Магнитные явления физика 11 класс конспект

Обновлено: 06.07.2024

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром, меняется со временем. Магнитный поток Ф – графически величина пропорциональная числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единица измерения магнитного потока: магнитный поток в один вебер создаётся однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Правило Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Основная и дополнительная литература по теме:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017стр. 107-112

ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Электрические и магнитные поля создаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами. Отсюда естественнее было предположить, что между этими полями имеется связь. Экспериментально это предположение было доказано в 1831 г. английским учёным М. Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Все опыты Фарадея по изучению явления электромагнитной индукции объединял один признак – магнитный поток пронизывающий замкнутый контур проводника менялся. При всяком изменении магнитного потока через замкнутый контур, в нем возникал индукционный ток.

Сила индукционного тока пропорциональна ЭДС индукции.

Направление индукционного тока менялось в зависимости от направления движения магнита относительно катушки. Это направление тока, можно найти используя правило Ленца.

М. Фарадеем экспериментально было установлено, что при изменении магнитного потока, в проводящем контуре возникает электродвижущая сила индукции, которая равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Знак минус в этой формуле отражает правило Ленца.

Закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС индукции.

ЭДС индукции в движущихся проводниках:

Джеймс Максвелл в 1860 году сделал вывод что переменное со временем магнитное поле всегда порождает вихревое электрическое поле, а переменное во времени электрическое поле в свою очередь порождает магнитное поле. Следовательно, существует единая теория электромагнитного поля.

Разбор типового контрольного задания

На рисунке изображен момент демонстрационного эксперимента по проверке правила Ленца, когда все предметы неподвижны. Южный полюс магнита находится внутри сплошного металлического кольца, но не касается его. Коромысло с металлическими кольцами может свободно вращаться вокруг вертикальной опоры. При выдвижении магнита из кольца влево кольцо будет

1) оставаться неподвижным

2) перемещаться вправо

3) совершать колебания

4) перемещаться вслед за магнитом

При выдвижении магнита из кольца влево магнитный поток от магнита через кольцо будет уменьшаться. В замкнутом кольце возникает индукционный ток. Направление этого тока по правилу Ленца такое, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока. Так как коромысло вокруг вертикальной оси может свободно вращаться, и магнитное поле магнита неоднородно, коромысло под действием сил Ампера начнёт двигаться так, чтобы препятствовать изменению магнитного потока. Следовательно, коромысло начнёт перемещаться вслед за магнитом.

Ответ:4) перемещаться вслед за магнитом.

Проводник МN с длиной активной части 1м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Проводник подключён к источнику тока с ЭДС 4 В (внутренним сопротивлением источника и сопротивлением подводящих проводников пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если:

№1 проводник покоится;

№2 проводник движется в право со скоростью 6 м/с.

№1: Ток в неподвижном проводнике течёт от N к М

v = 0; Закон Ома для полной цепи I = Ɛ/R = 4В/2Ом = 2А

№2: Если проводник движется в право со скоростью 6 м/с, то по правилу правой руки индукционный ток потечёт от точки N к точке М:

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема: Открытие явления электромагнитной индукции. Магнитный поток. Направление индукционного тока. Правило Ленца.

Цель: Формирование понятия электромагнитной индукции, магнитного потока, ввести формулы для магнитного потока, научить определять направление индукционного тока по правилу Ленца; развивающая: формирование умений у учащихся сравнивать, самостоятельно делать выводы; воспитательная: формирование осознания детьми важности науки.

Оборудование: учебник, задачник, магнит, гальванометр, катушка.

Тип урока: урок изучения новых ЗУНов.

Должны знать/уметь: понятие – явление электромагнитной индукции, историю открытия, основные формулы данной темы.

Ход урока.

Организационный момент.

l . Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.

Что является силовой характеристикой действия магнитного поля?

Как обозначается? Формула? .

Единицы измерения? [ В ]=[ Тл ] .

Какая сила возникает между двумя взаимодействующими проводниками с током? .

Как можно определить направление ? С помощью правила левой руки: в ладонь, четыре пальца – направление , большой палец – направление .

Какая сила действует на одну заряженную частицу в магнитном поле? . Формула. .

Чему равна , если частица влетела параллельно линиям ?

Что происходит с частицей, когда она влетает в магнитное поле под углом ? Начинает двигаться по спирали, потому что изменяет траекторию ее движения.

Чему равна , если частица влетела перпендикулярно линиям ? .

Какая траектория движения частицы? Окружность.

Какая траектория движения частицы, когда она влетает параллельно линиям ? Прямая.

Как определить направление ? С помощью правила правой руки: в ладонь, четыре пальца – направление , большой палец – направление .

II . Изучение новых ЗУНов.

До сих пор мы рассматривали электрические и магнитные поля, не изменяющиеся во времени. Выяснили, что электростатическое поле образовывается неподвижными заряженными частицами, а магнитное поле – перемещающимися, т.е. электрическим током. Теперь необходимо выяснить что происходит с электрическим и магнитным полями , изменяющимися во времени.

После открытия Эрстедом связи электрического тока с магнетизмом, Майкл Фарадей заинтересовался, а возможна ли связь наоборот.

Он проводил множество опытов на протяжении многих лет, но все не давало результатов. Он хотел бросить свою идею и эксперименты много раз, но что-то останавливало его и 29 августа 1831г. После многочисленных опытов, которые он проводил на протяжении 10 лет, Фарадей достиг своей цели: он заметил, что в замкнутом проводнике, который расположен в замкнутом магнитном поле, появляется электрический ток, его ученый назвал индукционным током.

Фарадей придумал серию экспериментов, которые сейчас очень просты. Он на катушку наматывал параллельно один другому проводники (два провода), которые были изолированы друг от друга и подключал один конец к батарее, а другой к прибору для определения силы тока (гальванометру).

Он заметил, что все время стрелка гальванометра была в покое и не реагировала при прохождении тока через электрическую цепь. А когда он включал и выключал ток, стрелка отклонялась.

Оказалось, что в тот момент, когда через первый провод проходил ток, и когда он прекращал идти, во втором проводе появляется ток всего на мгновенье.

Продолжая свои опыты Фарадей установил, что достаточно простого приближения проводника , закрученного в замкнутую кривую, к другому проводнику, по которому идет ток, чтобы в первом образовался индукционный ток, направленный обратно от проходящего тока. А если отдалять закрученный проводник от того, по которому проходит ток, то в первом вновь появится индукционный ток обратного направления.

Фарадей размышлял, электрический ток способен намагнитить железо. А может ли магнит в свою очередь вызвать появление электрического тока.

Долгое время эту взаимосвязь не удавалось обнаружить. Исследование проводилось таким образом, что катушка, на которую намотали проволоку была подключена к гальванометру и использовался магнит, который опускался в катушку или втягивался.

Вместе с Фарадеем подобный опыт выполнял Колладон (швейцарский ученый).

При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не влиял на стрелку, концы катушки были выведены в другую комнату.

Когда Колладон помещал магнит в катушку, он шел в другую комнату и наблюдал за стрелкой гальванометра, шел обратно – вынимал магнит из катушки и опять возвращался в комнату с гальванометром. И каждый раз он с огорчением убеждался, в том что стрелка гальванометра не отклонялась, а оставалась на нулевой отметке.

Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром и попросить кого-нибудь заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит мог лежать преспокойно внутри нее сотни лет, не вызывая в катушке тока.

Ученому не повезло, это были тяжелые времена для науки и ни кто не нанимал тогда себе помощников, некоторые из-за финансовых проблем, а не которые чтоб не пришлось делиться открытием

С подобного рода случайностями сталкивался и Фарадей, потому что он неоднократно пытался получить электрический ток при помощи магнита и при помощи тока в другом проводнике, но безуспешно.

Но Фарадею все таки удалось сделать открытие и как он писал в своих дневниках, он выявил ток в катушке, который назвал индукционным током.

Можно показать опыт с магнитом и катушкой. И сказать: на л.р. вы сами будете учиться наблюдать подобное явление.

Зн. Явление порождения в пространстве переменным магнитным полем переменного эл. поля называется явлением электромагнитной индукции.

Индукционный ток в замкнутом проводящем контуре (или в катушке) возникает тогда, когда меняется количество линий магнитной индукции В (во время ввода или вывода магнита количество линий меняется), которые пронизывают поверхность, ограниченную контуром.

Физическую величину, которая прямо пропорциональна количеству линий магнитной индукции, которые пронизывают данную поверхность, называют потоком магнитной индукции.

Поток магнитной индукции характеризует распределение магнитного поля по поверхности, ограниченной замкнутым контуром.

Магнитный поток Ф (поток вектора магнитной индукции) через поверхность площадью – это величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь и косинус угла между векторами и :

Направление В к площади, которую он пронизывает может быть разной:

Чему равен угол между В и ? 0 о А чему равен?

Зн. Чему будет равен магнитный поток?

Чему равен угол между В и ? 90 о А чему равен?

Зн. Чему будет равен магнитный поток?

Значит формула сохраняется в том виде, что и была.

А при расчете магнитного потока подставляется угол, который дан.

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца . Индукционный ток, который возникает в замкнутом контуре, своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Т.е. индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей.

Если вносить магнит в сплошное (целое) кольцо, то оно убегает от магнита, т.е. поворачивается перед ним. Если выдвигать магнит из кольца, то оно наоборот стремится догнать магнит. Если же кольцо разрезанное, т.е. не сплошное, то ничего не наблюдается.

Использование правила Ленца.

Определяем направление линий В внешнего магнитного поля.

Если ΔФ>0 (Ф усиливается), то линии В' и В направлены в разные стороны, т.е. В'↑↓В. Если ΔФ

За линиями В' по правилу правой руки определяем направление индукционного тока.

III . Закрепление изученных ЗУНов.

Кто открыл явление электромагнитной индукции? – Фарадей.

Что называется явлением электромагнитной индукции? – Явление порождения в пространстве переменным магнитным полем переменного эл. поля называется явлением электромагнитной индукции.

Когда возникает индукционный ток? – Индукционный ток возникает, когда меняется магнитный поток, пронизывающий замкнутую поверхность.

Что такое поток электромагнитной индукции? - Физическую величину, которая прямо пропорциональна количеству линий магнитной индукции, которые пронизывают данную поверхность, называют потоком магнитной индукции.

Вложение	Размер
magnitnoe_pole.doc	42.5 КБ

Предварительный просмотр:

Урок 1. Магнитное поле, его свойства.

- повторение, углубление и систематизация имеющихся у учащихся сведений о магнитных явлениях и магнитном поле;

- формирование научного мировоззрения учащихся, акцентируя внимание о материальности магнитного поля на основе рассмотрения действия магнитного поля на заряды и токи;

- воспитывать сознательное отношение к учебе и заинтересованность в изучении физики.

наглядный — видеоурок, записи на доске;

контролирующий — решение задач.

1 . Организационный этап.

Приветственное слово учителя. Поздравление с началом учебного года. Отмечание отсутствующих.

2. Объяснение нового материала.

Сегодня на уроке мы с вами поговорим о магнитном поле и его свойствах.

Но прежде, чем приступить к изучению нового материала, давайте вспомним, что такое магнит и какими свойствами он обладает.

Впервые свойства магнитных материалов использовали в Китае. Именно там в третьем веке до нашей эры был сконструирован первый компас, и только к XII веку он стал известен в Европе.

Известные с древних времен явления притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита напоминают явление взаимодействия разноименных и одноименных электрических зарядов.

Мы с вами уже знаем, что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Однако долгое время оставался неразрешимым вопрос о том, могут ли между электрическими зарядами существовать силы иной природы? Для ответа на этот вопрос давайте рассмотрим опыт, проведенный французским физиком Андре-Мари Ампером в 1820 году.

Ампер взял два гибких провода и укрепил их вертикально, а затем присоединил нижние концы проводов к полюсам источника тока. При таком подключении с проводниками не обнаруживалось никаких изменений. Проводники заряжались от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. Поэтому кулоновские силы никак не проявляются.

Затем Ампер замкнул другие концы проводников небольшой проволочкой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления. Оказалось, что при таком подключении проводники начинают отталкиваться друг от друга. Если же поменять направление токов так, чтобы они текли в одном направлении, то проводники начинали притягиваться друг к другу.

Это взаимодействие не может быть вызвано электростатическим полем по следующим причинам. Во-первых, при размыкании цепи взаимодействие проводников прекращается, хотя заряды на проводниках и их электростатические поля остаются. Во-вторых, одноименные заряды (электроны в проводнике) всегда только отталкиваются.

В том же 1820 году Ханс Кристиан Эрстед провел свои серии опытов.

Он располагал проводник над магнитной (или под ней) параллельно ее оси. При пропускании тока по проводнику, стрелка начинала отклоняться от своего первоначального положения. При размыкании цепи — стрелка возвращалась в своё первоначальное положение. Этот опыт наглядно показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, то есть силы, подобные тем, которые действуют на нее вблизи постоянных магнитов.

Поэтому взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Силы же, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Действие магнитных сил было обнаружено в пространстве и вокруг отдельно движущихся заряженных частиц.

Так, русский и советский физик Абрам Фёдорович Иоффе в 1911 году наблюдал отклонение магнитных стрелок, расположенных вблизи пучка движущихся электронов. Схема его опыта довольно проста. Над и под трубкой, через которую пропускался поток электронов, находились две одинаковые, но противоположно направленные магнитные стрелки, укрепленные на общем кольце, подвешенном на упругой нити. При прохождении в трубке потока электронов магнитные стрелки поворачивались.

Таким образом, многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура или рамки с током, причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.

Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой, тогда их магнитные поля взаимно компенсируются. Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, которое связано с током правилом правого винта (или правилом буравчика): если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Опыт показывает, что если мы подвесим такой контур на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом. Таким образом, магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом положительная нормаль будет направлена к плоскости контура вдоль продольной оси магнитной стрелки, помещенной в ту же точку магнитного поля.

Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса к северному по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки.

3. Этап обобщения и закрепления нового материала

А теперь давайте вспомним и повторим главное, что мы узнали на сегодняшнем уроке.

Вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

Хотелось бы услышать ваши отзывы о сегодняшнем уроке: что вам понравилось, что не понравилось, чем бы хотелось узнать еще.

Конспект урока будет полезен учителям физики, работающим в 11 классе. Урок способствует развитию представлений об электромагнитном поле на основе опытов Фарадея. Обучающиеся повторяют и углубляют знания о магнитном потоке, полученные в 9 классе. Целью урока является раскрыть сущность явления электромагнитной индукции.

Содержимое разработки

УМК: Физика. 11 класс. /Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин; под.ред. Н.А. Парфентьевой. – М.: Просвещение, 2010.

Уровень обучения: базовый.

Общее количество часов, отведённое на изучение темы: 12

Место урока в системе уроков по теме:

Урок №5 в системе уроков способствует развитию представлений об электромагнитном поле на основе опытов Фарадея. Обучающиеся повторяют и углубляют знания о магнитном потоке, полученные в 9 классе.

Цель урока раскрыть сущность явления электромагнитной индукции.

Задачи урока:

Дидактическая – создавать условия для усвоения нового учебного материала через проблемно-деятельностный подход.

Образовательная – изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения; рассмотреть вопрос о связи магнитного поля и электрического; сформировать понятие о магнитном потоке.

Развивающая – показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции, раскрыть отношения явления и его сущности при постановке опытов; продолжить формирование изменений, наблюдать, выделять главное, объяснять увиденное.

Воспитательная – прививать культуру умственной деятельности, коммуникативного общения в ходе совместной деятельности на уроке.

Планируемые результаты.

иметь чёткое представление о явлении электромагнитной индукции и значении этого явления в электроэнергетике;

уметь демонстрировать и объяснять опыты по электромагнитной индукции;

Техническое обеспечение урока:

Компьютер, проектор, экран, документ-камера.

Оборудование по физике: разборный школьный трансформатор, гальванометр, постоянный магнит, аккумулятор, источник переменного тока, реостат, ключ, замкнутый виток с низковольтной лампой, соединительные провода.

Демонстрации: явления электромагнитной индукции.

Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока:

Презентация к уроку.

Содержание урока:

I.Организационный момент (1 мин.). Позитивный настрой на урок.

II. Проверка домашнего задания (7 мин.).

2.1. Проверка решения задачи: упр.1 (4) в тетради;

2.2. Решение задач у доски (2 чел.): №850, №852 из задачника по физике А.П.Рымкевича;

2.3. Фронтальный опрос:

Какую силу называют силой Лоренца?

Вывести на доске формулу для расчёта силы Лоренца.

Как определяется направление силы Лоренца (для положительно и отрицательно заряженных частиц, движущихся в магнитном поле)?

Охарактеризовать магнитные свойства вещества.

III. Актуализация знаний. Подготовка к восприятию нового материала.

Фарадей провел значительную работу и получил электрический ток с помощью магнитного поля. Он доказал, что магнитное поле может порождать электрический ток, открыв явление электромагнитной индукции. На этом явлении основана сегодня действие генераторов электрического тока на всех электростанциях Земли.

IV. Изучение нового материала

4.1. Опыты Фарадея

Проведём ряд опытов, которые являются современными вариантами опытов Фарадея.

Опыт 1. Замыкаем катушку на гальванометр и вводим в нее постоянный магнит. Во время движения магнита стрелка гальванометра отклоняется, что свидетельствует о наличии электрического тока.

Если оставить магнит неподвижным, а двигать катушку, то электрический ток в катушке возникает только во время ее движения.

Опыт 2. Если взять две катушки и надеть их на общий сердечник, то в случае изменения силы тока в одной катушке в другой катушке можно наблюдать появление тока.

Опыт 3. Если вращать замкнутую катушку вблизи полюса магнита, то в катушке возникает электрический ток.

Опыт 4. Если разместить вблизи полюса магнита замкнутый контур и изменять его площадь, то в контуре возникает электрический ток.

Выводы: Проанализировав перечисленные выше опыты, можно заметить, что в замкнутом проводящем контуре ток возникает лишь тогда, когда меняется число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром. Физическую величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих эту поверхность, называют потоком магнитной индукции (или магнитным потоком).

4.2. Магнитный поток.

Поток магнитной индукции Ф - это физическая величина, характеризующая распределение магнитного поля по поверхности, ограниченной замкнутым контуром, и численно равна произведению магнитной индукции B на площадь Sповерхности и на косинус угла α между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности:

Единица потока магнитной индукции в СИ - вебер:

Магнитный поток 1 Вб создает однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

4.3. Явление электромагнитной индукции

Исходя из формулы Ф = B·S·cos α все опыты можно условно разделить на три группы:

а) опыты, в которых изменяется индукция магнитного поля B;

б) опыты, в которых изменяется площадь контура S;

в) опыты, в которых изменяется угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к площадке.

На основании выполненных исследований можно подвести учащихся к выводу: для возбуждения электрического тока в замкнутом контуре необходимо изменять магнитный поток через этот контур.

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что индукционный ток в замкнутом контуре возникает при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром.

Существуют две причины возникновения индукционного тока:

1) движение контура в магнитном поле;

2) нахождение недвижимого контура в переменном магнитном поле.

V. Закрепление изученного материала.

5.2. Рассмотрение качественных задач:

1. Будет ли возникать индукционный ток в витке, что находится в однородном магнитном поле, если: а) перемещать виток поступательно; б) вращать виток вокруг оси, проходящей через его центр перпендикулярно к плоскости витка; в) вращать виток вокруг оси, лежащей в его плоскости?

2. Как надо ориентировать проволочную рамку в однородном магнитном поле, чтобы магнитный поток через рамку равен нулю? был максимальным?

5.3. Решение расчётных задач:

Задача №1. Плоский контур, площадь S которого равна 20 см 2 , находится в однородном магнитном поле с индукцией B=0,05 Тл. Определить магнитный поток Ф, пронизывающий контур, если плоскость его составляет угол β=30° с линиями индукции.

Задача №2. Магнитный поток, пронизывающий рамку S=60 см 2 под углом 60 градусов к нормали, равен 1,4 Вб. Определите индукцию магнитного поля.

VI. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Какие сведения, полученные вами на уроке, были вам известны ранее? Что вы усвоили нового?

Читайте также: