Открытый урок в 9-м классе "Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея"

Открытый урок в 9-м классе "Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея"

Цель урока: раскрытие физической сущности явления электромагнитной индукции.

Задачи урока

Обучающие:

• изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения;

• рассмотреть историю вопроса о связи магнитного поля и электрического;

• показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции,

• способствовать актуализации, закреплению и обобщению полученных знаний, самостоятельному конструированию новых знаний.

Развивающие: способствовать развитию умения работать в группе, высказывать собственные суждения и аргументировать свою точку зрения.

Воспитательные:

• способствовать развитию познавательных интересов учащихся;

• способствовать моделированию собственной системы ценностей, базирующихся на идее саморазвития.

1. Организационный момент.

Здравствуйте, ребята. Сегодня вы вместе со мной участвуете в конкурсе “Учитель года”. Желаю вам творческого настроя и успешной работы!

Но прежде, чем приступить к новой теме, я бы хотела проверить, что вы усвоили  на прошлом уроке.

2. Актуализация знаний

-Кто первый обнаружил, что электрический ток действует на магнитную стрелку?

Источником магнитного поля являются (перечислить).

-Что такое линии магнитной индукции?

-Можно ли судить о величине магнитного поля по его магнитным линиям? Поясните.

-Как расположены магнитные линии однородного магнитного поля?

-Что такое магнитный поток?

-Перечислите случаи, в которых меняется магнитный поток?

Проверка усвоения ранее изученного материала.

У вас на столах имеются карточки с цифрами от 1 до 4. Я вслух читаю вопросы теста, вы поднимаете одну или несколько карточек с вариантами правильных ответов.

1. Магнитное поле существует… (выберите варианты правильных ответов)

а) вокруг проводника с током
б) вокруг движущихся заряженных частиц
в) вокруг неподвижных зарядов (-)
г) вокруг магнита

1. Кто впервые из учёных доказал, что вокруг проводника с током существует магнитное поле?

а) Эрстед (+)
б) Ньютон
в) Архимед
г) Ом

1. Чтобы увеличить магнитный поток (см. рисунок 1), нужно:

а) алюминиевую рамку заменить железной
б) поднимать рамку вверх
в) взять более слабый магнит 
г) усилить магнитное поле (+)

Рисунок 1

1. Проводник, показанный на рисунке 2, притягивается к магниту, потому что:

а) проводник медный
б) на проводник действует сила Ампера (+)
б) проводник наэлектризован
в) проводник слабо натянут

Рисунок 2

1. Объяснение нового материала.

Тема урока: явление электромагнитной индукции. Опыты фарадея. Генератор переменного тока.

Эрстед в 1820 году провел опыт, показав, что из электрического тока можно получить магнитное поле. Его исследования продолжили многие ученые. Этими же исследованиями занимался и швейцарский ученый профессор колладон. Он искал связь между магнетизмом и электричеством.

Однажды он проводил опыт с двумя катушками и заметил, что они как-то влияют на стрелку гальванометра. И для убедительности, для чистоты эксперимента, он вынес гальванометр в соседнюю комнату. Когда замыкал цепь шел смотреть показания гальванометра.

- что он наблюдал, когда заходил в соседнюю комнату?

- стрелка находилась в таком же положении, как и до эксперимента.

 Демонстрация опытов Фарадея.

Учитель. Рассмотрим опыты Фарадея, с помощью которых он открыл явление электромагнитной индукции.

1. Возьмем соленоид, соединенный с гальванометром (рис. 1), и будем вдвигать в него постоянный магнит. Оказывается, что при движении магнита стрелка гальванометра отклоняется. Если же магнит останавливается, то стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. То же самое получается при выдвижении магнита из соленоида или при надевании соленоида на неподвижный магнит. Такие опыты показывают, что индукционный ток возникает в соленоиде только при относительном перемещении соленоида и магнита.

Рис. 1

2. Будем опускать в соленоид В катушку с током А (рис. 2). Оказывается, что и в этом случае в соленоиде Ввозникает индукционный ток только при относительном перемещении соленоида В и катушки А.

Рис. 2

3. Вставим катушку А в соленоид В и закрепим их неподвижно (рис. 3). При этом тока в соленоиде нет. Но в моменты замыкания или размыкания цепи катушки А в соленоиде В появляется индукционный ток. То же самое

Рис. 3

Рис. 4

получается в моменты усиления или ослабления тока в катушке А с помощью изменения сопротивления R.
В дальнейшем цепь катушки А, соединенную с источником электрической энергии, будем называть первичной, а цепь соленоида В, в которой возникает индукционный ток, – вторичной. Эти же названия будем применять и к самим катушкам.

4. Включим первичную катушку в сеть переменного тока, а вторичную катушку соединим с лампой накаливания (рис. 4). Оказывается, лампа непрерывно горит, пока в первичной катушке течет переменный ток.
Нетрудно заметить, что общим для всех описанных опытов является изменение магнитного поля в соленоиде, которое и создает в нем индукционный ток.
Выясним теперь, всякое ли изменение магнитного поля вокруг замкнутого контура наводит в нем индукционный ток. Возьмем плоский контур в виде рамки, соединенной с гальванометром. Поместим рядом с рамкой магнит так, чтобы его линии индукции не проходили внутри рамки, а находились в ее плоскости (рис. 5а).

Рис. 5

Оказывается, что при перемещении рамки или магнита вдоль плоскости рисунка стрелка гальванометра не отклоняется. Если же рамку поворачивать вокруг оси 00' (рис. 5б), то в ней возникает индукционный ток.

На основании описанных опытов можно сделать следующий вывод: индукционный ток (и э. д. с. индукции) в замкнутом контуре появляется только в том случае, когда изменяется магнитный поток, который проводит через площадь, охваченную контуром.
С помощью этого явления может получится эл. ток практически любой мощности, а это позволяет широко использовать эл. энергию в промышленности. Получается она в основном с помощью индукционных генераторов, принцип работы которых основан на явлении эл-магнитной индукции. Поэтому Фарадей по праву считается одним из основателей электротехники.

Рассмотрим подробнее явление электромагнитной индукции.

Пусть в однородном магнитном поле с индукцией В находится прямолинейный металлический проводник длиной L.
Приведем этот проводник в движение со скоростью  так, что бы угол между векторами В и  составлял 90 градусов, то вместе с проводником будут направленно двигаться и его собственные электроны, так как их движение происходит в магнитном поле, то на них должна действовать сила Лоренца.
С помощью правила левой руки можно установить, что свободные электроны будут смещаться к концу А. И тогда между А и В возникает напряжение U , которое создаст в нем эл. силу Fэл., которая уравновесит Fл. Fэл.= Fл., в этом случае смещение электронов прекратится.
Fэл.= Е ^. q = U/L ^. q, а Fл.= В ^.  . q ^. sinU/L ^. q = В ^.  . q ^. sinU = В ^.  . L ^. sin, но напряжение на полюсах при разомкнутой цепи = Е.
Еинд.= В ^.  . L ^. sin

Рис. 6

А если проводник включить в цепь, то в ней возникает индукционный ток.

Направление индукционного тока, возникающего в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле, определяется по правилу правой руки (рис. 7): если правую руку расположить вдоль проводника так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.

1. Физкультминутка

1. Продолжение новой темы:

Закон Ленца.

Учитель. В катушке, замкнутой на гальванометр, при перемещении магнита, возникает индукционный ток. Как определить направление индукционного тока? По правилу правой руки? (А переломов не бойтесь!) Давайте определим это!

Индукционный ток создает собственное магнитное поле. Связь между направлением индукционного тока в контуре и индуцирующим магнитным полем была установлена Ленцем.

Пусть имеется катушка, вокруг катушки существует изменяющееся магнитное поле и оно пронизывает витки другой катушки. А при всяком изменении магнитного поля, пронизывающего контур замкнутого проводника, в нем наводится индукционный ток. А как определить направление индукционного тока? По правилу правой руки?

Обратимся к опыту. Почему кольцо отталкивается от магнита? А с прорезью нет? (U – тока нет.)

Значит в кольце возник ток (инд.), магнитное поле. И можно определить поле. Поменяем полюса магнита. И видим: что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита. Ленцу удалось обобщить эту закономерность: эту связь называют законом Ленца.

Определение: индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует причине его вызывающей.

Eщё раз повторим правило Ленца.

Вернемся к опыту. Стрелка гальванометра отклоняется тем дальше, чем быстрее вдвигается в соленоид магнит или катушка с током.

Э.д.с. индукции, возникающая в какой-либо цепи, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока – время, за которое происходит изменение магнитного потока. Знак минус показывает, что когда магнитный поток уменьшается ( – отриц.), э.д.с. создает индукционный ток, увеличивающий магнитный поток и наоборот.

Исходя из формулы:

1Bб = 1В 1с

1. Работа у доски и в тетради. 

Опыт №1

Наблюдение.1.ключ закрыт в катушке № 2.

2.в катушке №1 тока нет.3.размыкаем и замыкаем ключ.

4.наблюдаем отклонение стрелки гальванометра на 1 катушке.

Вывод: в катушке №1 возник индукционный ток.

Причина: изменение магнитного поля.

Опыт №2.

Наблюдение.1.ключ закрыт в катушке № 2.

2.в катушке №1 тока нет.3.двигаем катушки относительно друг друга.

4.наблюдаем отклонение стрелки гальванометра на 1 катушке.

Вывод: в катушке №1 возник индукционный ток.

Причина: изменение магнитного поля.

Опыт №3. (на компьютере)показ слайдов.

Опыт№4.(выполняет ученик)

Катушка, соединенная с гальванометром и полосной сильный магнит.

Наблюдение

1.вводим в неподвижную катушку магнит, то северным, то южным полюсом.

2.двигаем катушку, а магнит неподвижен.

3.в обоих случаях стрелка гальванометра отклоняется, а значит возникает индукционный ток.

4.если и магнит и катушка неподвижны, тока нет.

Вывод: в катушке возникает индукционный ток, который меняет направление при изменении полюса магнита.

1. Этап самостоятельной работы с самопроверкой по эталону

Обратимся к рисунку

I уровень:

1. Назвать все элементы электрической цепи

Обратить внимание, что катушка 1 соединена с гальванометром, а катушка 2 - с источником тока. При замыкании ключа в цепи катушки 2, в катушке 1 фиксируется ток, о чем можно судить по показаниям прибора (гальванометра).

II уровень:

1. Подумайте и назовите все способы получения индукционного тока в катушке 1.

III уровень

1. Какие изменения можно внести в проведение данного опыта, чтобы в катушке 1 был зафиксирован индукционный ток обратного направления?

2. Начертите схему данной цепи в тетради

Проверьте себя по готовым ответам:

1. Источник тока, ключ, реостат, катушка 1, катушка 2, гальванометр.

2. а) при замыкании и размыкании ключа; б) при движении катушки 1 относительно катушки 2 при замкнутой цепи, в) при движении катушки 2 относительно катушки 1 при включенном ключе; г) при перемещении ползунка реостата; д) при вращении катушки 1 в поле катушки 2.

3. переключить полюсы у источника тока или перевернуть катушку 1 или 2.

4. 

1. Закрепление

Для проверки усвоения материала ответим на вопросы: ДА или НЕТ

Явление эми открыл французский физик ампер?- нет.

1. Явление эми открыл в 1831 году английский ученый фарадей? – да.

2. Явление эми заключается в возникновении в замкнутом контуре индукционного тока при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих контур.- да.

3. Каким бы полюсом мы не вводили магнит в катушку, стрелка гальванометра будет отклоняться в одну сторону?- нет.

4. Д ля возникновения индукционного тока безразлично, что двигать, магнит или катушку? – да.

5. В катушке будет возникать ток, если в ней будет находиться неподвижный магнит? - нет

6. Правда ли, что направление индукционного тока в катушке меняться не будет? Нет. Будет разное.

Применение явления электромагнитной индукции (сообщения учащихся).

1.индукционный генератор 2. Индукционная плавильная печь

3.трансформатор 4.индукционная варочная панель

5.индукционный нагреватель 6.индукционный насос

7.индукционный датчик перемещений 8. Индукционный дефектоскоп

9.счетчик электроэнергии 10.электродинамический микрофон

11.спидометр- 12.считывание информации с дисков.

13.слив нефти из цистерн на севере.

Дополнительно выбрать соответствие «открытие - технологический процесс»

Открытие

Технологический процесс

А) открытие электромагнитных волн

Б) явление электромагнитной индукции

В) воздействие магнитного поля на проводник с током

1) выработка электрической энергии на электростанциях

2) металлообрабатывающие станки на электродвигателях

3) телевидение

А Б В 3 1 2

1. Домашнее задание: § 48, упр. 39 №1, 2.

1. Подведение итогов урока 

Сегодня на уроке мы с вами

• изучили явление электромагнитной индукции и условия его возникновения;

• рассмотрели историю вопроса о связи магнитного поля и электрического;

• показали причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции, т.е. превратили магнетизм в электричество, и теперь мы с вами знаем, что электрический ток порождает магнитное поле, а переменное магнитное поле порождает электрический ток