Закон электромагнитной индукции 11 класс конспект урока
Обновлено: 05.07.2024
Оборудование и материалы для урока: портрет Фарадея, Ленца, приборы для демонстрации электромагнитной индукции (два гальванометра, источники тока: ВС-24, РНШ; разборный трансформатор и принадлежности к нему, полосовые магниты - 2 шт., ключ, реостат на 15 Ом, замкнутое алюминиевое кольцо)
1. Организационный этап
Урок начинается с проверки изученного материала
Проверочный тест:
1. Как взаимодействуют два параллельных проводника, если электрический ток в них протекает в одном направлении:
А) сила взаимодействия равна нулю;
Б) проводники притягиваются;
В) проводники отталкиваются;
Г) проводники поворачиваются в одном направлении.
2. В каком случае вокруг движущегося электрона возникает магнитное поле?
1) электрон движется равномерно и прямолинейно;
2) электрон движется равномерно;
3) электрон движется равноускоренно.
Г) такого случая нет.
3. Какая физическая величина имеет единицу 1 Тесла?
А) магнитный поток;
Б) магнитная индукция;
В) индуктивность.
4. Поток магнитной индукции через поверхность площадью S определяется по формуле:
5. Замкнутый контур площадью S повернули на 60 ? в однородном магнитном поле индукцией В. При этом магнитный поток, пронизывающий этот контур:
А) увеличился в 2 раза;
Б) уменьшился в 2 раза;
В) не изменился.
6. В замкнутом контуре площадью S, находящемся в однородном магнитном поле увеличили силу тока в 3 раза. Магнитный поток, пронизывающий этот контур, при этом:
А) уменьшился в 3 раза;
Б) увеличился в 3 раза;
В) не изменился.
7. В однородном магнитном поле индукцией 1 Тл перпендикулярно ему расположены два замкнутых контура площадью 10 и 20 см 2 соответственно. Магнитный поток, пронизывающий первый контур, по сравнению с магнитным потоком, пронизывающим второй контур:
А) в 2 раза больше;
Б) в два раза меньше;
В) одинаков по значению.
- что называется магнитным потоком?
- каковы способы изменения магнитного потока?
- что такое электрический ток?
- каковы условия его существования?
2. Мотивационный этап
Опыт: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром. (рис.1)
Проблема: Откуда появился ток в замкнутом контуре?
- что из себя представляет контур? (ответ: контур замкнутый)
- что существует вокруг полосового магнита? (ответ: вокруг магнита существует магнитное поле)?
- что появляется, когда в контур вносят (выносят) магнит? (ответ: замкнутый контур пронизывает магнитный поток)
- что происходит с магнитным потоком при внесении (вынесении) магнита в замкнутый контур? (ответ: магнитный поток изменяется)
Причина возникновения электрического тока в замкнутом контуре - изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур.
3) Этап получения новых знаний (построен на основе решения экспериментальных задач)
Учитель: Это явление впервые было обнаружено Майклом Фарадеем в 1820 году. Оно было названо явлением электромагнитной индукцией.
Опр.: 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.
Опр.: Ток, возникающий в замкнутом контуре, называется индукционным .
Учитель: Рассмотрим все случаи возникновения индукционного тока в замкнутом контуре. Для этого показываю серию опытов, учащиеся должны попытаться объяснить и указать причину возникновения индукционного тока.
Опыт 1: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром.
Причина возникновения тока: изменение магнитной индукции.
Опыт 2: поворот рамки одного гальванометра, соединенного с другим гальванометром.
Причина возникновения тока: поворот рамки в магнитном поле.
Опыт 3: замыкание (размыкание) ключа; перемещение движка реостата. (рис.3)
Причина возникновения тока: изменение магнитной индукции.
Отчего зависит величина и направление индукционного тока?
Опыт: внесение (вынесение) магнита в замкнутый контур сначала с одним магнитом, затем с двумя магнитами. (рис. 4)
Вывод: величина тока зависит от величины магнитной индукции.
Опыт: внесение (вынесение) магнита сначала северным полюсом, затем южным полюсом. (рис. 5)
Вывод: направление тока зависит от направления магнитного поля.
Опыт: вносим магнит сначала медленно, затем быстро.
Вывод: величина тока зависит от скорости внесения магнита.
Учитель: Для определения направления индукционного тока в замкнутом контуре используется правило Ленца: Индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
Применим данное правило для следующих случаев: (рис. 6)
(два случая учитель разбирает сам, два остальных случая учащиеся выполняют самостоятельно в тетрадях, двух учеников можно вызвать к доске).
Демонстрация правила Ленца
4) Этап закрепления полученных знаний:
Решение качественных задач: [2]
Сквозь отверстие катушки падает магнит. С одинаковыми ли ускорениями он движется при замкнутой и разомкнутой обмотках катушки?
В вертикальной плоскости подвешено на двух нитях медное кольцо. В него один раз вдвигается стальной стержень, другой раз - магнит. Влияет ли движение стержня и магнита на положение кольца?
Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле вокруг оси, параллельной линиям напряженности поля. Будет ли в ней возникать индукционный ток?
Как надо перемещать в магнитном поле Земли замкнутый проволочный прямоугольник, чтобы в нем наводился ток?
Кольцо из проволоки, приведенное в быстрое вращение между полюсами электромагнита, заметно нагревается. Объясните это явление. Будет ли нагреваться при тех же условиях кольцо, имеющее разрез.
Экспериментальная задача: рис.7 - в стальной сердечник трансформатора, подключенного к напряжению 220В (РНШ) вносят замкнутый контур с лампочкой. Почему загорается лампочка при этом?
5) Заключительный этап: объявление оценок за урок, домашнее задание.
Примечание: на последующих уроках изучается закон Фарадея-Максвелла, причины возникновения электромагнитной индукции, явление самоиндукции и применение электромагнитной индукции, учащиеся выполняют лабораторную работу "Изучение явления электромагнитной индукции".
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?
Урок-лекция с созданием проблемных ситуаций, с использованием демонстрационного эксперимента и наглядности (создание проблемных ситуаций и их поиск обеспечивает обратную связь на уроке, демонстрационный эксперимент и наглядность повышают эффективность лекции).
I. Организационный момент.
II. Мотивация учебной деятельности.
Китайская пословица гласит:
«Человек может стать умным тремя путями:
Сегодня на уроке нам предстоит поразмышлять.
Работа миллионов электродвигателей и генераторов электрического тока во всем мире основана на явлении электромагнитной индукции.
Открытие явления электромагнитной индукции относят к наиболее выдающимся открытиям XIX века.
Слава эпохального открытия явления принадлежит английскому физику Майклу Фарадею.
Его называли властителем молний и королем физиков. А он всю жизнь оставался скромным, читал лекции для детей и верил в великие тайны Природы и Бога.
Воспитание на примере жизни и деятельности выдающихся ученых.
Примечание. Привести биографические данные с целью воспитания трудолюбия, настойчивости, честности, бескорыстия (что особенно важно в наши дни, когда часто побеждает меркантильность).
Дэви (знаменитый химик) взял Майкла Фарадея своим секретарем и вскоре предложил Майклу сопровождать его в путешествии по странам Европы. Майкл - лаборант, секретарь, даже слуга. Леди Дэви требовала, чтобы он прогуливал ее мопса, и однажды в Швейцарии отказалась сесть за один стол с Фарадеем. Если бы знала чопорная и капризная шотландка, что потомки будут вспоминать ее только благодаря этому молчаливому юноше, заботившемуся о походной лаборатории ее мужа!
Своим трудолюбием он приводил в изумление всех, кто его знал. Образ жизни его был в высшей степени скромен, почти суров. Личную независимость он ставил выше всего, а к внешним почестям обнаруживал полное пренебрежение. Вместе с тем Фарадей до конца своей жизни оставался глубоко религиозным. Небо над ним не было всегда безоблачным. Ему не верили, завидовали, обвиняли в том, что он ворует чужие научные идеи. Но Фарадей был честен и чист. Он просто с детства привык все перепроверять на собственном опыте, видел дальше, шел дальше тогда, когда останавливались, оставив надежды на успех, другие.
Заслуживает восхищения история открытия явления электромагнитной индукции.
III. Целеполагание.
Какую цель мы ставим перед собой на уроке?
Почему для его открытия потребовалось десять лет упорного труда и не только Фарадея.
V. Актуализация опорных знаний.
Что предшествовало открытию явления электромагнитной индукции?
Вопрос. В суть открытия Эрстеда?
Ответ. В 1820 году Ганс Христиан Эрстед обнаружил, что провод, по которому идёт ток, действует на магнитную стрелку.
Из опыта Г. Эрстеда следует, что вокруг этого проводника существует магнитное поле.
Вопрос. Как открытие Эрстеда служит людям? Продемонстрируйте.
Ответ. В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит. Электромагниты нашли широкое применение их в технике.
(На демонстрационном столе среди оборудования находится модель электромагнита. Учащийся выбирает модель и демонстрирует его работу).
Помимо промышленного использования, магниты стали широко применяться в медицине: еще в конце XIX — начале XX века электромагнит служил самым лучшим способом для извлечения инородных тел из полости глаза.
VI. Изучение нового материала.
Электрический ток, рассуждал М. Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Обратимся к эксперименту.
Опыты Фарадея можно воспроизвести следующим образом: замкнем катушку на гальванометр - высокочувствительный прибор для измерения малых постоянных и переменных электрических токов.
Опыт 1. Внести магнит в катушку северным полюсом.
Вопрос. Что наблюдали?
Ответ. При внесении магнита в катушку, замкнутой на гальванометр, наблюдается отклонение стрелки прибора.
Вопрос. Какой вывод можем сделать?
Ответ. В катушке возникает электрический ток.
Опыт 2. Оставить магнит в катушке.
Вопрос. Что наблюдали?
Ответ. Если магнит неподвижен относительно катушки, стрелка гальванометра не отклоняется. Следовательно, электрический ток не возникает.
Опыт 3. Вынести магнит из катушки северным полюсом.
Вопрос. Что наблюдали?
Ответ. При вынесении магнита из катушки опять наблюдаем отклонение стрелки гальванометра и делаем вывод, что в катушке возник электрический ток.
Повторим серию опытов.
Опыт 4. Внести магнит в катушку южным полюсом.
Опыт 5. Оставить магнит в катушке.
Опыт 6. Вынести магнит из катушки южным полюсом.
Вопрос. Что наблюдали?
Ответ. При внесении или вынесении магнита в катушку южным полюсом, замкнутую на гальванометр, наблюдается отклонение стрелки, значит, в катушке возникает электрический ток. Если магнит неподвижен относительно катушки, стрелка не отклоняется электрический ток не возникает.
Учитель. Казалось бы, все просто. Но почему потребовалось десять лет? Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. В ходе работы он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда Колладон вводил магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывает тока. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.
Можно в наблюдаемых нами опытах двигать катушку относительно недвижного магнита.
Опыт 7. Движение катушки относительно магнита.
Вопрос. Что наблюдали?
Ответ. При движении катушки относительно магнита наблюдаем отклонение стрелки гальванометра и делаем вывод, что в катушке возник электрический ток.
Учитель. Давайте подумаем, что происходит при движении магнита относительно катушки или катушки относительно магнита.
Вокруг магнита существует магнитное поле.
Вопрос. Как можно графически представить магнитное поле?
Ответ. С помощью силовых линий. Это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с вектором магнитной индукции.
Вопрос. Что характеризует величина - магнитная индукция?
Ответ. Магнитная индукция - характеристика магнитного поля (характеризует силовое действие магнитного поля).
Вопрос. Что собой представляют силовые линии магнитного поля полосового магнита?
Ответ. Силовые линии магнитного поля магнита - замкнутые линии. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.
Вопрос. Как с помощью силовых линий можно судить о величине магнитного поля?
Ответ. По густоте силовых линий можно судить о величине магнитного поля: магнитное поле сильнее, силовые линии гуще.
Учитель. Для дальнейшего объяснения нужно ввести величину - магнитный поток, который характеризует магнитное поле, пронизывающее определенную поверхность.
Магнитный поток Ф через плоскую поверхность - скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции B на площадь поверхности S и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией:
Ф = BS cos α.
В СИ единицей магнитного потока является вебер (Вб).
Вопрос. Исходя из определения магнитного потока, подумайте, каким образом может изменяться магнитный поток?
Ответ. Путем изменения площади контура S, путем изменения величины магнитного поля В, путем изменения угла α.
При приближении магнита к катушке (замкнутому контуру) (или катушки к магниту) увеличивается магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром. При удалении магнита от замкнутого контура (или катушки от магнита) уменьшается магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром.
Итак, делаем вывод: индукционный ток возникает в замкнутом контуре, если магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, изменяется.
Мозговой штурм.
Приведенные опыты демонстрируют явление электромагнитной индукции. А можно с помощью других установок продемонстрировать возникновение индукционного тока?
Ответ. Можно постоянный магнит заменить электромагнитом.
Учитель. Выберите необходимое оборудование, соберите установку и продемонстрируйте возникновение индукционного тока.
Ответ. Нужно взять вторую катушку и замкнуть ее на источник тока. Эта катушка играет роль электромагнита. Ее приближать и удалять от катушки, замкнутой на гальванометр. Или можно двигать первую катушку относительно второй.
Опыт 8. Движение второй катушки относительно первой.
Опыт 9. Движение первой катушки относительно второй.
Ответ. Убедились, что в момент движения катушек относительно друг друга возникает индукционный ток.
Мозговой штурм.
Вопрос. В опытах 8, 9 постоянный магнит заменили электромагнитом. Что еще можно изменить в данной установке, чтобы получить изменение магнитного потока через катушку, замкнутую на гальванометр?
Учитель. Если по катушке идет постоянный ток, то магнитное поле, созданное этой катушкой с током, также является постоянным. А если ток будет переменным, то и магнитное поле будет переменным. Но как с помощью источника постоянного тока создать переменное магнитное поле?
Вопрос. Что происходит в момент замыкания цепи?
Ответ. Ток в цепи второй катушки нарастает. Следовательно, усиливается магнитное поле, созданное этим током. Мы получим изменение магнитного потока через первую катушку и в ней возникнет индукционный ток.
Учитель. Остается проверить на опыте.
Опыт 10. Замыкание ключа в цепи второй катушки.
Опыт 11. Размыкание ключа в цепи второй катушки.
Ответ. Убедились, что в момент замыкания и размыкания ключа в цепи второй катушки в первой катушке возникает индукционный ток: при замыкании ключа ток нарастает и магнитное поле и, следовательно, магнитный поток через первую катушку нарастает. При размыкании ключа ток убывает, уменьшается магнитный поток через первую катушку и в ней возникает индукционный ток.
Мозговой штурм.
Вопрос. Можно ли изменять ток в цепи?
Ответ. Чтобы изменять ток, в цепь нужно подключить реостат. Реостат служит для изменения силы тока в цепи.
Опыт. Изменение силы тока в цепи второй катушки с помощью реостата.
Ответ. Убедились, что в момент перемещения бегунка реостата с целью изменения силы тока в цепи второй катушки в первой катушке возникает индукционный ток. Если по катушке идет постоянный ток, то индукционный ток не возникает.
Учитель. Сначала Фарадеем была открыта электромагнитная индукция в неподвижных относительно друг друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, Фарадей с помощью опытов доказал: ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга.
Таким образом, мы получали индукционный ток разными способами. Давайте напомним их.
Ответ. Перемещение магнита и катушки относительно друг друга.
Ответ. Перемещение одной катушки относительно другой.
Ответ. Изменение силы тока в одной из катушек.
Ответ. Замыкание и размыкание цепи.
Учитель. Делаем вывод: неважно, каким образом изменяется число линий магнитной индукции, чтобы в замкнутом контуре возник ток: меняется ли само поле, пронизывающее неподвижный контур, или же контур перемещается из области с одной густотой линий в область с другой густотой.
В этом суть явления электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция — это явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.
Вы обратили внимание, что если быстро двигать магнит относительно катушки, быстро перемещать бегунок реостата, резко замыкать и размыкать ключ, то есть, если быстро изменяется магнитный поток, то индукционный ток будет сильнее, о чем свидетельствует отброс стрелки гальванометра. При нарастании магнитного потока через замкнутый контур индукционный ток имеет одно направление, а при убывании магнитного потока изменяет направление.
Установка на будущее.
На следующих уроках выясним, от чего зависит величина и направление индукционного тока.
VII. Закрепление изученного материала.
Учитель. Что узнали на уроке и что знать о явлении электромагнитной индукции.
…электричество порождает магнетизм.
…магнетизм превратил в электричество.
3. Индукционный ток возникает, если…
(демонстрация слайдов из интерактивного пособия).
4. Магнитный поток через замкнутый контур … (изменяется), в замкнутом контуре возникает … (индукционный ток). Причина изменения магнитного потока значения. (не имеет).
Электромагнитная индукция — это явление, которое заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике в результате изменения магнитного поля, в котором он находится. Это явление открыл английский физик М. Фарадей в 1831 г. Суть его можно пояснить несколькими простыми опытами.
Описанный в опытах Фарадея принцип получения переменного тока используется в индукционных генераторах, вырабатывающих электрическую энергию на тепловых или гидроэлектростанциях. Сопротивление вращению ротора генератора, возникающее при взаимодействии индукционного тока с магнитным полем, преодолевается за счет работы паровой или гидротурбины, вращающей ротор. Такие генераторы преобразуют механическую энергию в энергию электрического тока.
Вихревые токи, или токи Фуко
Если массивный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в этом проводнике благодаря явлению электромагнитной индукции возникают вихревые индукционные токи, называемые токами Фуко.
Вихревые токи возникают также при движении массивного проводника в постоянном, но неоднородном в пространстве магнитном поле. Токи Фуко имеют такое направление, что действующая на них в магнитном поле сила тормозит движение проводника. Маятник в виде сплошной металлической пластинки из немагнитного материала, совершающий колебания между полюсами электромагнита, резко останавливается при включении магнитного поля.
Во многих случаях нагревание, вызываемое токами Фуко, оказывается вредным, и с ним приходится бороться. Сердечники трансформаторов, роторы электродвигателей набирают из отдельных железных пластин, разделенных слоями изолятора, препятствующего развитию больших индукционных токов, а сами пластины изготовляют из сплавов, имеющих высокое удельное сопротивление.
Электромагнитное поле
Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, является статическим и действует на заряды. Постоянный ток вызывает появление постоянного во времени магнитного поля, действующего на движущиеся заряды и токи. Электрическое и магнитное поля существуют в этом случае независимо друг от друга.
Явление электромагнитной индукции демонстрирует взаимодействие этих полей, наблюдаемое в веществах, в которых есть свободные заряды, т. е. в проводниках. Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, действуя на свободные заряды, создает электрический ток. Этот ток, будучи переменным, в свою очередь порождает переменное магнитное поле, создающее электрическое поле в том же проводнике, и т. д.
Совокупность переменного электрического и переменного магнитного полей, порождающих друг друга, называется электромагнитным полем. Оно может существовать и в среде, где нет свободных зарядов, и распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны.
Классическая электродинамика — одно из высших достижений человеческого разума. Она оказала огромное влияние на последующее развитие человеческой цивилизации, предсказав существование электромагнитных волн. Это привело в дальнейшем к созданию радио, телевидения, телекоммуникационных систем, спутниковых средств навигации, а также компьютеров, промышленных и бытовых роботов и прочих атрибутов современной жизни.
Краеугольным камнем теории Максвелла явилось утверждение, что источником магнитного поля может служить одно только переменное электрическое поле, подобно тому, как источником электрического поля, создающим в проводнике индукционный ток, служит переменное магнитное поле. Наличие проводника при этом не обязательно — электрическое поле возникает и в пустом пространстве. Линии переменного электрического поля, аналогично линиям магнитного поля, замкнуты. Электрическое и магнитное поля электромагнитной волны равноправны.
Читайте также: