Методическая разработка урока по физике: "Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение "

КГУ «Карагайлинская средняя школа отдела образования акимата Алтынсаринского района»

Разработка урока

«Магнитное поле катушки с током.

Электромагниты и их применение»

( 8 класс)

                Выполнила: Баймухаметова Б.Т.  

                              учитель физики

с.Шокай - 2018 г.

Тема:  «Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение»

Цели урока:

-обучающая; изучить (вспомнить и повторить) способы усиления и ослабления магнитного поля катушки с током; рассмотреть принцип действия электромагнита и области его применения; научить собирать электромагнит из готовых деталей и опытным путем проверить, отчего зависит его магнитное действие;

-развивающая: развивать умение обобщать знания, применять знания в конкретной ситуации; развивать навыки работы с приборами; развивать познавательный интерес к физике;

-воспитательная: воспитание усидчивости, трудолюбия, аккуратности при выполнении практической работы в группах., способствовать воспитанию коммуникабельности, доброжелательности.

Методы (методические приемы):

• беседа;
• работа в парах;
• словесное объяснение;
• демонстрация слайдов и технических пособий;
• проблемный метод овладения учебным материалом;
• частично-поисковая экспериментальная работа;
• самостоятельная работа с учебником;

Формы работы на уроке: фронтальная, парная.

Оборудование урока:

• техническое обеспечение:
• мультимедийный проектор;
• экран;
• персональный компьютер 1;
• Оборудование для лабораторной работы: электромагнит разборный с деталями (предназначен для проведения фронтальных лабораторных работ по электричеству и магнетизму), источник то­ка, реостат, ключ, соединительные провода, компас.

Программное обеспечение:

• Microsoft PowerPoint;
• Microsoft Word;
• Программа обработки графических изображений;

Оборудование для лабораторной работы: электромагнит разборный с деталями (предназначен для проведения фронтальных лабораторных работ по электричеству и магнетизму), источник то­ка, реостат, ключ, соединительные провода, компас.

Демонстрации:

1) действие проводника, по которому протекает постоянный

    ток, на магнитную стрелку;

2) действие соленоида (катушка без сердечника), по которо­му протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

3)            действие соленоида (катушка с сердечником), по которому
протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

4)      притяжение железных опилок гвоздем, на который на­
мотан провод, подключенный к источнику постоянного
тока.

Ход урока

I. Организационный момент.

Объявление темы урока.

Эпиграф:

Что умеете хорошего, то не забывайте, а чего

не умеете, тому учитесь…

                                     из поучения Владимира Мономаха

ХОД УРОКА:

    Вступительное слово учителя о месте данного урока при изучении главы «Электромагнитные явления».

ЭТАП № 1. АКТУАЛИЗАЦИЯ ОПОРНЫХ  ЗНАНИЙ.

«Продолжи предложение»

1.            Вещества, которые притягивают железные предметы, назы­ваются... (магнитами).

2.           Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки
впервые обнаружил датский учёный ... (Эрстед).

3.           Между проводниками с током возникают силы взаимодей­ствия, которые называются ... (магнитными).

4.      Места магнита, у которых сильнее всех проявляются маг­нитное действие, называются... (полюсами магнита).

5.           Вокруг проводника с электрическим током существует ...
(магнитное поле).

6.           Источником магнитного поля служит ...(движущийся заряд).

7.   Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси
маленьких магнитных стрелок, называют ...(силовыми маг­нитными линиями).

8.             Магнитное поле вокруг проводника с током можно обнару­жить, например, ... (с помощью магнитной стрелки или с помощью железных опилок).

9.              Если магнит разломали пополам, то первый кусок и второй
 кусок магнита имеют полюса... (северные -N и южные - S).

11.Тела, длительное время сохраняющие свою намагничен­ность, называются ... (постоянными магнитами).

12. Одноименные полюса магнита ..., а разноименные - ... (отталкиваются, притягиваются).

ЭТАП № 2. ОБЪЯСНЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА.

Фронтальный опрос

1.             Почему для изучения магнитного поля можно использовать
железные опилки? (В магнитном поле опилки  намагничиваются и становятся магнитными стрелками)

2.           Что называют магнитной линией магнитного поля? (Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок)

3.           Для чего вводят понятие магнитной линии поля? (С поиощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически)

4.           Как на опыте показать, что направление магнитных линий
связано с направлением тока? (При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180^о)

5.Можно ли сделать магнит, у которого был бы только север­ный полюс? А только южный полюс? (Невозможно сделать магнит, у которого отсутствовал бы один из полюсов).

6.Если разломить магнит на две части, будут ли эти части магнитами? (Если разломить магнит на части, то все его части будут магнитами).

7.Какие вещества могут намагничиваться? (Железо, кобальт, никель, сплавы из этих элементов).

8.Можно ли намагнитить железный гвоздь, стальную отверт­ку, алюминиевую проволоку, медную катушку, стальной болт? (Железный гвоздь, стальной болт и отвертку из стали можно намагнитить, а вот алюминиевую проволоку и медную катушку намагнитить нельзя, но если по ним пустить электрический ток, то они будут создавать магнитное поле.)

Объяснение нового материала сопровождается демонстрациями реальных приборов и материала «Модель электромагнита, «Зависимость магнитного поля катушки от сердечника» (диск «Сборник демонстрационных опытов для средней общеобразовательной школы. Школьный физический эксперимент. Магнитное поле»).

Учитель сообщает школьникам о большом практическом интересе, который представляет собой магнитное поле катушки с током, о том, что представляет собой катушка (показывает ее), подводит к тому, что учащиеся сообщают, как ведет себя катушка с током (когда в катушке есть ток, железные предметы притягиваются к ее концам, при отключении тока они отпадают), т.к. дети знакомы с этим явлением и наблюдали его на предыдущих уроках.

Далее учащиеся наблюдают, как ведет себя катушка с током, если ее подвесить на тонких и гибких проводниках (она устанавливается так же, как и магнитная стрелка компаса: один конец катушки будет обращен к югу, другой - к северу). Школьники делают вывод: катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет 2 полюса - северный и южный.

Учитель предлагает выяснить, от чего зависит магнитное действие катушки с током. Ученики высказывают свои предположения, после чего экспериментально подтверждают либо опровергают свои мнения. В результате делают вывод и записывают его в тетрадь: магнитное действие катушки с током зависит от:

1.​ количества витков в катушке;

1.​ величины силы тока;

3. наличия внутри катушки железного сердечка.

Учитель дает определение электромагнита (катушка с железным сердечком внутри называется электромагнитом) и демонстрирует его.

Далее учащимся сообщается, что электромагнит является одним из основных деталей многих технических приборов и широко применяется в технике благодаря своим свойствам. После этого идет обсуждение свойств электромагнита. В результате обсуждения учитель вместе с учениками выясняют и записывают свойства электромагнита:

1.​ Быстро размагничиваются при выключении тока.

2.​ Возможность изготовления ЭМ различных размеров.

3. Возможность регулирования магнитного действия с помощью реостата.

   Согласно своим свойствам, электромагниты, обладающие большой подъемной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна .

Осуществляется переход к третьему этапу (демонстрируется модель такого электромагнита).

ЭТАП № 3. ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ.

Демонстрации, выполняемые учителем:

1)             действие проводника, по которому протекает постоянный
ток, на магнитную стрелку;

2)      действие соленоида (катушка без сердечника), по которо­му протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

3)      действие соленоида (катушка с сердечником), по которому
протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

4)      притяжение железных опилок гвоздем, на который намо­тан провод, подключенный к источнику постоянного тока.

Учитель: Катушка состоит из большого числа витков про­вода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к ее концам, при отключении тока они отпадают.

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат и при помо­щи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении - ослабевает.

Магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число ее витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, |веденное внутрь катушки, усиливает ее магнитное действие.

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом. Электромагнит - одна из основных деталей многих технических приборов.

По окончании опытов делаются выводы:

Ø  если по катушке проходит электрический ток, то катушка
становится магнитом;

Ø  магнитное действие катушки можно усилить или ослабить:
изменяя число витков катушки;

Ø  изменяя силу тока, проходящую по катушке;

Ø  вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.

ЭТАП №4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭМ.

   Учащимся сообщается о том, где применяются электромагниты (сообщение сопровождается презентацией с видеоизображением предметов). Они записывают эту информацию.

1.Вильям Стержен (1783-1850) - английский инженер-электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса (200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа).

2.Электромагнит, продемонстрированный Стерженом 23 мая 1825 г., выглядел как согнутый в подкову, лакированный, железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные маг­ниты такой же массы.

3.Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стержена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

4.Джозеф Генри (1797-1878) - американский физик, усовершен­ствовал электромагнит. В 1827 г. Дж. Генри стал изолировать уже не сердечник, а са­му проволоку. Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев. Дж. Генри исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита. Создал магнит в 29 кг, удерживающий гигантский по тем временам вес - 936 кг.

5.На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить огромные грузы без креплений. Как они это делают? Дугообразный электромагнит удерживает якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом. Прямоугольные электромагни­ты предназначены для захвата и удержания при транспортировании листов, рельсов и других длинномерных грузов.

Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна «железяка» не упадет. Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали.

На одном американском заводе электромагнит поднимал же­лезные болванки.

Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подаю­щей ток, что-то случилось, ток в обмотке электромагнита пропал; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего.

Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления: после того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается.

Электромагнитные траверсы используются для перемещения длинномерных грузов.

6.В морских портах для перегрузки металлолома используются, наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность - до 64 тонн, а от­рывное усилие - до 128 тонн.

7.В основном, область применения электромаг­нитов - электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру защиты электротехнических установок. Полезные свойства электромагнитов:

Ø  быстро размагничиваются при выключении тока,

Ø  возможно изготовление электромагнитов любых размеров,

Ø  при работе можно регулировать магнитное действие, меняя силу тока в цепи.

8.Электромагниты используют в подъемных устройствах, для очищения угля от металла, для сортировки разных сортов семян, для формовки железных деталей, в магнитофонах.

9.Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Электромагниты однофазные переменного тока предназначе­ны для дистанционного управления исполнительными механизмами различного промышленного и бытового назначения. Электромагни­ты, обладающие большой подъемной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.

  10.Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппарате, в электрическом звонке, электродвигателе, трансформаторе, электромагнитном реле и во многих других устройствах.

В составе различных механизмов электромагниты использу­ются в качестве привода для осуществления необходимого поступа­тельного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Это электромагниты грузоподъёмных машин, электромагниты муфт сцепления и тормозов, электро­магниты, применяемые в различных пускателях, контакторах, вы­ключателях, электроизмерительных приборах и так далее.

Вывод применения ЭМ:

1..​ Электрические двигатели (прокатные станки, шахтные подъемники, насосы, электрический транспорт).

2.​ Телефон.

3.​ Телеграф.

4. Магнитный сепаратор для зерна .

5. Электрический звонок.

6. Реле ЭМ.

7. Микрофон.

ЭТАП № 5. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1.               Что называют электромагнитом? (Катушку с железным сердечником)

2.               Какими способами можно усилить магнитное действие ка­тушки с 

током? (магнитное действие катушки можно усилить:
изменяя число витков катушки, изменяя силу тока, проходящую по катушке, вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.)

3.              В каком направлении устанавливается катушка с током,
подвешенная на длинных тонких  проводниках?  Какое  сходство
имеется у нее с магнитной стрелкой?

4. Для каких целей используют на заводах электромагниты?

Учащиеся решают задачу:

 «В электрическом моторе, находящемся под напряжением 1500 В, сила тока 247 А. Он развивает мощность 340 кВт. Определите КПД двигателя и мощность потребляемого им тока.

ЭТАП № 5. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ

Подводятся итоги урока, задается домашнее задание.

Использованная литература:

1. nsportal.ru›…2013/05/07…uroka-po…v-8-klasse…pole

2.infourok.ru›…v_8_klasse…magnitnoe_pole_katushki_s…

3. edu21.cap.ru›home/4681…straniza…elektromagniti.doc

4.mag-pole_katushki_s_tokom-ehlektromagnit-8kl..do

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Лабораторная работа № 8

«Сборка электромагнита и испытание его действия»

Цель работы: собрать электромагнит из готовых деталей и на опыте проверить, от чего зависит его магнитное действие.

Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккуму­ляторов), реостат, ключ, соединительные провода, компас, детали для сборки электромагнита.

Указания к работе

1. Составьте электрическую цепь из батареи, катушки, реостата и ключа, соединив все последовательно. Замкните цепь и с помощью компаса определите магнитные полюсы у катушки.

2.   Отодвиньте компас вдоль оси катушки на такое расстояние, на котором действие магнитного поля катушки на стрелку компаса не­значительно. Вставьте железный сердечник в катушку и пронаблю­дайте действие электромагнита на стрелку. Сделайте вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.   Изменяйте с помощью реостата силу тока в цепи и наблюдайте действие электромагнита на стрелку. Сделайте вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.   Соберите дугообразный магнит из готовых деталей. Катушки электромагнита соедините между собой последовательно так, чтобы на их свободных концах получились разноименные магнитные полюсы. Проверьте полюсы с помощью компаса. Определите с по­мощью компаса, где расположен северный, а где — южный полюс маг­нита.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

История электромагнитного телеграфа

В мире электромагнитный телеграф был изобретён русским учёным и дипломатом Павлом Львовичем Шиллингом в 1832 г. Находясь в командировке в Китае и других странах, он остро ощущал потребность в быстродействующем средстве связи. В телеграфном аппарате им использовано свойство магнитной стрелки отклоняться в ту или другую сторону в зависимости от направления тока, проходящего по проводу.

Аппарат Шиллинга состоял из двух частей: передатчика и приёмника. Два телеграфных аппарата проводниками соединялись между собой и с электрической батареей. Передатчик имел 16 клавиш. Если нажимали на белые клавиши, ток шёл в одну сторону, если на чёрные — в другую. Эти импульсы тока достигали по проводам приёмника, который имел шесть катушек; возле каждой катушки на нити подвешивали две магнитные стрелки и небольшой диск (см. левый рис.). Одну сторону диска окрашивали чёрной краской, другую – белой.

В зависимости от направления тока в катушках магнитные стрелки поворачивались в ту или другую сторону, и телеграфист, принимающий сигнал, видел чёрные или белые кружки. Если ток в катушку не поступал, то диск был виден ребром. Для своего аппарата Шиллинг разработал азбуку. Аппараты Шиллинга работали на первой в мире телеграфной линии, построенной изобретателем в Петербурге в 1832 г, между Зимним дворцом и кабинетами некоторых министров.

В 1837 г. американец Самуил Морзе сконструировал телеграфный аппарат, записывающий сигналы (см. правый рис.). В 1844 г. была открыта первая телеграфная линия, оборудованная аппаратами Морзе между Вашингтоном и Балтимором.

Электромагнитный телеграф Морзе и разработанная им система записи сигналов в виде точек и тире получили широкое распространение. Однако аппарат Морзе имел серьезные недостатки: переданную телеграмму необходимо расшифровать, а затем записать; мала скорость передачи.

Первый в мире буквопечатающий аппарат изобрёл в 1850 г. русский учёный Борис Семенович Якоби. В этом аппарате имелось печатающее колесо, которое вращалось с такой же скоростью, как и колесо другого аппарата, установленного на соседней станции (см. нижний рис.). На ободах обоих колес были выгравированы буквы, цифры и знаки, смачиваемые краской. Под колёсами аппаратов располагали электромагниты, а между якорями электромагнитов и колёсами протягивали бумажные ленты.

Например, надо передать букву «А». Когда на обоих колёсах буква А располагалась внизу, на одном из аппаратов нажимали ключ и замыкали цепь. Якоря электромагнитов притягивались к сердечникам и прижимали к колёсам обоих аппаратов бумажные ленты. На лентах одновременно отпечатывалась буква А. Для передачи любой другой буквы надо «поймать» момент, когда нужная буква будет находиться на колесах обоих аппаратов внизу, и нажать ключ.

Какие необходимы условия для правильной передачи в аппарате Якоби? Первое – колёса должны вращаться с одинаковой скоростью; второе – на колёсах обоих аппаратов одинаковые буквы должны занимать в любой момент одинаковые положения в пространстве. Эти принципы использовались и в телеграфных аппаратах последних моделей.

Над усовершенствованием телеграфной связи работали многие изобретатели. Были телеграфные аппараты, которые передавали и принимали десятки тысяч слов в час, но они сложны и громоздки. Большое распространение в своё время получили телетайпы – буквопечатающие телеграфные аппараты с клавиатурой как у пишущей машинки. В настоящее время телеграфные аппараты не используются, их вытеснила телефонная, сотовая и интернет-связь.

Краткое описание документа:

Методическая разработка урока по физике 8 класс: "Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение " .

Цели урока:

-обучающая; изучить (вспомнить и повторить) способы усиления и ослабления магнитного поля катушки с током; рассмотреть принцип действия электромагнита и области его применения; научить собирать электромагнит из готовых деталей и опытным путем проверить, отчего зависит его магнитное действие;

Методы (методические приемы):

• беседа;
• работа в парах;
• словесное объяснение;
• демонстрация слайдов и технических пособий;
• проблемный метод овладения учебным материалом;
• частично-поисковая экспериментальная работа;
• самостоятельная работа с учебником;