Тема: Способы индуцирования тока.
Цель
урока:
Рассмотреть способы индуцирования тока, основные формулы ЭДС самоиндукции и силы
индукционного тока.
Задачи
урока
Образовательные:
Расширение
теоретических познаний обучающихся в области индуцирования электрического тока;
Ознакомление
обучающихся с основными формулами ЭДС самоиндукции и силы индукционного тока;
Изучение практической
направленности полученных знаний; формирование мотивации и опыта
учебно-познавательной и практической деятельности.
Развивающие:
Умения анализировать,
выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и
экспериментировать;
Развития умения
выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности.
Воспитательные:
Пробуждение
познавательного интереса к предмету, технике и окружающим явлениям через знакомство с историей открытий в
области физики;
Развитие способности
к сотрудничеству, общению, работе в коллективе.
Тип
урока: комбинированный.
Оборудование: 1) опыт по наблюдению явления самоиндукции при
замыкании цепи; 2) опыт по наблюдению явления самоиндукции при размыкании цепи;
3) интерактивная доска.
Ход урока
Повторение домашнего задания
В чем состоит явление электромагнитной индукции?
Электромагнитная индукция — физическое
явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля,
вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока
магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.
Изменение каких физических величин может
привести к изменению магнитного потока?
1)
площади поверхности,
ограниченной контуром; 2) модуля магнитной индукции;
3) угла, образуемого вектором индукции с
вектором площади этой поверхности.
В каком случае направление индукционного тока
считается положительным, а в каком отрицательным?
Направление индукционного тока считается
положительным, если оно совпадает с выбранным направлением обхода контура.
Направление индукционного тока считается отрицательным,
если оно противоположно выбранному направлению обхода контура.
Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом
контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного
потока через поверхность, ограниченную этим контуром.
Сформулируйте правило Ленца.
Индукционный ток в контуре имеет такое
направление, что созданный им магнитный поток через поверхность,
ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего
этот ток.
1. Изучение нового материала
Опыты Фарадея с
катушками. Рассмотрим возникновение
индукционного тока в катушке при изменении модуля индукции внешнего магнитного
поля. В экспериментах по изучению магнитных явлений часто используются
катушки, состоящие из большого числа витков N. Это связано с тем, что
ЭДС индукции, возникающие в отдельных витках, суммируются, что облегчает
обнаружение индукционного тока.
Первоначально
электромагнитная индукция была открыта Фарадеем в эксперименте с двумя
вставленными друг в друга катушками (рис. 110, а). Наружная катушка была
постоянно присоединена к гальванометру. Внутренняя соединялась через ключ с
сильной батареей. Индукционный ток через гальванометр наблюдался только при
замыкании или размыкании цепи, т. е. при изменении магнитного потока через наружную
катушку.
При непрерывном
прохождении тока через внутреннюю катушку ток через гальванометр отсутствовал.
Для объяснения этого эффекта найдем изменение магнитного потока и направление
индукционного тока.
При замыкании ключа
ток начинает протекать по внутренней катушке в направлении, показанном на
рисунке 110, а. Он создает индукцию, направленную вверх в области
наружной катушки. Если выбрать направление обхода витка наружной катушки
вправо по ближайшей к нам стороне, то вектор его площади AS будет
направлен вверх. Тогда изменение магнитного потока АФ > 0, л ЭДС индукции £;
= -Ф' < 0. Это означает, что индукционный ток /; протекает противоположно
направлению обхода контура (влево по ближайшей к нам стороне). Его собственная
индукция направлена вниз и препятствует увеличению потока Ф, что согласуется с
правилом Ленца (рис. 110, б).
Индукционный ток
возникает в наружной катушке, и в случае, если ток во внутренней катушке
поддерживается постоянным, она перемещается относительно наружной (рис. 111, а).
Направление тока определяется следующим образом. Магнитная индукция,
созданная внутренней катушкой в области наружной, направлена вниз (по правилу
буравчика). Следовательно, магнитный поток через витки наружной катушки будет
отрицательным. До выдвижения внутренней катушки Ф1 = -B-^S,
после выдвижения Ф2
= -B2S. Так как индукция убывает с расстоянием, то В2
< В1. Значит, АФ = Ф2 - Oi = (Bj - B2)S,
т. е. АФ > 0, £; = -Ф'
<0(рис. 111, б).
Это означает, что
индукционный ток /, протекает противоположно направлению обхода (влево по
ближайшей к нам стороне).
Опыт Фарадея с
постоянным магнитом. Фарадей
обнаружил, что еще одним способом индуцирования тока в катушке является
вдвигание в катушку постоянного магнита (рис. 112, а). При вдвигании в
катушку северного полюса магнита индукция магнитного поля (рис. 112, б), пронизывающего
витки катушки, направленная вниз, возрастает, т. е. В2> В1.
АФ = ~B2S - (-BjS) = -(Б2 - Bt)S < 0, поэтому вг = -Ф' > 0.
Это означает, что
индукционный ток It протекает
в направлении обхода контура витка катушки (вправо по ближайшей к нам
стороне).
Индукционный ток
возникает и при выдвигании постоянного магнита из катушки.
В блоке “Электродинамика” мы продолжаем
изучение модуля “Электромагнетизм”, в котором знакомимся с явлениями,
подтверждающими взаимосвязь электричества и магнетизма. Вернемся к началу 19
века.
Сообщения учащихся, подготовленные к уроку:
1-ый ученик.
В 1831году английский ученый М. Фарадей,
директор лаборатории королевского института, в статье “Об индукции
электрических токов” описал эксперимент, который стал открытием явления
электромагнитной индукции: “На широкую деревянную катушку была намотана медная
проволока длиной 203 фута, а между ее витками была намотана проволока такой же
длины, изолированная от первой хлопчатобумажной нитью. Одна из этих спиралей
была соединена с гальванометром, а другая с сильной батареей. При замыкании
цепи наблюдалось внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и
тоже действие замечалось при прекращении тока”. Затем Фарадей получил
электрический ток с помощью только лишь магнита, вталкивая его внутрь спирали,
а при резком удалении магнита стрелка отклонялась в противоположную сторону.
2-ой ученик.
В 1833 году русский ученый Э. Х. Ленц
сформулировал правило для определения направления индукционного тока: “Если
металлический проводник движется поблизости от магнита, то в нем возбуждается
ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижен, то ток мог
бы обусловить его перемещение в противоположную сторону”.
3-ий ученик.
Перенесемся на другую сторону Атлантики в
небольшой городок Олбани в Соединенных Штатах Америки. Здесь в Академии
преподавал физику и математику Джозеф Генри. В свободное время он увлекался
изготовлением электромагнитов и добился успехов: один из магнитов мог удержать
платформу массой в тонну. Как и Фарадей Генри размышлял над проблемой получения
электрического тока с помощью магнита.
Генри поставил эксперимент, вошедший во все
учебники физики. Он изготовил две катушки, большую и малую, с таким расчетом,
чтобы одна свободно вдвигалась в другую. Затем подключил малую катушку к
электрической батарее, а большую к гальванометру, и, вдвигая первую во вторую,
заметил отклонение стрелки.
Генри смог опубликовать свои результаты лишь в
1832 году т. е. уже после Фарадея.
Учитель:
Каким же образом провод смотанный в катушку
усилил действие термопары (источника тока)?
Демонстрация опыта 1.
Две одинаковые лампы присоединим к источнику
тока параллельно друг другу, но одну - через реостат, а другую - через катушку
с большим числом витков медного провода, в которую вставим железный сердечник.
Почему вторая лампа загорается позже первой?
Демонстрация опыта 2.
В цепь, содержащую дроссельную катушку,
параллельно ей подключили светодиод в обратном направлении.
Почему при размыкании цепи вспыхивает
светодиод?
Ответить на эти вопросы нам поможет изучение
явления самоиндукции, открытого Джозефом Генри в 1829 году.
Повторим, что нам известно о явлении
электромагнитной индукции.
Опрос учеников:
1.
Какое явление называется
электромагнитной индукцией?
2.
Как можно изменить
магнитный поток через поверхность замкнутого контура?
3.
Как определяется магнитный
поток созданный проводником с током? Как его можно изменить?
4.
От чего зависит
индуктивность проводника?
5.
Как читается закон
электромагнитной индукции?
6.
Какова современная
формулировка правила Ленца?
Работа ученика на интерактивной доске:
Используя правило Ленца, определите
направление индукционного тока в верхнем витке при замыкании и размыкании цепи
витка, подключенного к источнику тока Учитель:
Проверьте ваши результаты
Учитель:
Ток — это движение заряженных частиц под
действием электрического поля. Электрическое поле в проводнике возникло при
изменении магнитного поля. Исходя из единства природы, мы должны предположить,
что такое же явление должно происходить и в витке, подключенном к источнику
тока. При замыкании ключа возникает ЭДС индукции направленная против ЭДС
источника тока, а при размыкании – вдоль ЭДС источника тока. Это явление
получило название явление самоиндукции
Рассмотрим схемы предыдущих опытов
Какая лампа на схеме 1 загорится позже?
Почему?
Почему вспыхивает светодиод при размыкании
ключа? Покажите на схеме
направление тока самоиндукции.
Как зависит сила тока от времени при замыкании
ключа и размыкании цепи?
От чего зависит ЭДС самоиндукции? Что принято за единицу измерения
индуктивности? Индуктивность какого проводника равна 1 Генри?
Из-за большой индуктивности катушки ЭДС
самоиндукции может значительно превысить ЭДС источника тока. Появление
значительной разности потенциалов в месте размыкания цепи часто приводит к
электрическому пробою воздуха, т. е. возникновению электрической искры. (Что и
произошло, как вы помните в опыте Генри). Процесс самоиндукции задерживает
увеличение и уменьшение тока в электрических схемах и линиях передачи сигналов,
тем самым приводя к искажению информации.
Какому механическому явлению аналогично
явление самоиндукции? Закрепление
Учащимся предлагается тест для самооценки
полученных знаний по теме “Электромагнетизм” Полученные ответы заносятся в
бланки. После выполнения работы учащиеся сравнивают свои результаты с
правильными ответами. Разбираются вопросы, вызвавшие затруднение.
Домашнее задание: §34 [1], 933 [2], 934 [2],
936 [2].
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.