Физика. Орієнтовний розподіл навчального часу
 Скачать 3.21 Mb.
|
|
Тема. Електромагніти Мета уроку: познайомити учнів із пристроєм електромагнітів і їх застосуванням. Тип уроку: комбінований урок. План уроку
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Пристрій електромагніта Дослід Ерстеда став початком досліджень електромагнітних явищ. Котушка, по якій тече електричний струм, є магнітом, має два полюси — північний і південний. Було виявлено, що біля торців котушки магнітне поле значно сильніше, ніж у прямого проводу зі струмом, з якого згорнута котушка. При збільшенні сили струму магнітне поле котушки підсилюється. Підсилити магнітне поле котушки можна й іншим способом: достатньо ввести усередину котушки залізне осердя. ^ Пристрій, що складається з котушки, усередині якої знаходиться залізне осердя, називається електромагнітом. Дослідження довели, що сила притягування електромагніту прямо пропорційна силі струму і числу витків у котушці, а також залежить від магнітних властивостей осердя. 1828 року американський фізик Джозеф Генрі, застосувавши багатошарові котушки, створив електромагніт, що піднімав залізні й сталеві предмети масою до однієї тонни. Застосування електромагніту Електромагніт — одна з основних деталей багатьох технічних приладів: дзвоника, електричного телеграфу, телефону, мікрофону, електромагнітного реле тощо. Електромагнітами для перенесення сталевих деталей і залізного брухту обладнують піднімальні крани. Магнітні властивості котушки зі струмом використовують у навушниках і гучномовцях. Основними елементами навушника є котушка зі струмом і сталевою мембраною. Якщо сила струму в котушці змінюється, змінюється й сила, з якою котушка притягує мембрану. Унаслідок цього мембрана коливається, створюючи згущення й розрідження повітря, що до неї прилягає, тобто породжуючи звукові хвилі. Терміном «реле» позначають велике число приладів, що дозволяють за допомогою слабких струмів керувати роботою потужних пристроїв. До складу будь-якого електромагнітного реле входить електромагніт і контакти, що замикаються чи розмикаються під час руху якоря — залізної пластинки, що притягується до електромагніту. Гучномовець Напевно, кожен учень представляє, який вигляд має гучномовець і навіщо він використовується. Гучномовець убудований у радіо, телевізор й інші побутові прилади, якими користуємося щодня, тож відомий нам не з чуток. ^ Гучномовець — це пристрій, що служить для голосного відтворення звукового сигналу.  Гучномовці перетворюють електричний сигнал на звукові хвилі, що поширюються в повітряному середовищі, за допомогою механічної рухливої системи (дифузора). Основним робочим вузлом електродинамічного гучномовця є дифузор, що виконує перетворення механічних коливань на акустичні. Дифузор гучномовця приводиться в рух силою, що діє на жорстко скріплену з ним котушку, яка знаходиться в магнітному полі. У котушці тече змінний струм, що відповідає аудіосигналу, що має відтворити гучномовець. Магнітне поле в гучномовці створюється кільцевим постійним магнітом. Котушка під дією сили Ампера вільно рухається в межах кільцевого зазору, а її коливання передаються дифузору, що, у свою чергу, створює акустичні коливання, які поширюються в повітряному середовищі. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу ? Від чого і як залежить магнітна дія котушки зі струмом? ? З яких основних частин складається електромагніт? ? Від чого залежить сила, з якою електромагніт притягує сталеві деталі? ? Чому електромагніти набули широкого застосування в техніці? ? Який принцип покладений в основу роботи гучномовця? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання Іноді після вимикання струму частина предметів залишається притягнутою до електромагніту підйомного крана. Що треба зробити для того, щоб ці предмети упали? Чи звучатиме електричний дзвоник і навушник у безповітряному просторі? Як можна регулювати піднімальну силу електромагніта, що використовується в підйомному крані? 2. Навчаємося розв'язувати задачі 1. Електромагнітне реле служить для підключення сильного струму за допомогою невеликого регулюючого струму. До яких клем реле слід приєднати джерело струму? 2. На рисунку показана схема будови електричного дзвоника. Використовуючи рисунок, поясніть, як працює дзвоник.  3. На рисунку дана схема будови автомата, що працює за визначеної температури. Назвіть основні частини цього пристрою і поясніть принцип його роботи. Де рекомендується встановлювати такі автомати?  Що ми дізналися на уроці Пристрій, що складається з котушки, усередині якої знаходиться залізне осердя, називається електромагнітом. Гучномовець — це пристрій, що служить для голосного відтворення звукового сигналу. Домашнє завдання Підр.: § 27, 29. Зб.: рів1 — № 13.22; 13.23; 13.24. рів2 — № 13.26; 13.27; 13.28; 13.29, 13.30. Урок 6/43 Тема. Лабораторна робота № 10 «Збирання електромагніту й дослідження його дії» Мета уроку: навчитися збирати найпростіший електромагніт і з'ясувати, від чого залежить його дія. Тип уроку: урок контролю й оцінювання знань. Обладнання: штатив, мідний провід, джерело постійного струму, залізні стрижні (чи великі цвяхи), магнітна стрілка (чи смуговий магніт), ошурки, реостат, ключ, амперметр, з'єднувальні проводи. РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ 1. Ознайомтеся з приладами для лабораторній роботі (див. рисунок).  Виготовте 2 котушки з різним числом витків, намотавши мідний провід на залізні стрижні. Зберіть електричне коло. Замкніть коло і переконайтеся по притягуванню ошурок, що котушка із осердям виявляє магнітні властивості, тобто є електромагнітом. Закріпіть котушку на проводах у штативі. Визначте за допомогою магнітної стрілки (чи смугового магніту) полюсу електромагніту, що ви отримали. З'ясуйте, як залежить магнітна дія котушки зі струмом від різних параметрів. Усі дослідження запишіть у таблицю в зошиті для лабораторних робіт. Запишіть у зошит для лабораторних робіт, що ви вимірювали та який отримали результат. Урок 7/44 Тема. Електровимірювальні прилади Мета уроку: ознайомити учнів із принципом дії електровимірювальних приладів. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу. План уроку
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Типи електровимірювальних приладів Явище обертання рамки зі струмом у магнітному полі використовується для створення електровимірювальних приладів. Для вимірювання електричних величин використовуються різні електровимірювальні прилади. Так, наприклад, сила струму вимірюється амперметром, напруга — вольтметром, опір — омметром, потужність — ватметром, електричну енергію вимірюють за допомогою лічильника. Існує багато систем електровимірювальних приладів. Наприклад, прилади магнітоелектричної системи, електромагнітної й електродинамічної. 2. Вимірювальні прилади магнітоелектричної системи Вимірювальний механізм приладів магнітоелектричної системи складається з двох частин.  Нерухома частина складається з постійного магніту, його полюсних наконечників і нерухомого осердя. У зазорі між полюсними наконечниками і осердям існує сильне магнітне поле. Рухлива частина вимірювального механізму складається з легкої рамки, обмотка якої навивається на алюмінієвий каркас, і двох півосей, нерухомо зв'язаних з каркасом рамки. Кінці обмотки припаяні до двох спіральних пружин, через які до рамки підводиться вимірюваний струм. До рамки прикріплені стрілка й противаги. У зазорі між полюсними наконечниками й осердям установлена рамка. Її півосі вставляються в підшипники. Коли в рамці протікає струм, сили, що діють на рамку з боку магнітного поля, повертають рамку разом зі стрілкою — вона рухається уздовж шкали. Чим більша сила струму в рамці, тим на більший кут повертається рамка зі стрілкою. Іншими словами, кут повороту рамки пропорційний силі струму. Оскільки кут повороту стрілки пропорційний силі струму, то шкала вимірювального приладу магнітоелектричної системи рівномірна. В амперметрів і вольтметрів вимірювальні механізми в принципі однакові. Їхня відмінність полягає лише в електричному опорі рамок. В амперметра опір рамки значно менший, ніж у вольтметра.  3. Вимірювальні прилади електромагнітної системи Дещо простіше улаштовані прилади електромагнітної системи. Нерухома частина приладу являє собою котушку, по обмотці якої протікає струм. За рахунок цього в зазорі котушки виникає магнітне поле.  У зазор утягується якір, виготовлений з м'якої сталі, що складає рухливу частину приладу. На осі якоря наявна спіральна пружина, що протидіє втягуванню якоря в зазор котушки. У результаті стрілка, що сидить на осі, повертається на визначений кут, що залежить від сили струму. Електромагнітні прилади менш чутливі порівняно з магнітоелектричними. Однак вони не настільки бояться перевантаження й більш надійні в роботі. Крім того, вони придатні для вимірювання у колах не тільки постійного, але й змінного струму. Їхні шкали нерівномірні. 4. Вимірювальні прилади електродинамічної системи В електродинамічних вимірювальних приладах рухлива частина практично не відрізняється від рухливої частини приладів магнітоелектричної системи, тобто в них теж наявна рухлива рамка. Нерухомою ж частиною служить не постійний магніт, а котушка, по обмотці якої протікає струм. Сила взаємодії між рамкою і котушкою пропорційна добутку сили струму в рамці і сили струму в котушці. В амперметрах і вольтметрах електродинамічної системи обидві обмотки з'єднуються послідовно, тому сила, що повертає рухливу рамку, пропорційна квадрату сили струму. У результаті в приладів даного типу шкала нерівномірна. Електродинамічний прилад може служити і ватметром. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу ? Яка дія струму використовується в електровимірювальних приладах? ? Як би поводилася котушка зі струмом у механізмі амперметра, якби її не утримували спіральні пружини? ? Чому необхідно підключати амперметр і вольтметр відповідно до зазначених на них знаках «+» і «-»? ? Які умови мають задовольняти внутрішні опори амперметра і вольтметра? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання Які переваги чи недоліки мають прилади магнітоелектричної системи? Які переваги чи недоліки мають прилади електромагнітної системи? Чи відрізняється будова й принцип дії амперметра й вольтметра? Якщо так, то чим саме? Поясніть, чому шкала вимірювальних приладів магнітоелектричної системи рівномірна, а шкала приладів електродинамічної системи — нерівномірна? Домашнє завдання Підр.: § 29. Зб.: № 14.4; 14.10; 14.11; 14.15. Урок 8/45 Тема. Явище електромагнітної індукції Мета уроку: ознайомити учнів з явищем електромагнітної індукції; навчитися знаходити напрямок індукційного струму. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу. План уроку
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Історія відкриття явища електромагнітної індукції Виявлена Ерстедом 1820 р. дія електричного струму на магнітну стрілку показала, що електричні та магнітні явища, які вважалися до цього ізольованими, взаємозалежні. Однак дослід Ерстеда показав тільки один бік цього зв'язку — породження магнітного поля електричним струмом. Англійський фізик Майкл Фарадей, довідавшись про досліди Ерстеда, почав пошуки зв'язку магнітних явищ з електричними. Він поставив собі на меті дослідити: «Якщо електричний струм створює магнітне поле, то чи не можна за допомогою магнітного поля одержати електричний струм?» Пошуки Фарадея тривали з 1821 р. по 1831 р. Він провів велику роботу і виявив винахідливість, наполегливість і завзятість, поки, нарешті, не одержав електричний струм за допомогою магнітного поля. Відкривши явище електромагнітної індукції, Фарадей довів, що магнітне поле може породжувати електричний струм. На основі цього явища заснована сьогодні дія генераторів електричного струму на всіх електростанціях Землі. Час довів, наскільки велике значення мало відкриття Фарадея. Повторюючи слова Гельмгольца, можна з впевненістю сказати: «Поки люди користуватимуться благами електрики, вони будуть пам'ятати ім'я Фарадея». 2. Досліди Фарадея Повторити досліди Фарадея, що стали відомими, сьогодні може кожний. Зупинімося на двох основних серіях дослідів: виникнення індукційного струму в котушці під час вставляння магніту; виникнення індукційного струму в одній котушці під час зміни струму в іншій котушці. Перша серія дослідів пов'язана з виникненням індукційного струму в котушці під час вставляння й висування магніту.  Дослід показує, що струм у котушці виникає й у тому випадку, коли магніт нерухомий, а котушка надівається чи знімається з нього. Таким чином, індукційний струм виникає під час руху магніту й котушки відносно одне одного. У другій серії дослідів з виникнення індукційного струму постійний магніт можна замінити котушкою зі струмом: адже котушка зі струмом має властивості магніту. Однак при заміні магніту котушкою зі струмом з'являється додаткова можливість: змінюючи струм у котушці, можна змінювати створюване нею магнітне поле, не рухаючи котушки одну відносно іншої. Явище електромагнітної індукції На підставі виконаних дослідів можна зробити висновок: для порушення електричного струму в замкненому контурі необхідно змінювати магнітне поле, що пронизує цю котушку. Відкрите Фарадеєм явище назвали явищем електромагнітної індукції (від латинського слова «induction» — наведення). ^ Явище виникнення електричного струму в замкненому провідному контурі внаслідок зміни магнітного поля, що пронизує контур, називають електромагнітною індукцією, а струм, що виникає при цьому, — індукційним. Напрямок індукційного струму Щоб визначити напрямок індукційного струму, скористаємося замкнутою котушкою. Якщо змінювати магнітне поле, що пронизує котушку, то в котушці виникатиме індукційний струм. У результаті котушка сама стає магнітом.  Як відомо, два магніти взаємодіють: вони відштовхуються або притягуються. Дослід показує, що при наближенні магніту до котушки вона відштовхуватиметься від магніту (незалежно від полюса магніту). Це означає, що в котушці виникає індукційний струм такого напрямку, що вона виявляється поверненою до магніту однойменним полюсом. Якщо ж магніт віддаляти від котушки, то котушка буде притягатися до магніту. Це означає, що в цьому випадку індукційний струм має такий напрямок, що котушка виявляється поверненою до магніту протилежним полюсом. Знаючи напрямок магнітного поля котушки, можна визначити напрямок індукційного струму, скориставшись правилом свердлика. Для успішного розв'язання задач учням може бути запропоноване таке формулювання для знаходження напрямку індукційного струму: ^ поля, струми й сили, що виникають у процесах індукції, завжди перешкоджають тому процесу, що викликає явище електромагнітної індукції. Ця закономірність називається правилом Ленца. 5. Причини виникнення індукційного струму Отже, індукційний струм виникає тільки у разі зміни магнітного поля, що пронизує контур. Якщо провідний контур (наприклад, котушка з проводом) перетинає силові лінії магнітного поля, то в контурі виникає індукційний струм. При цьому вільні заряди в контурі рухаються під дією сили з боку магнітного поля. Розглянемо тепер виникнення індукційного струму в нерухомому контурі (котушці). Виникнення індукційного струму в нерухомому провіднику не можна пояснити дією магнітного поля на вільні заряди, адже на нерухомі частки магнітне поле не діє. Значить, виникнення індукційного струму в нерухомому провіднику можна пояснити тільки тим, що на вільні заряди діє сила з боку електричного поля. Отже, змінне магнітне поле породжує електричне поле. Саме електричне, а не магнітне поле діє на вільні заряджені частки в провіднику і створює, таким чином, індукційний струм. ^ Явище електромагнітної індукції полягає в тому, що змінне магнітне поле породжує (індукує) електричне поле. Замкнута ж на гальванометр котушка дозволить це поле знайти. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу ? Що спільного у всіх дослідах, що дозволяють знайти індукційний струм? ? У чому полягають розбіжності в одержанні індукційного струму в дослідах Фарадея? ? За якого руху магніту всередині котушки індукційний струм не виникає? ? Як потрібно рухати магніт або котушку, щоб у них виник індукційний струм? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання Замкнене металеве кільце рухається в однорідному магнітному полі поступально. Чи виникає індукційний струм у кільці? Чому? Чому іноді неподалік від місця удару блискавки можуть розплавитися запобіжники в освітлювальній мережі та вийти з ладу чутливі електровимірювальні прилади? Котушка замкнена на гальванометр. За яких дослідів можливе відхилення стрілки приладу? Наведіть приклади. 2. Навчаємося розв'язувати задачі 1. Північний полюс магніту віддаляється від металевого кільця, як показано на рисунку. Визначте напрямок індукційного струму в кільці.  2. На рисунку показані різні ситуації, у яких спостерігається явище електромагнітної індукції. Сформулюйте й розв'яжіть задачу для кожного випадку.  Що ми дізналися на уроці Явище виникнення електричного струму в замкненому провідному контурі внаслідок зміни магнітного поля, що пронизує контур, називають електромагнітною індукцією, а струм, що виникає при цьому, — індукційним. Поля, струми й сили, що виникають у процесі індукції, завжди перешкоджають тому процесу, що викликає явище електромагнітної індукції. Явище електромагнітної індукції полягає в тому, що змінне магнітне поле породжує (індукує) електричне поле. Домашнє завдання Підр.: § 30. Зб.: рів1 — № 15.1; 15.2; 15.3; 15.4. рів2 — № 15.6; 15.7; 15.8; 15.9, 15.10. рів3 — № 15.15, 15.16; 15.17; 15.18; 15.21. Д.: підготуватися до самостійної роботи № 14. Задачі із самостійної роботи № 14 «Електромагнітна індукція» Середній рівень Дротяна рамка знаходиться в однорідному магнітному полі. У яких випадках у ній може виникнути індукційний струм? Котушка з проводом замкнена на гальванометр. За яких умов можливе відхилення стрілки приладу? Наведіть приклади. Достатній рівень Як треба переміщати в магнітному полі Землі замкнений дротяний прямокутник, щоб у ньому виник індукційний струм? Рама автомобіля являє собою замкнений контур. Чи буде в ній виникати індукційний струм під час руху автомобіля в магнітному полі Землі? Поясніть свою відповідь. Високий рівень Чи буде виникати індукційний струм у круговому витку, що знаходиться в однорідному магнітному полі, якщо: а) переміщати виток поступально; б) обертати виток навколо осі, що проходить через його центр перпендикулярно до площини витка; в) обертати виток навколо осі, що лежить у його площині? Між полюсами сильного електромагніту швидко обертають кільце, зроблене з мідного дроту. При цьому кільце нагрівається. Чому? Урок 9/46 |