Способы индуцирования тока это

Урок физики в 11-м классе по теме: «Способы индуцирования тока»

Разделы: Физика

Цели урока:

• Обучающая: добиться знания учащимися способов индуцирования тока, результатов опытов Фарадея.
• Развивающая: продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственную связь между фактами, явлениями и причинами их вызвавшими, умений выдвигать гипотезы, обосновывать и проверять их достоверность.
• Воспитательная: продолжить формирование познавательного интереса к предмету, мировозрения.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: урок-беседа с элементами поиска.

Метод обучения: диалогический с эвристическими заданиями.

Метод преподавания-учения: объяснительно-побуждающий.

Метод учения: частично-поисковый.

Оборудование:

• компьютерный класс,
• мультимедиа проектор,
• миллиамперметры,
• катушки,
• полосовые постоянные магниты,
• карточки с заданиями,
• Презентация.

Программное обеспечение:

• Power Point;
• Открытая физика 1.1;
• Hyper Test;
• учебник: В.А. Касьянов «Физика» 11 класс.

I. Организационный момент

Учитель: Здравствуйте ребята. Сегодня у нас с вами необычный урок. Мы с вами окажемся в научно-исследовательском институте. Все вы станете научными сотрудниками нашего института.

II. Актуализация опорных знаний

Учитель: Каждый научный сотрудник должен обладать определенными знаниями, чтобы быть способным проводить исследовательские работы. Я вам предлагаю четыре способа проверки знаний:

• Компьютерный тест – тестирование на компьютере; (наиболее сложный уровень; Приложение 1)
• Определить истинность высказываний;(задание средней сложности; Приложение 2)
• Построение рисунков; (задание наиболее простое; Приложение 3)
• Решение задач у доски.

Учащиеся самостоятельно по своему желанию выбирают посильное задание и выполняют их.

Оценивание заданий:

• по заданию № 1 оценки выставляются компьютером, исходя из следующей схемы: 65 % правильных ответов – оценка “удовлетворительно”, 75% правильных ответов и более – оценка “хорошо”, 90% и более – оценка “отлично”;
• по заданию № 2 учащиеся выполняют графический диктант, затем меняются работами и проверяют работы своих товарищей по шаблону (Приложение 4) на доске или презентации, выставляют оценки, исходя из следующего шаблона 0–1 ошибка – отлично (5); 2 – хорошо (4); 3–4 – удовлетворительно (3); более 4 – неудовлетворительно (2), реализуется взаимопроверка и взаимооценка;
• по заданию № 3 учащиеся выполняют построение рисунков по схемам, проверяют сами по шаблонам проверки (Приложение 5), выставляют оценки, исходя из следующей схемы: 5–6 правильных – оценка 5, 4 правильных – оценка 4, 3 правильных – оценка 3, реализуется самопроверка и самооценка;
• решение задач – 2 учащихся решают задачи у доски, проверка и оценка осуществляется учителем.

III. Мотивация

Учитель: Мы живем в век техники и электричества. Я думаю никто из нас не представляет свою жизнь без окружающей нас техники: телевизоров, магнитофонов, холодильников, компьютеров, сотовой связи. Ни один из этих электронных приборов не может работать без электрической энергии.

Беседа сопровождается презентацией на экране.

Учитель: Откуда получается электрическая энергия?

Учащиеся: Электрическая энергия получается на электростанциях – это ГЭС, АЭС, ТЭЦ, экологически чистые способы выработки энергии.

Учитель: С помощью какого устройства вырабатывается электрическая энергия?

Учащиеся: Электрическую энергию вырабатывают генераторы.

Учитель: А за счет чего вырабатывается электрическая энергия в генераторах?

Учащиеся: (ответа скорее всего нет).

Создается проблемная ситуация.

IV. Формирование новых умений и навыков

Учитель: В наш научно-исследовательский институт поступило задание (Приложение 6). Необходимо провести исследование.
Итак, тема нашего исследования – “Способы индуцирования тока”. Мы с вами на сегодняшней исследовательской работе постараемся рассмотреть способы индуцирования тока, рассмотрим законы Фарадея, постараемся выяснить причины, которые вызывают появление тока в катушках, выяснить зависимости тока от числа витков в катушке.
Для того, чтобы наше исследование отражало реально существующее явление необходимо выяснить, что же знает человечество о данном явлении.
В 30-х годах XIX века известным английским физиком Фарадеем были проведены следующие опыты по индуцированию тока. Вводя в катушку, подключенную к вольтметру, постоянный магнит, Фарадей заметил появление тока, о чем свидетельствовало отклонение стрелки вольтметра. Затем данный опыт был повторен с помощью 2 катушек. Одна из которых была подключена к источнику тока, а другая к вольтметру. В обеих случаях происходило индуцирование тока.

Рассказ сопровождается демонстрацией через мультимедиа проектор опытов Фарадея «Открытая физика 1.1» – «Электричество и магнетизм». Учащиеся: слушают, делают записи в тетрадях.

V. Исследовательская работа

Задания для исследовательской работы предлагаются на отдельных листах. Работа выполняется самостоятельно, делаются записи в тетрадях.

Задания:

1. Вызовет ли появление электрического тока изменение положения внешней катушки относительно внутренней? Объяснить причину.
2. К чему приведет увеличение количества витков, уменьшение количества витков в катушках? Объяснить.
3. К чему приведет изменение полюсов постоянного магнита на противоположные в опыте Фарадея? Объяснить причину.
4. С одинаковым ли ускорением падает маленький полосовой магнит через вертикально стоящую катушку при замкнутой и разомкнутой обмотке катушки?

Получение ответов на поставленные задания:

1. Ответ учащимися получается после проведения эксперимента в электронном учебнике «Открытая физика 1.1».
2. Ответ учащимися получается из учебника параграф 33 и электронного учебного пособия «Открытая физика 1.1».
3. Ответ учащимися получают из эксперимента проделанного за рабочим столом (катушка, миллиамперметр, полосовой магнит). Дополнительное задание решается с помощью учебника.
4. Задание для сильных учащихся. Решается с помощью учебника.

Учащиеся делятся на 3 условные группы, необходимо, чтобы каждое задание было решено. Учащиеся в группах работают каждый отдельно, самостоятельно. Учащиеся 1 группы начинают исследовательскую работу с 1 задания, учащиеся 2 группы со второго задания, учащиеся 3 группы с 3 задания. По мере завершения группы выполняют остальные 2 задания. Наиболее сильные учащиеся выполняют задания в скобках, если завершены все 3 задания и дополнительные задания в скобках, то выполняются 4 задания.

VI. Домашнее задание

Параграф 33 вопросы 1–2 отвечают письменно. Если возникают вопросы по домашнему заданию, то учитель объясняет задание.

VII. Закрепление

После окончания исследований проводится обсуждение ответов.

Учитель: Итак, исследование завершено. В любом научном институте после окончания исследований проводится обсуждение результатов исследования – научные симпозиумы. Начнем наш симпозиум.

Учитель вызывает по каждой из поставленных задач выступить одного учащегося, остальные слушают, если возникают противоречия по результатам, то исправляют свои ответы. Происходит коррекция полученных знаний.

VIII. Контроль знаний

Учитель: Мы завершаем нашу сегодняшнюю работу, и давайте проверим наши новые знания. Проверка осуществляется с помощью заданий на отдельных карточках (Приложение 7). Задание: закончить предложение.

Учащиеся выполняют задания по окончанию работы. По каждому выступают по одному учащемуся. Целесообразно предложить выступить тем учащимся, которые не очень активно участвовали при проведении исследования, чтобы выяснить уровень их знаний по данной теме. Во время выступления остальные учащиеся проверяют свои ответы. По окончании оценивают свои работы. Данное задание позволяет получить картину того, как поняли учащиеся данную тему.

IX. Вывод

Учитель: Итак давайте вернемся к началу урока. Так за счет чего же вырабатывается электрическая энергия в генераторах.

Учащиеся: За счет изменения магнитного потока через катушку генератора.

Учитель: Правильно, устройство и принципы работы генератора более подробнее вы изучите на последующих уроках.

X. Подведение итогов

Учащимся предлагается выставить оценки, полученные в начале урока, в дневниках. Учитель отмечает наиболее хороших исследователей, указывает на причины неудач, если таковые есть.

Источник

Закон электромагнитной индукции

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Магнитный поток

Прежде, чем разобраться с тем, что такое электромагнитная индукция, нужно определить такую сущность, как магнитный поток.

Представьте, что вы взяли обруч в руки и вышли на улицу в ливень. Чем сильнее ливень, тем больше через этот обруч пройдет воды — поток воды больше.

Если обруч расположен горизонтально, то через него пройдет много воды. А если начать его поворачивать — уже меньше, потому что он расположен не под прямым углом к вертикали.

Теперь давайте поставим обруч вертикально — ни одной капли не пройдет сквозь него (если ветер не подует, конечно).

Магнитный поток по сути своей — это тот же самый поток воды через обруч, только считаем мы величину прошедшего через площадь магнитного поля, а не дождя.

Магнитным потоком через площадь ​S​ контура называют скалярную физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции ​B​, площади поверхности ​S​, пронизываемой данным потоком, и косинуса угла ​α​ между направлением вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра к плоскости данной поверхности):

Магнитный поток

Ф — магнитный поток [Вб]

B — магнитная индукция [Тл]

S — площадь пронизываемой поверхности [м^2]

n — вектор нормали (перпендикуляр к поверхности) [-]

Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.

В зависимости от угла ​α магнитный поток может быть положительным (α 90°). Если α = 90°, то магнитный поток равен 0. Это зависит от величины косинуса угла.

Изменить магнитный поток можно меняя площадь контура, модуль индукции поля или расположение контура в магнитном поле (поворачивая его).

В случае неоднородного магнитного поля и неплоского контура, магнитный поток находят как сумму магнитных потоков, пронизывающих площадь каждого из участков, на которые можно разбить данную поверхность.

Электромагнитная индукция

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

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

Майкл Фарадей провел ряд опытов, которые помогли открыть явление электромагнитной индукции.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется вдвигается (выдвигается) относительно катушки

Вот, что показали эти опыты:

1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.
2. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.
3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток?

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна ЭДС.

Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) звучит так:

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

Математически его можно описать формулой:

Закон Фарадея

Ɛi — ЭДС индукции [В]

ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]

Знак «–» в формуле позволяет учесть направление индукционного тока. Индукционный ток в замкнутом контуре всегда направлен так, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

Если контур состоит из ​N витков (то есть он — катушка), то ЭДС индукции будет вычисляться следующим образом.

Закон Фарадея для контура из N витков

Ɛi — ЭДС индукции [В]

ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]

N — количество витков [-]

Сила индукционного тока в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением ​R​:

Закон Ома для проводящего контура

Ɛi — ЭДС индукции [В]

I — сила индукционного тока [А]

R — сопротивление контура [Ом]

Если проводник длиной l будет двигаться со скоростью ​v​ в постоянном однородном магнитном поле с индукцией ​B​ ЭДС электромагнитной индукции равна:

ЭДС индукции для движущегося проводника

Ɛi — ЭДС индукции [В]

B — магнитная индукция [Тл]

v — скорость проводника [м/с]

l — длина проводника [м]

Возникновение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю.

Количество теплоты в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

• вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле
• вследствие изменения во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея

Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной:

• в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца
• в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Правило Ленца

Чтобы определить направление индукционного тока, нужно воспользоваться правилом Ленца.

Академически это правило звучит следующим образом: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

Давайте попробуем чуть проще: катушка в данном случае — это недовольная бабуля. Забирают у нее магнитный поток — она недовольна и создает магнитное поле, которое этот магнитный поток хочет обратно отобрать.

Дают ей магнитный поток, забирай, мол, пользуйся, а она такая — «Да зачем сдался мне ваш магнитный поток!» и создает магнитное поле, которое этот магнитный поток выгоняет.

Источник