Магнетизм и электромагнетизм конспект по физике 10 11

Обновлено: 06.07.2024

Цель урока: формирование понятия явления самоиндукции, его проявлении в цепях электрического тока, отработка навыков применения правила Ленца, умения проводить аналогии между явления природы, привитие интереса к предмету через знакомство с историей открытий в области физики.

Оборудование: 1) опыт по наблюдению явления самоиндукции при замыкании цепи; 2) опыт по наблюдению явления самоиндукции при размыкании цепи; 3) интерактивная доска.

1. Изучение нового материала

Учитель:

В блоке "Электродинамика” мы продолжаем изучение модуля "Электромагнетизм”, в котором знакомимся с явлениями, подтверждающими взаимосвязь электричества и магнетизма. Вернемся к началу 19 века.

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.

4-ый ученик.

Приехав в столицу Великобритании в 1838 году, Генри поспешил в лабораторию к Фарадею и поинтересовался над какой проблемой тот работает.

Фарадей показал Генри термопару, один спай которой был погружен в сосуд со льдом, а другой лежал на раскаленной печке. Фарадей поднес концы проводов от термопары друг к другу, безуспешно пытаясь получить между ними искру.

Тогда Генри сделал спираль, намотав на палец один из проводов, вдвинул в спираль железный стержень, поднес их концы друг к другу – и искра проскочила!

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?

1. 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.

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:

магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются ( рис. 1 ).

Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом ( рис. 2 ). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.

На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.

В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему ( рис. 4 ). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.

Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток ( рис. 5 ). Направление линий определяется правилом правого винта:

Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6 , аналогична таковой для плоского магнита ( рис. 3 ). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа ( рис. 7 а, б).

Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:

Если смотреть вдоль оси соленоида, то текущий по направлению часовой стрелки ток создает в нем магнитное поле, направление которого совпадает с направлением движения правого винта ( рис. 8 )

Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6 , северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.

Направление силы определяется правилом левой руки:

Если четыре вытянутых пальца левой руки расположить по направлению тока в проводнике, а ладонь — перпендикулярно вектору B, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник ( рис. 9 ).

Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.

Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.

Знания о явлении электромагнетизм, понимание смысла и связи между электричеством и магнетизмом.

Умение пользоваться методами научного познания. Овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний.

Формирование умений работать в паре, представлять свои взгляды, вести диалог. Убежденность в возможности познания природы.

Физика. 11 класс. В.А.Касьянов (базовый уровень), 2014 год

Общее количество часов, отведённое на изучение темы

Место урока в системе уроков по теме

закрепить первоначальные сведения о явлении электромагнитной индукции

повторить основные величины, понятия и формулы по электромагнитным колебаниям при помощи фронтального опроса; совершенствовать навык решения задач.

развить умение решать задачи по физике

повысить интерес к предмету

Знания о явлении электромагнетизм, понимание смысла и связи между электричеством и магнетизмом.

Уважение к творцам науки и техники.

Техническое обеспечение урока

мультимедиа проектор; экран; компьютер с выходом в Интернет, компьютерная презентация, раздаточный материал

Электронные пособия.

1.Сборник демонстрационных опытов для средней общеобразовательной школы

2.Электронное пособие. Физика. Библиотека наглядных пособий. 7—11 классы (под

Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока

4.Контрольные и проверочные работы по физике. 7-11 класс. М. Дрофа.

5. Дифференцированные контрольные работы. 7-11класс. М.; Издательский дом «Сентябрь. 2002

Содержание урока

Организационный этап.

Обобщение и систематизация знаний. Подготовка обучающихся к обобщенной деятельности. Воспроизведение на новом уровне (переформулированные вопросы).

С правилами игры знакомит учитель и сам выступает в роли ведущего:

1,2 туры играются по табло, 3-ий тур – аукционный , 4-ый тур – супер игра.

В 1,2 турах играет весь ряд, отвечающего определяет капитан; время на обдумывание ответа 5 с.

В случае отсутствия ответа у отвечающей команды, право ответа переходит к следующей.

За каждый правильный ответ начисляется 1 балл.

В аукционе участвуют капитаны двух команд, набравших наибольшее количество баллов по итогам 1,2 туров.

Правила 3,4 туров: за 2 мин необходимо ответить на 6 вопросов, если нет ответа на какой-либо вопрос, то к нему можно вернуться в оставшееся время.

1,2 туры проводятся с выбором соответствующей категории (крайняя левая колонка табло; числа в последующих колонках, указывают на количество букв в слове или словосочетаниях ответа).

Готовое табло 1,2 туров содержат только числа, так как вопросы задаются ведущим устно.

Величина

показывающая, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника в единицу времению

Сила тока

электрическая характеристика проводника.

Сопротивление

характеристика устройства, показывает, какая работа совершается в единицу времени.

Мощность

показывающая, какую работу совершает ЭП по перемещению электрического заряда.

Напряжение

Частица

элементарная частица, имеющая самый малый заряд, далее уже неделимый.

Электрон

не имеющая электрического заряда.

наимельчайшая частица вещества.

Молекула

имеющая либо недостаток, либо избыток электронов

В портретной галлерее

Итальянский физик, один из основателей учения об электрическом токе, создатель первого гальванического элемента, положившего начало учению об электрическом токе.

Английский физик, предложил планетную модель атома, впервые осуществил расщепление ядра атома.

Резерфорд

Русский физик, прославился открытием гальванопластики, построил первый электрический двигатель и телеграфный аппарат, печатающий буквы.

Английский физик, открыл закон сохранения энергии; установил закон, определяющий тепловое действие тока, вычислил скорость движения молекул газа и её зависимость от температуры.

Явление

превращении световой энергии в электрическую.

Фотоэффект

возникает при натирании тел друг о друга, после чего они могут притягивать другие маленькие тела.

Электризация

упорядоченное движение электрических частиц под воздействием электрического поля.

Электрический ток

кратковременное возмущение магнитного поля земли, связанное с солнечной активностью.

Магнитная буря

Устройство

Генератор

Гальванометр

Потребитель

Полиглот

Уединять

Наблюдать

Электрон

Накоплять

Колебательный контур содержит конденсатор электроемкостью С=8 пФ и катушку индуктивностью L=0,5 мГн. Максимальная сила тока в катушке 1_т=40 мА. Определите максимальное напряжение на обкладках конденсатора.

С=8 пФ 8∙10 -12 Ф

L=0,5 мГн 0,5∙10 -3 Гн

1_т=40 мА 40∙10 -3 А

3 тур (аукционный)

Правила проведения:

Тур проводится до трех побед одного из участников.

Торги начинаются со слов «Я отвечу на этот вопрос за… секунд (максимальная цена- 5 сек, минимальная- 30 сек; цена торга кратна 5 сек; по истечении указанного времени выигравший торг должен дать ответ).

Вопросы для аукциона:

Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение ….

Формула закона Ома для участка цепи ….

Вещество, не проводящее электрический ток, называется ….

Французский физик и математик, создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений, выдвинул гипотезу о природе магнетизма, ввел в физику понятие электрический ток .

Назвать все элементы электрической цепи.

Колебательный контур имеет индуктивность L=1,6 мГн и электроемкость С=0,04 мкФ, максимальное напряжение на конденсаторе U_m=200 В. Определите максимальную силу тока в контуре, считая его идеальным.

С=0,04 мкФ 0,04∙10 -6 Ф

L=1,6 мГн 1,6∙10 -3 Гн

U_т=300В

4 тур – Суперигра

1. То, из чего состоят молекулы.

2. За направление тока, принимается направленные движения .

3. Ядро атома заряжено…

4. Прибор для измерения силы тока, называется…

5. Закон, выражающий зависимость от , сопротивления проводника и температуры его протекания, называется законом…

Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

§20 – 27, повторить

Рефлексия (подведение итогов занятия)

В той атмосфере и обстановке, в которой мы сегодня работали, каждый из вас чувствовал себя по-разному. И сейчас мне бы хотелось, чтобы вы оценили, насколько внутренне комфортно ощущал себя на этом уроке каждый из вас, и понравилось ли вам дело, которым мы с вами сегодня занимались.

Знаете ли вы, что в новейших типах электрических машин отсутствуют какие-либо механические подвижные части. В так называемом МГД (магнитогидродинамическом) - генераторе вместо проволочного проводника между полюсами магнита движется плазма, образовавшаяся при сгорании нефти или газа. Носители заряда в плазме отклоняются магнитным полем к электродам, и во внешней цепи возникает ток.

. Фарадей годами носил в жилетном кармане маленький полосной магнит и проволочную катушку как постоянное напоминание о нерешенной проблеме порождения магнитным полем электрического тока.

. самостоятельно придя к идее электромагнитного вращения, Фарадей с помощью ртутного контакта осуществил непрерывное вращение магнита вокруг проводника с током. Этот первый электродвигатель заработал в декабре 1821 года.

Читайте также: