้แน่นโดยใช้ขาตั้ง ฟลักซ์แม่เหล็กถูกเปลี่ยนโดยการเคลื่อนแถบแม่เหล็กถาวรที่สัมพันธ์กับตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดเหนี่ยวนำจะถูกป้อนไปยังอินพุตของอุปกรณ์แนบ Oscillograph ซึ่งส่งสัญญาณไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลาไปยังคอมพิวเตอร์ผ่านหน่วยที่ตรงกันและถูกบันทึกไว้บนจอภาพ ออสซิลโลสโคปถูกกระตุ้นจากสัญญาณภายใต้การศึกษาในโหมดกวาด "สแตนด์บาย" ที่ระดับสัญญาณซึ่งมีลำดับความสำคัญต่ำกว่าค่าสูงสุดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ สิ่งนี้ทำให้สามารถสังเกตแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำได้เกือบทั้งหมดนับตั้งแต่วินาทีที่ฟลักซ์แม่เหล็กเริ่มเปลี่ยนแปลง
เราโยนผ่านรีล ไม่ได้ทำเครื่องหมายแม่เหล็ก. กราฟของค่า EMF เทียบกับเวลาจะถูกวาดบนหน้าจอ แต่กราฟของกระแสเทียบกับเวลาจะมีพฤติกรรมคล้ายกัน
นักเรียนเห็นว่าแม่เหล็กที่บินผ่านขดลวดทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำปรากฏขึ้น (รูปที่ 10)

ยู:วาดแผนภาพกราฟลงในสมุดบันทึกของคุณ

การบ้าน:เขียนสิ่งที่เกิดขึ้นกับฟลักซ์แม่เหล็กเป็นสามขั้นตอน: แม่เหล็กบินขึ้นไปที่ขดลวด เคลื่อนที่เข้าไปข้างใน และบินออกไป ร่างการทดลองในแบบของคุณ โดยระบุขั้วของแม่เหล็กที่กำลังเคลื่อนที่

กลับไปข้างหน้า

ความสนใจ! การแสดงตัวอย่างสไลด์มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้น และอาจไม่ได้แสดงถึงคุณลักษณะทั้งหมดของงานนำเสนอ หากสนใจงานนี้กรุณาดาวน์โหลดฉบับเต็ม

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

• เกี่ยวกับการศึกษา– เปิดเผยแก่นแท้ของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า อธิบายกฎของเลนซ์ให้นักเรียนฟัง และสอนให้พวกเขาใช้กฎนี้เพื่อกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ อธิบายกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สอนให้นักเรียนคำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในกรณีที่ง่ายที่สุด
• พัฒนาการ– พัฒนาความสนใจทางปัญญาของนักเรียน ความสามารถในการคิดอย่างมีเหตุผลและสรุปได้ พัฒนาแรงจูงใจในการเรียนรู้และความสนใจในวิชาฟิสิกส์ พัฒนาความสามารถในการมองเห็นความเชื่อมโยงระหว่างฟิสิกส์กับการฝึกฝน
• เกี่ยวกับการศึกษา– ปลูกฝังความรักในงานนักศึกษา ความสามารถในการทำงานเป็นกลุ่ม ส่งเสริมวัฒนธรรมการพูดในที่สาธารณะ

อุปกรณ์:

• หนังสือเรียน "ฟิสิกส์ - 11" G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, V.M.Charugin
• จี.เอ็น. สเตปาโนวา.
• "ฟิสิกส์ - 11" แผนการสอนสำหรับตำราเรียนโดย G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev ผู้แต่ง - คอมไพเลอร์ G.V. มาร์คินา.
• คอมพิวเตอร์และโปรเจ็กเตอร์
• วัสดุ "ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์"
• การนำเสนอสำหรับบทเรียน

แผนการเรียน:

ระหว่างชั้นเรียน

I. ช่วงเวลาขององค์กร

1. สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นจากแหล่งกำเนิดเดียวกัน - ประจุไฟฟ้า ดังนั้นเราจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่ามีความเชื่อมโยงบางอย่างระหว่างฟิลด์เหล่านี้ สมมติฐานนี้พบการยืนยันการทดลองในปี พ.ศ. 2374 ในการทดลองของนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้มีชื่อเสียงเอ็ม. ฟาราเดย์ซึ่งเขาได้ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (สไลด์ 1) .

บท:

“ฟลุค
ตกอยู่เพียงหุ้นเดียวเท่านั้น
จิตใจที่เตรียมพร้อม”

ล. ปาสเตอร์นัก

2. ภาพร่างประวัติศาสตร์โดยย่อเกี่ยวกับชีวิตและผลงานของเอ็ม. ฟาราเดย์ (ข้อความของนักเรียน). (สไลด์ 2, 3)

ครั้งที่สองปรากฏการณ์ที่เกิดจากสนามแม่เหล็กสลับถูกพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2374 โดยเอ็ม. ฟาราเดย์ เขาแก้ไขปัญหา: สนามแม่เหล็กสามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าปรากฏในตัวนำได้หรือไม่? (สไลด์ 4)

เอ็ม. ฟาราเดย์ให้เหตุผลว่ากระแสไฟฟ้าสามารถดึงดูดเหล็กชิ้นหนึ่งได้ แม่เหล็กไม่สามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้หรือ? เป็นเวลานานที่ไม่สามารถค้นพบการเชื่อมต่อนี้ มันเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจสิ่งสำคัญ ได้แก่ แม่เหล็กที่กำลังเคลื่อนที่หรือสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในขดลวดได้ (สไลด์ 5)
(ดูวิดีโอ “ตัวอย่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า”) (สไลด์6).

คำถาม:

1. คุณคิดว่าอะไรทำให้กระแสไฟฟ้าไหลในขดลวด?
2. เหตุใดปัจจุบันจึงมีอายุสั้น?
3. เหตุใดจึงไม่มีกระแสไฟฟ้าเมื่อแม่เหล็กอยู่ภายในขดลวด (รูปที่ 1) เมื่อแถบเลื่อนลิโน่ไม่เคลื่อนที่ (รูปที่ 2) เมื่อขดลวดหนึ่งหยุดเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับอีกขดลวดหนึ่ง

บทสรุป:กระแสจะปรากฏขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยการเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรตัวนำซึ่งอยู่นิ่งในสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาหรือเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กคงที่ในลักษณะที่จำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กทะลุผ่าน การเปลี่ยนแปลงวงจร
ในกรณีที่สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง คุณลักษณะหลักของมัน B - เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สามารถเปลี่ยนขนาดและทิศทางได้ แต่ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าก็พบได้ในสนามแม่เหล็กที่มีค่าคงที่ B

คำถาม:มีการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้าง?

พื้นที่ที่ถูกเจาะด้วยสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไป เช่น จำนวนแนวแรงที่ทะลุผ่านบริเวณนี้เปลี่ยนไป

เพื่อระบุลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กในพื้นที่อวกาศ จะมีการแนะนำปริมาณทางกายภาพ - ฟลักซ์แม่เหล็ก – F(สไลด์ 7)

สนามแม่เหล็ก เอฟผ่านพื้นที่ผิว สเรียกปริมาณเท่ากับผลคูณของขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในไปที่จัตุรัส สและโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์ ในและ n.

Ф = ВS cos

งาน V cos = V nแสดงถึงเส้นโครงของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กสู่เส้นปกติ nไปยังระนาบรูปร่าง นั่นเป็นเหตุผล Ф = В n ส.

หน่วยฟลักซ์แม่เหล็ก – Wb(เวเบอร์).

ฟลักซ์แม่เหล็ก 1 เวเบอร์ (Wb) ถูกสร้างขึ้นโดยสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอโดยมีการเหนี่ยวนำ 1 T ผ่านพื้นผิวที่มีพื้นที่ 1 m 2 ซึ่งตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
สิ่งสำคัญในปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสร้างสนามไฟฟ้าโดยสนามแม่เหล็กสลับ กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในขดลวดปิดซึ่งช่วยให้สามารถบันทึกปรากฏการณ์ได้ (รูปที่ 1)
กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่งมีปฏิกิริยาโต้ตอบกับแม่เหล็ก ขดลวดที่มีกระแสไหลผ่านก็เหมือนกับแม่เหล็กที่มีสองขั้วคือทิศเหนือและทิศใต้ ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำจะกำหนดว่าปลายขดลวดด้านใดทำหน้าที่เป็นขั้วเหนือ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เราสามารถทำนายได้ว่าในกรณีใดขดลวดจะดึงดูดแม่เหล็กและแม่เหล็กจะผลักแม่เหล็กออกไป
หากนำแม่เหล็กเข้าใกล้ขดลวดมากขึ้น กระแสเหนี่ยวนำของทิศทางนี้จะปรากฏขึ้น และแม่เหล็กจะต้องถูกผลักไส เพื่อให้แม่เหล็กและคอยล์อยู่ใกล้กัน จะต้องทำงานเชิงบวก ขดลวดจะกลายเป็นเหมือนแม่เหล็ก โดยมีขั้วชื่อเดียวกันหันเข้าหาแม่เหล็กที่เข้ามาใกล้ เหมือนเสาผลักกัน เวลาถอดแม่เหล็กออกจะตรงกันข้าม

ในกรณีแรก ฟลักซ์แม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 5) และในกรณีที่สองจะลดลง ยิ่งไปกว่านั้น ในกรณีแรก เส้นเหนี่ยวนำ B/ ของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดจะออกมาจากปลายด้านบนของขดลวด เนื่องจาก ขดลวดจะผลักแม่เหล็กและในกรณีที่สองพวกมันจะเข้าสู่จุดสิ้นสุดนี้ เส้นเหล่านี้จะแสดงเป็นสีเข้มกว่าในรูป ในกรณีแรกขดลวดที่มีกระแสจะคล้ายกับแม่เหล็กซึ่งมีขั้วเหนืออยู่ด้านบนและในกรณีที่สองอยู่ที่ด้านล่าง
ข้อสรุปที่คล้ายกันสามารถสรุปได้โดยใช้การทดลองที่แสดงในรูป (รูปที่ 6)

(ดูส่วน “กฎของ Lenz”)

บทสรุป:กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิดที่มีสนามแม่เหล็กจะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดขึ้น (สไลด์ 8)

กฎของเลนซ์กระแสเหนี่ยวนำมักจะมีทิศทางที่มีการตอบโต้กับสาเหตุที่ทำให้เกิดกระแสนั้น

อัลกอริทึมในการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ- (สไลด์ 9)

1. กำหนดทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำของสนามภายนอก B (ออกจาก N และเข้าสู่ S)
2. ตรวจสอบว่าฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรเพิ่มขึ้นหรือลดลง (หากแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าไปในวงแหวนแล้ว ∆Ф>0 ถ้ามันเคลื่อนออกแล้ว ∆Ф<0).
3. กำหนดทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก B′ ที่สร้างขึ้นโดยกระแสเหนี่ยวนำ (ถ้า ∆Ф>0 ดังนั้นเส้น B และ B′ จะถูกกำกับในทิศทางตรงกันข้าม ถ้า ∆Ф<0, то линии В и В′ сонаправлены).
4. ใช้กฎสว่าน (มือขวา) เพื่อกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ
การทดลองของฟาราเดย์แสดงให้เห็นว่าความแรงของกระแสเหนี่ยวนำในวงจรตัวนำนั้นเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงในจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้ (สไลด์ 10)
เมื่อใดก็ตามที่มีการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรตัวนำ กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในวงจรนี้
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงปิดเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นที่ที่ถูกจำกัดโดยวงนี้
กระแสไฟฟ้าในวงจรมีทิศทางเป็นบวกเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กภายนอกลดลง

(ดูส่วน “กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า”)

(สไลด์ 11)

EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในวงปิดจะมีค่าเท่ากันและตรงกันข้ามกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงนี้

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนสำคัญต่อการปฏิวัติทางเทคนิคและทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่ (สไลด์ 12)

สาม. รวบรวมสิ่งที่ได้เรียนรู้มา

การแก้ปัญหาครั้งที่ 1819, 1821(1.3.5)

(รวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์ 10-11 G.N. Stepanova)

IV. การบ้าน:

§8 - 11 (สอน), R. No. 902 (b, d, f), No. 911 (เขียนในสมุดบันทึก)

บรรณานุกรม:

1. หนังสือเรียน “ฟิสิกส์ – 11” G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, V.M.Charugin.
2. รวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์ 10-11 จี.เอ็น. สเตปาโนวา.
3. "ฟิสิกส์ - 11" แผนการสอนสำหรับตำราเรียนโดย G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev ผู้เขียนคอมไพเลอร์ จี.วี. มาร์คินา.
4. V/m และสื่อวิดีโอ การทดลองฟิสิกส์ของโรงเรียน "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า" (หัวข้อ: "ตัวอย่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า", "กฎของ Lenz", "กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า")
5. รวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์ 10-11 เอ.พี. ริมเควิช.

หัวข้อ: การค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก. ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ กฎของเลนซ์

เป้า: การก่อตัวของแนวคิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ฟลักซ์แม่เหล็ก แนะนำสูตรฟลักซ์แม่เหล็ก สอนการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำตามกฎของเลนซ์ พัฒนาการ: พัฒนาความสามารถของนักเรียนในการเปรียบเทียบและสรุปผลของตนเอง ทางการศึกษา: พัฒนาความตระหนักรู้ของเด็กถึงความสำคัญของวิทยาศาสตร์

อุปกรณ์: หนังสือเรียน หนังสือปัญหา แม่เหล็ก กัลวาโนมิเตอร์ คอยล์

ประเภทบทเรียน: บทเรียนในการเรียนรู้ ZUN ใหม่

ต้องรู้/สามารถ: แนวคิด - ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ สูตรพื้นฐานของหัวข้อนี้

ในระหว่างเรียน

เวลาจัดงาน.

ล - การอัพเดตความรู้พื้นฐาน การทำซ้ำเนื้อหาที่ศึกษาก่อนหน้านี้

มีการกำหนดไว้อย่างไร? สูตร? .

หน่วย?[ ใน]=[ ตล] .

แรงใดเกิดขึ้นระหว่างตัวนำไฟฟ้าสองตัวที่มีกระแสโต้ตอบกัน .

สูตร .

คุณจะกำหนดทิศทางได้อย่างไร? - การใช้กฎมือซ้าย: .

แรงใดกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุหนึ่งตัวในสนามแม่เหล็ก - สูตร. .

มันเท่ากับอะไร ถ้าอนุภาคลอยขนานกับเส้น ?

จะเกิดอะไรขึ้นกับอนุภาคเมื่อมันบินไปในสนามแม่เหล็กในมุมหนึ่ง - เริ่มวิปริตเพราะว่า. เปลี่ยนวิถีการเคลื่อนที่ของมัน

มันเท่ากับอะไร ถ้าอนุภาคลอยตั้งฉากกับเส้น ? .

วิถีโคจรของอนุภาคคืออะไร? วงกลม.

ข้อใดคือวิถีโคจรของอนุภาคเมื่อมันบินขนานกับเส้นตรง - ตรง.

วิธีการกำหนดทิศทาง - การใช้กฎมือขวา: ในฝ่ามือสี่นิ้ว - ทิศทาง นิ้วหัวแม่มือ - ทิศทาง .

ครั้งที่สอง - การเรียนรู้ ZUN ใหม่

จนถึงตอนนี้เราได้พิจารณาสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา เราพบว่าสนามไฟฟ้าสถิตนั้นเกิดจากอนุภาคที่มีประจุที่อยู่นิ่ง และสนามแม่เหล็กเกิดจากการที่วัตถุเคลื่อนที่ เช่น ไฟฟ้าช็อต. ตอนนี้เราต้องค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้นกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

หลังจากที่เออร์สเตดค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างกระแสไฟฟ้ากับแม่เหล็ก ไมเคิล ฟาราเดย์เริ่มสนใจว่าการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับเป็นไปได้หรือไม่

ในปี ค.ศ. 1821 ฟาราเดย์เขียนไว้ในไดอารี่ของเขาว่า “แปลงแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า”

เขาทำการทดลองหลายครั้งในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ไม่มีผลลัพธ์ใดเกิดขึ้น เขาต้องการละทิ้งความคิดและการทดลองหลายครั้ง แต่มีบางอย่างหยุดเขาไว้และในวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 หลังจากการทดลองหลายครั้งที่เขาทำมานานกว่า 10 ปี ฟาราเดย์ก็บรรลุเป้าหมาย: เขาสังเกตเห็นว่ากระแสไฟฟ้าปรากฏในตัวนำปิดซึ่งตั้งอยู่ในสนามแม่เหล็กปิด ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่ากระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ฟาราเดย์เกิดชุดการทดลองที่ตอนนี้ง่ายมาก เขาพันตัวนำ (สายไฟสองเส้น) ขนานกันบนขดลวดซึ่งหุ้มฉนวนจากกัน และเชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งเข้ากับแบตเตอรี่และอีกด้านหนึ่งเข้ากับอุปกรณ์เพื่อกำหนดความแรงของกระแสไฟฟ้า (กัลวาโนมิเตอร์)

เขาสังเกตว่าเข็มกัลวาโนมิเตอร์หยุดนิ่งตลอดเวลาและไม่ตอบสนองเมื่อกระแสไหลผ่านวงจรไฟฟ้า และเมื่อเขาเปิดปิดกระแสเข็มก็เบี่ยงเบนไป

ปรากฎว่าในขณะที่กระแสไหลผ่านสายแรก และเมื่อหยุดไหล กระแสก็ปรากฏขึ้นในสายที่สองเพียงชั่วครู่

จากการทดลองต่อไป ฟาราเดย์พบว่าแนวทางง่ายๆ ของตัวนำที่บิดเป็นเส้นโค้งปิด ไปยังตัวนำอีกตัวหนึ่งซึ่งมีกระแสไหลผ่านเพียงพอสำหรับกระแสเหนี่ยวนำที่จะก่อตัวขึ้นในทิศทางแรก และมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสที่ไหลผ่าน และถ้าคุณย้ายตัวนำที่บิดเบี้ยวออกจากตัวนำที่กระแสไหลผ่าน กระแสเหนี่ยวนำในทิศทางตรงกันข้ามจะปรากฏขึ้นอีกครั้งในอันแรก

ฟาราเดย์คิดว่ากระแสไฟฟ้าสามารถดึงดูดเหล็กได้ แม่เหล็กสามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่?

เป็นเวลานานที่ไม่สามารถค้นพบความสัมพันธ์นี้ การวิจัยดำเนินการในลักษณะที่ขดลวดที่พันลวดนั้นเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์และใช้แม่เหล็กซึ่งถูกหย่อนลงในขดลวดหรือหดกลับ

Colladon (นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิส) ร่วมกับฟาราเดย์ทำการทดลองที่คล้ายกัน

เมื่อทำงานเขาใช้กัลวาโนมิเตอร์ซึ่งมีเข็มแม่เหล็กแสงติดอยู่ภายในขดลวดของอุปกรณ์ เพื่อป้องกันไม่ให้แม่เหล็กกระทบกับเข็ม ปลายขดลวดจึงถูกนำเข้าไปในอีกห้องหนึ่ง

เมื่อคอลลาดอนวางแม่เหล็กลงในขดลวด เขาก็ไปที่อีกห้องหนึ่งและดูเข็มกัลวาโนมิเตอร์ จากนั้นเดินกลับไปดึงแม่เหล็กออกจากขดลวด และกลับมาที่ห้องอีกครั้งพร้อมกับกัลวาโนมิเตอร์ และทุกครั้งที่เขาเชื่อมั่นอย่างน่าเศร้าว่าเข็มกัลวาโนมิเตอร์ไม่ได้เบี่ยงเบน แต่ยังคงอยู่ที่ศูนย์

หากเขาต้องเฝ้าดูกัลวาโนมิเตอร์ตลอดเวลาและขอให้ใครสักคนทำงานเกี่ยวกับแม่เหล็ก ก็คงจะมีการค้นพบที่น่าทึ่งเกิดขึ้น แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น แม่เหล็กที่อยู่นิ่งซึ่งสัมพันธ์กับขดลวดสามารถนอนอยู่ข้างในอย่างเงียบๆ เป็นเวลาหลายร้อยปี โดยไม่ทำให้เกิดกระแสในขดลวด

นักวิทยาศาสตร์โชคไม่ดี นี่เป็นช่วงเวลาที่ยากลำบากสำหรับวิทยาศาสตร์และไม่มีใครจ้างผู้ช่วย บ้างก็เพราะปัญหาทางการเงิน และบ้างก็ไม่ต้องแบ่งปันการค้นพบนี้

ฟาราเดย์ยังประสบอุบัติเหตุประเภทนี้เพราะเขาพยายามซ้ำแล้วซ้ำเล่าเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าโดยใช้แม่เหล็กและใช้กระแสไฟฟ้าในตัวนำอื่น แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จ

แต่ฟาราเดย์ยังคงสามารถค้นพบได้ และในขณะที่เขาเขียนไว้ในสมุดบันทึก เขาได้ระบุกระแสในขดลวดซึ่งเขาเรียกว่ากระแสเหนี่ยวนำ

คุณสามารถแสดงการทดลองด้วยแม่เหล็กและขดลวดได้ และพูดว่า: บน l.r. คุณเองจะได้เรียนรู้ที่จะสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าว

สังกะสี ปรากฏการณ์การเกิดในอวกาศโดยสนามแม่เหล็กสลับของสนามไฟฟ้ากระแสสลับ ฟิลด์เรียกว่าปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด (หรือในขดลวด) เกิดขึ้นเมื่อจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เปลี่ยนแปลง (จำนวนเส้นเปลี่ยนระหว่างอินพุตหรือเอาต์พุตของแม่เหล็ก) ที่ทะลุผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจร

ปริมาณทางกายภาพที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ทะลุผ่านพื้นผิวที่กำหนดเรียกว่าฟลักซ์เหนี่ยวนำแม่เหล็ก

[F]=[Wb] เวเบอร์

ฟลักซ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กแสดงลักษณะการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงปิด

ฟลักซ์แม่เหล็ก Ф (ฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) ผ่านพื้นผิวของพื้นที่ คือปริมาณเท่ากับผลคูณของขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ไปที่จัตุรัส และโคไซน์ของมุม ระหว่างเวกเตอร์ และ :

ทิศทาง B ไปยังพื้นที่ที่ทะลุเข้าไปอาจแตกต่างกัน:

มุมระหว่าง B กับ ? 0 โอ ก มันเท่ากับอะไร?

หัวข้อบทเรียน:

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก.

เป้า: เพื่อให้ผู้เรียนคุ้นเคยกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ในระหว่างเรียน

I. ช่วงเวลาขององค์กร

ครั้งที่สอง อัพเดทความรู้.

1. การสำรวจหน้าผาก

• สมมติฐานของแอมแปร์คืออะไร?
• การซึมผ่านของแม่เหล็กคืออะไร?
• สารใดที่เรียกว่าพารา- และไดอะแมกเนติก
• เฟอร์ไรต์คืออะไร?
• เฟอร์ไรต์ใช้ที่ไหน?
• เราจะรู้ได้อย่างไรว่ามีสนามแม่เหล็กรอบโลก?
• ขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ของโลกอยู่ที่ไหน?
• กระบวนการใดเกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กของโลก?
• สาเหตุของการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กใกล้โลกคืออะไร?

2. การวิเคราะห์การทดลอง

การทดลองที่ 1

เข็มแม่เหล็กบนขาตั้งถูกนำไปที่ด้านล่างแล้วไปที่ปลายด้านบนของขาตั้งกล้อง ทำไมลูกศรจึงหันไปที่ปลายล่างของขาตั้งจากด้านใดด้านหนึ่งด้วยขั้วใต้ และหันไปทางปลายบนด้วยปลายด้านเหนือ(วัตถุเหล็กทั้งหมดอยู่ในสนามแม่เหล็กของโลก ภายใต้อิทธิพลของสนามนี้ วัตถุเหล่านั้นจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก โดยส่วนล่างของวัตถุตรวจจับขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ และส่วนบนตรวจจับทิศใต้)

การทดลองที่ 2

ในปลั๊กไม้ก๊อกขนาดใหญ่ ให้ทำร่องเล็กๆ สำหรับลวดเส้นหนึ่ง ลดจุกก๊อกลงในน้ำแล้ววางลวดไว้ด้านบนโดยวางขนานกัน ในกรณีนี้สายไฟพร้อมกับปลั๊กจะหมุนและติดตั้งตามแนวเส้นลมปราณ ทำไม(ลวดถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและติดตั้งอยู่ในสนามโลกเหมือนเข็มแม่เหล็ก)

สาม. การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

แรงแม่เหล็กกระทำระหว่างประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กอธิบายไว้ตามแนวคิดของสนามแม่เหล็กที่มีอยู่รอบ ๆ ประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นจากแหล่งกำเนิดเดียวกัน - ประจุไฟฟ้า สันนิษฐานได้ว่ามีความเชื่อมโยงระหว่างกัน

ในปีพ.ศ. 2374 เอ็ม. ฟาราเดย์ยืนยันการทดลองนี้ เขาค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (สไลด์ 1,2)

การทดลองที่ 1

เราเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์เข้ากับขดลวดและเราจะขยายแม่เหล็กถาวรออกไป เราสังเกตการโก่งตัวของเข็มกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งมีกระแส (การเหนี่ยวนำ) ปรากฏขึ้น (สไลด์ 3)

กระแสไฟฟ้าในตัวนำเกิดขึ้นเมื่อตัวนำอยู่ในพื้นที่การกระทำของสนามแม่เหล็กสลับ (สไลด์ 4-7)

ฟาราเดย์เป็นตัวแทนของสนามแม่เหล็กสลับเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในจำนวนเส้นแรงที่ทะลุผ่านพื้นผิวที่ถูกจำกัดด้วยเส้นขอบที่กำหนด จำนวนนี้ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำใน สนามแม่เหล็กจากบริเวณวงจรส และการวางแนวในสาขาที่กำหนด

Ф=BS เพราะ - สนามแม่เหล็ก.

F [Wb] เวเบอร์ (สไลด์ 8)

กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำอาจมีทิศทางที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านวงจรลดลงหรือเพิ่มขึ้น กฎในการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดขึ้นในปี พ.ศ. 2376 อี. เอ็กซ์. เลนท์ซ.

การทดลองที่ 2

เราเลื่อนแม่เหล็กถาวรเข้าไปในวงแหวนอะลูมิเนียมน้ำหนักเบา วงแหวนถูกผลักออกจากวงแหวน และเมื่อยืดออก วงแหวนจะดึงดูดแม่เหล็ก

ผลลัพธ์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขั้วของแม่เหล็ก แรงผลักและแรงดึงดูดอธิบายได้จากการปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำในนั้น

เมื่อแม่เหล็กถูกผลักเข้าไป ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงแหวนจะเพิ่มขึ้น: การผลักของวงแหวนแสดงให้เห็นว่ากระแสเหนี่ยวนำในนั้นมีทิศทางที่เวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กอยู่ตรงข้ามในทิศทางกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอก สนามแม่เหล็ก.

กฎของ Lenz:

กระแสเหนี่ยวนำมักจะมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำที่ปรากฏ(สไลด์ 9)

IV. การดำเนินงานห้องปฏิบัติการ

งานห้องปฏิบัติการในหัวข้อ “การตรวจสอบการทดลองกฎของ Lenz”

อุปกรณ์และวัสดุ:มิลลิแอมมิเตอร์ ขดลวด-ขด แม่เหล็กรูปโค้ง

ความคืบหน้า

1. เตรียมโต๊ะ.