План-конспект по физике, тема "Электромагнитная индукция"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

КРАСНОЯРСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА – ФИЛИАЛ

ФГБОУ ВО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

Методическая разработка по физике

План урока по теме «Электромагнитная индукция»

Разработала:

преподаватель физики

Лучинина Н.Г.

Красноярск 2023

Тема: Электромагнитная индукция

Цель: - сформировать представление о явлении электромагнитной индукции;

-сформулировать условие возникновения индукционного тока.

Задачи:

Образовательные: раскрыть сущность явления электромагнитной индукции и самоиндукции; разъяснить учащимся правило Ленца и научить их пользоваться им для определения направления индукционного тока; разъяснить закон электромагнитной индукции; научить учащихся производить расчет ЭДС индукции в простейших случаях.

Развивающие:развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;развивать умение находить решение проблемы;

Воспитательные:воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету;расширять кругозор учащихся.

Тип урока: Изучение нового материала

Вид: урок - лекция

Средства обучения: Презентация, сборник задач.

План урока.

I. Организационный момент.

II. Мотивация учебной деятельности.

III. Целеполагание.

IV. Изучение нового материала

V. Закрепление (решение задач: Генденштейн Л.Э. задачник по физике 11 кл)

VI. Подведение итогов

VII. Домашнее задание (выучить основные понятия, правила, формулы. Решить задачи № 6.14, 6.17, 6.25, 6,27, 6.29)

Ход урока.

I. Организационный момент (отметка присутствующих)

II. Мотивация учебной деятельности.

Китайская пословица гласит:

«Человек может стать умным тремя путями:

путём подражания – это самый лёгкий путь, путём опыта – это самый трудный путь, и путём размышления – это самый благородный путь».

Сегодня на уроке нам предстоит поразмышлять.

III. Целеполагание.

Какую цель мы ставим перед собой на уроке?

«Изучить суть явления «превращения магнетизма в электричество».

IV. Изучение нового материала

1. Явление электромагнитной индукции

Как вы уже знаете, Эрстед и Ампер в своих опытах установили, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле и испытывает действие магнитного поля. В связи с этим возник вопрос: можно ли создать электрический ток с помощью магнитного поля?

В течение долгого времени этого сделать не удавалась. Превратить магнетизм в электричество сумел Майкл Фарадей в 1831 г.

Опыты Фарадея (старые куски проволоки, дерева и железа)

Возникновение тока при относительном движении катушки и магнита

Фарадей догадался, что для возникновения тока в проводнике, находящемся в магнитном поле, необходимо изменить во времени либо магнитное поле, либо положение проводника.

Соединим концы проволочной катушки с миллиамперметром. Если теперь вдвигать в катушку магнит, мы увидим, что в катушке возникает ток. Этот ток назвали индукционным (от латинского – наведение). При выдвигании магнита из катушки тоже возникает ток, причем его направление изменяется на противоположное.

Ток в катушке возникает и тогда, когда ее надевают на неподвижный магнит или снимают с него.

Таким образом, индукционный ток в катушке возникает при движении магнита и катушки относительно друг друга.

Возникновение тока в одной катушке при изменении тока в другой катушке

Наденем теперь две катушки на общий железный сердечник и соединим одну катушку (через реостат) с источником тока, а другую – с миллиамперметром. Силу тока в первой катушке можно изменить, перемещая ползунок реостата. При этом возникает индукционный ток во второй катушке.

В своих опытах Фарадей заметил общую закономерность: индукционный ток в катушке возникает при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих катушку.

Чтобы точнее сформулировать эту закономерность введем понятие магнитного потока(или потока магнитной индукции) через контур как физической величины, пропорциональной числу линий магнитной индукции, пронизывающих этот контур.

Ф = BScosα Если плоскость контура перпендикулярна В, то Ф = ВS

α – угол между вектором В и S контура.

Единица измерения Вб Вебер 1 Вб = 1 Тл* 1 м²

Возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через ограниченную контуром площадь, называют явлением электромагнитной индукции.

Вывод из опытов Фарадея: индукционный ток в замкнутом контуре возникает при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром.

Польза индукционного тока: явление электромагнитной индукции лежит в основе действия генераторов электрического тока на всех электростанциях земного шара.

Причины возникновения индукционного тока

1. При изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих катушку.

2. Связана с новым для нас явлением

Рассмотрим случай, когда индукционный ток возникает придвижении замкнутого контура в постоянном магнитном поле. Индукционный ток возникает только при изменении магнитного потока, поэтому в случае постоянного магнитного поля индукционный ток возникает только при таком движении контура, когда какая-то его часть пересекает линии магнитной индукции.

Пусть один из проводников, составляющих контур, перпендикулярен вектору магнитной индукции, а скорость этого проводника перпендикулярна как проводнику, так и вектору В.

Свободные заряды в проводнике движутся вместе с ним, т.е. на них действует сила Лоренца. В данном случае она направлена вдоль проводника, она-то и вызывает индукционный ток.

Рассмотрим случай, когда индукционный ток возникает в неподвижном контуре.

Например, при вдвигании магнита в катушку. В этом случае изменение магнитного потока может происходить только при условии, что магнитное поле, в котором находиться контур, изменяется во времени.

Например, если к неподвижному проводящему кольцу приближать магнит, то магнитный поток будет увеличиваться и в кольце возникает индукционный ток. Это объясняется тем, что на свободные заряды действует сила со стороны электрического поля.

Следовательно, переменное магнитное поле порождает электрическое поле.

Электрическое поле, созданное переменным магнитным, называют вихревым. (Линии напряженности у того поля всегда замкнуты, в отличии от линий электростатического поля).

1. Закон электромагнитной индукции

Если возникает индукционный ток, значит, на свободные заряды в этом контуре действуют сторонние силы. Они характеризуются ЭДС, численно равной работе, совершаемой ими при перемещении единичного положительного заряда. В случае индукционного тока эта ЭДС называется ЭДС индукции.

Фарадей установил:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна модулю скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур.

E_i = |

Правило Ленца

Определение направления индукционного тока

Будем приближать магнит к алюминиевому кольцу, закрепленному на свободно вращающемся стержне. Кольцо будет отталкиваться от магнита. Ели же приближать магнит к разрезанному кольцу, кольцо останется в покое.

Причина: в сплошном кольце идет ток. Почему же кольцо отталкивается от магнита? Это происходит согласно закону сохранения энергии. Если кольцо отталкивается от магнита, то и магнит отталкивается от кольца (третий закон Ньютона). Следовательно, приближая магнит к кольцу, мы совершаем положительную работу, т.е. затрачиваем энергию. Эта энергия превращается в энергию магнитного поля индукционного тока.

Закон сохранения энергии помогает ответить на вопрос: как направлена магнитная индукция возникшего тока?

При приближении магнита к кольцу магнитная индукция внутри кольца увеличивается. Если индукция магнитного поля тока в кольце была бы направлена в ту же сторону, что и индукция магнитного поля магнита, то общее изменение магнитного потока увеличилось бы еще больше, ещё больше бы возросла сила индукционного тока, что привело бы к новому увеличению магнитного потока. Но это бы противоречило закону сохранения энергии.

Приходим к выводу, что магнитное поле индукционного тока ослабляет изменение магнитного поля магнита.

Направление индукционного тока всегда таково, что созданное им магнитное поле стремиться скомпенсировать изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток. (ЭмилийХристиановичЛенц – русский)

E_i =

Знак «минус» свидетельствует о «противодействии», оказываемом индукционным током его изменению.

Явление самоиндукции

При изменении силы тока изменяется создаваемое им магнитное поле, и, следовательно, изменяется магнитный поток этого поля через данный контур. А всякое изменение магнитного потока через замкнутый контур порождает ЭДС индукции.

Возникновении ЭДС индукции в контуре при изменении силы тока в этом же контуре называют явлением самоиндукции.

А ЭДС индукции – ЭДС самоиндукции.

Физической причиной самоиндукции является порождение вихревого электрического поля переменным магнитным полем.

E_si=

Ф – магнитный поток, созданный магнитным полем индукционного тока в контуре.

Этот поток пропорционален силе тока в контуре: Ф = LI.

Коэффициент пропорциональности Lназываю индуктивностью данного контура. Характеризует магнитные свойства контура. Зависит от размеров контура, его геометрической формы и магнитных свойств среды.

E_si=

Эта формула раскрывает физический смысл индуктивности: из нее следует, что индуктивность контура численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с. Поэтому индуктивность называют также коэффициентом самоиндукции. (Гн, в честь американского физика Джозефа Генри)

1 Гн = В*с/А

Энергия магнитного поля

W_м = LI²/2

V. Закрепление (решение задач)

VI. Домашнее задание(выучить основные понятия и правила, формулы, решить задачи).