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.

Как обозначается? Формула? .

Единицы измерения? [ В ]=[ Тл ] .

Какая сила возникает между двумя взаимодействующими проводниками с током? .

Формула .

Как можно определить направление ? С помощью правила левой руки: .

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.

В 1821 г. Фарадей в своем дневнике записал: «Преобразовать магнетизм в электричество».

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.

[Ф]=[Вб] Вебер

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?

УРОК ПО ФИЗИКЕ. ПОДГОТОВИЛ УЧИТЕЛЬ ФИЗИКИ КАЗАКОВ ВИТАЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ.

Тема урока: Магнитный поток

Цель урока

1.Ввести определение магнитного потока;

2.Развивать абстрактное мышление;

3.Воспитывать аккуратность, точность.

Задачи урока: Развивающая

Тип урока изложение нового материала

Оборудование: компьютер , LCD -проектор , проекционны й экран .

Ход урока

1.Проверка домашнего задания

1.Что такое вектор магнитной индукции?

1.Ось, проходящая через центр постоянного магнита;

2. Силовая характеристика магнитного поля;

3. Линии магнитного поля прямого проводника.

2. Вектор магнитной индукции …

2.выходит из южного полюса постоянного магнита;

3. 1. Выберите верное(-ые) утверждений-я).

А: магнитные линии замкнуты

Б: магнитные линии гуще располагаются в тех областях, где магнитное поле сильнее

В: направление силовых линий совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещенной в изучаемую точку

Только А; 2. Только В; 3. А, Б, и В.

4. На рисунке представлены магнитные линии поля. В какой точке этого поля на магнитную стрелку будет действовать максимальная сила?

1. 3; 2. 1; 3. 2.

5 . В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции поместили прямолинейный проводник, по которому протекает ток силой 8А Определите индукцию этого поля, если оно действует с силой 0,02 Н на каждые 5 см длины проводника.

1. 0,05 Тл 2. 0,0005 Тл 3. 80 Тл 4. 0,0125 Тл

Ответы: 1-2; 2-3; 3-3; 4-2; 5-1.

2.Изучение новой

Постановка виртуальной задачи.

Мы пришли на очередной праздник плуга -Сабантуй. Но вот, казалось бы, огорчение - хлынул дождь. Я предлагаю вам игру-состязание, в которой нужно собрать как можно больше воды в вёдра. (Условие - собирать только падающий с неба дождь). Учениками проводится бурное обсуждение того, кто как будет собирать воду:- бежал бы против дождя; - желательно посуду по больше; - стоять на одном месте; - бежать туда, где дождь сильнее; - ведро держать перпендикулярно дождю. Эти примеры являются не опровержимыми. Дети сами пришли к выполнению цели урока – определение магнитного потока. Осталось сделать выводы и прийти к математическим формулировкам. Итак, магнитный поток (дождь) зависит от: - площади поверхности контура (ведра); - вектора магнитной индукции (интенсивность дождя); - угла между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура.

Закрепление

А теперь закрепляем наши выводы интерактивными моделями

2.Учебник: Пёрышкин А.В.,Гутник Е.М. Физика. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2009.

3. Физика. 9кл. Поурочные планы к учебникам Перышкина А.В. и Громова С.В_2010 -364с

4. Тесты по физике к учебнику Пёрышкин А.В.,Гутник Е.М. Физика. 9 класс

Тема урока:

Открытие электромагнитной индукции. Магнитный поток.

Цель: ознакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний.

1. Фронтальный опрос.

В чем заключается гипотеза Ампера?
Что такое магнитная проницаемость?
Какие вещества называют пара- и диамагнетиками?
Что такое ферриты?
Где применяются ферриты?
Откуда известно, что вокруг Земли существует магнитное поле?
Где находится Северный и Южный магнитные полюса Земли?
Какие процессы происходят в магнитосфере Земли?
Какова причина существования магнитного поля у Земли?

2. Анализ экспериментов.

Эксперимент 1

Магнитную стрелку на подставке поднесли к нижнему, а затем к верхнему концу штатива. Почему стрелка поворачивается к нижнему концу штатива с любой стороны южным полюсом, а к верхнему концу - северным концом? (Все железные предметы находятся в магнитном поле Земли. Под действием этого поля они намагничиваются, причем нижняя часть предмета обнаруживает северный магнитный полюс, а верхняя - южный.)

Эксперимент 2

В большой корковой пробке сделайте небольшой желобок для куска проволоки. Пробку опустите в воду, а сверху положите проволоку, располагая ее по параллели. При этом проволока вместе с пробкой поворачивается и устанавливается по меридиану. Почему? (Проволока была намагничена и устанавливается в поле Земли как магнитная стрелка.)

III. Изучение нового материала

Между движущимися электрическими зарядами действуют магнитные силы. Магнитные взаимодействия описываются на основе представления о магнитном поле, существующем вокруг движущихся электрических зарядов. Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками - электрическими зарядами. Можно предположить, что между ними есть связь.

В 1831 г. М. Фарадей подтвердил этот экспериментально. Он открыл явление электромагнитной индукции (слайды 1,2) .

Эксперимент 1

Гальванометр подсоединяем к катушке, и будем выдвигать из нее постоянный магнит. Наблюдаем отклонение стрелки гальванометра, появился ток (индукционный) (слайд 3).

Ток в проводнике возникает, когда проводник оказывается в области действия переменного магнитного поля (слайд 4-7) .

Переменное магнитное поле Фарадей представлял как изменение числа силовых линий, пронизывающих поверхность, ограниченную данным контуром. Это число зависит от индукции В магнитного поля, от площади контура S и его ориентации в данном поле.

Ф=BS cos a - магнитный поток.

Ф [Вб] Вебер (слайд 8)

Индукционный ток может иметь разные направления, которые зависят от того, убывает или возрастает магнитный поток, пронизывающий контур. Правило, позволяющее определить направление индукционного тока, было сформулировано в 1833,г. Э. X. Ленцем.

Эксперимент 2

В легкое алюминиевое кольцо вдвигаем постоянный магнит. Кольцо отталкивается от него, а при выдвигании притягивается к магниту.

Результат не зависит от полярности магнита. Отталкивание и притягивание объясняется возникновением в нем индукционного тока.

При вдвигании магнита магнитный поток через кольцо возрастает: отталкивание кольца при этом показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, при котором вектор индукции его магнитного поля противоположен по направлению вектору индукции внешнего магнитного поля.

Правило Ленца:

Индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитное поле препятствует любым изменениям магнитного потока, вызывающим появление индукционного тока (слайд 9) .

IV. Проведение лабораторной работы

Лабораторная работа по теме «Опытная проверка правила Ленца»

Приборы и материалы: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный.

Ход работы

Приготовьте таблицу.

«Физика - 11 класс»

Электромагнитная индукция

Английский физик Майкл Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений.
Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле - магнитное.
В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, легшее в основу устройства генераторов, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока.

Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции - это 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 контур, меняется.

Для своих многочисленных опытов Фарадей использовал две катушки, магнит, выключатель, источник постоянного тока и гальванометр.

Электрический ток способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока?

В результате опытов Фарадей установил главные особенности явления электромагнитной индукции:

1). индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания или размыкания электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой.

2) индукционный ток возникает при изменении силы тока в одной из катушек с помощью реостата 3). индукционный ток возникает при движении катушек относительно друг друга 4). индукционный ток возникает при движении постоянного магнита относительно катушки

Вывод:

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.
И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий индукционный ток.

При этом не важно. что является причиной изменения числа линий магнитной индукции.
Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную неподвижным проводящим контуром, вследствие изменения силы тока в соседней катушке,

и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве, и т.д.

Магнитный поток

Магнитный поток - это характеристика магнитного поля, которая зависит от вектора магнитной индукции во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром.

Есть плоский замкнутый проводник (контур), ограничивающий поверхность площадью S и помещенный в однородное магнитное поле.
Нормаль (вектор, модуль которого равен единице) к плоскости проводника составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции

Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и :

Ф = BScos α

где
Вcos α = В n - проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.
Поэтому

Ф = B n S

Магнитный поток тем больше, чем больше В n и S .

Магнитный поток зависит от ориентации поверхности, которую пронизывает магнитное поле.

Магнитный поток графически можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S .

Единицей магнитного потока является вебер .
Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб ) создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Класс: 9

Цель: через понятия и формулы магнитного потока и ЭДС индукции подвести учащихся к пониманию правила определения направления индукционного тока.

Оборудование:

доска интерактивная SMART
программное обеспечение L-микро, раздел «Электродинамика»,
блок согласования с компьютером,
приставка «Осциллограф»,
катушка индуктивности и штатив,
полосовые магниты,

ХОД УРОКА

У: Вспомним, что такое магнитный поток.

Д:
1)формула; Ф = В S Cosα;
2) число линий поля через площадку

У: Чтобы стало всем понятно, нарисуйте, как вы поняли, что такое магнитный поток.

Д: Используя инструменты интерактивной доски, изображаем линии поля, проходящие через площадь контура (рис.1, рис 2).

У: Кто может увеличть магнитный поток? Покажите как. (Д: увеличивают число линий магнитной индукции, увеличивают площадь кольца) (рис 3, рис 4)

У: Значит, чтобы уменьшить магнитный поток нужно…
Д: Уменьшить число линий, уменьшить площадь кольца. То есть, для «управления» магнитным потоком можно изменять по величине магнитное поле и площадь контура.
У: Нарисуйте магнитный поток
Д: Его вообще не будет!
– Нет будет! Линии поля рисуюся непрерывно, и охватывают весь магнит. Мы же для удобства рисуем только их часть.
– На лабораторной работе опилки собирались и у северного полюса и у южного. Так что магнитный поток здесь тоже будет.
У: Тогда как переворот магнита повлиял на магнитный поток?
Д: Наверное ни как. Если магнит и площадь взять как и на предыдущем рисунке то по величине ни чег не изменится. Ф = ВS
У: Как же показать, что магнит развернулся?
Д: Поставить знак «–»
У: Расположите кольцо и магнит так, что бы поток через кольцо был равен 0.
Д: рис 5

У: В формуле магнитного потока стоит соsα. Из справочника по математике

Где этот угол на рисунке, между какими двумя направлениями? Поток может быть равен 0, если угол будет 90 o , это же перпендикуляр. А у нас кольцо и магнит параллельны (рис. 6).
Д: У линий поля есть направление, а у площади нет.
У: Вспомните, как задается этот угол по тексту в пособии.
Д: Там нарисован перпендикуляр к рамке
Значит угол между вектором магнитного поля и нормалью. (рис. 7)

У: Проверьте себя – нарисуйте максимальный поток, выносим все возможные варианты на доску. (рис 8)

Д: Второй и третий не подходят. Там поток получается отрицательный.

Д: Ну и, что? Число линий то одинаково, значит и поток одинаковый. В опытах с магнитами, опилкам было все равно к какому полюсу приставать – к северному или южному.
У: Тогда, вообще, зачем нам знать знак потока, угол. Поток все равно понятно, где максимальный?
Д: ?
У: Демонстрация опыта Фарадея с катушкой и магнитом.
Д: В опытах Фарадея! Мы же видели, что направление тока меняется, в зависимости от того, как вносим или выносим магнит.
У: Запишите закон Фарадея математическим выражением.
Д: E = – ,
У: Давайте попытаемся разобраться со знаками в этом законе. Если мы хотим получить «положительное» направление тока, то …
Д: Поток должен убывать. Тогда ∆Ф < 0 и в итоге получиться плюс.
Д: Он может и нарастать, но со знаком минус
У: Нарисуйте, как должен двигаться магнит.

Д: Магнит вставляем в катушку, число линий увеличивается, значит поток нарастает только с противоположным знаком. Можно проверить на числах (рис. 9).
Д: Магнит вынимаем из катушки так, чтобы поток был положительный, а изменение потока будет отрицательно.
У: В эксперименте направление тока в обоих случаях совпадает. Значит, наш анализ формул верен.
У: Воспользуемся современным оборудованием, которое позволяет посмотреть как меняется направление тока не только по направлению, но и по величине со временем.
Даётся информация о возможностях измерительного комплекса «L-микро», краткое объяснение назначения приборов и устройств.

Выполнение демонстраций

Катушку индуктивности закрепляли с помощью штатива. Изменение магнитного потока проводилось с помощью перемещения полосового постоянного магнита относительно катушки индуктивности. Возникающая в катушке индуктивности ЭДС индукции подавалась на вход приставки «Осциллограф», которая через блок согласования передавала изменяющийся во времени электрический сигнал на компьютер и фиксировалась на мониторе. Запуск осциллографа осуществлялся от исследуемого сигнала в режиме развертки «ждущая» при уровне сигнала на порядок меньшим, чем максимальное значение ЭДС индукции. Это позволяло наблюдать ЭДС индукции практически полностью от момента начала изменения магнитного потока.
Сквозь катушку кидаем не маркированный магнит. На экране вычерчивается график зависимости величины ЭДС от времени. Но аналогично будет вести себя и график зависимости тока от времени.
Учащиеся видят, что магнит, пролетая сквозь катушку, вызывает в ней появление индукционного тока. (рис. 10)

У: Зарисуйте схематично график в тетрадь.

Домашнее задание: записать, что происходило с магнитным потоком на трех этапах: магнит подлетает к катушке, движется внутри, вылетает из неё. Зарисовать свой вариант опыта, с указанием полюсов движущегося магнита.