11 класс физика. Тема. Взаимодействие токов
 Скачать 225.64 Kb.
|
|
Цель: сформулировать закон электромагнитной индукции. Ход урока I. Организационный момент II. Повторение - Опишите опыты, в которых можно наблюдать индукцию тока. - Каким должно быть магнитное поле, чтобы в неподвижном проводнике появился индукционный ток? - От чего зависит число силовых линий магнитного ноля, пронизывающих данный контур? - Как определяют направление нормали к контуру? - Что такое «магнитный поток»? - В каких единицах измеряется магнитный поток? - В чем заключается правило Ленца? III. Проведение лабораторной работы Лабораторная работа по теме «Исследование зависимости силы индукционного тока от скорости изменения магнитного потока» Оборудование: источник питания, миллиамперметр, катушка- моток, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, магнит дугообразный, реостат ползунковый, ключ замыкания тока, комплект проводов. Ход работы 1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра. 2. Вставляйте и вынимайте дугообразный магнит из катушки с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока. 3. Катушку соедините с миллиамперметром, наденьте на катушку с железным сердечником и подключите последнюю через реостат и ключ замыкания тока к источнику питания. 4. Изменяйте силу тока в катушке электромагнита при помощи реостата с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока. 5. Ответьте на вопросы: а) В каком случае скорость изменения магнитного потока через катушку, соединенную с миллиамперметром, была больше: при медленном или быстром движении магнита? При медленном или быстром изменении силы тока в катушке электромагнита? Ads by optAd360 б) Что можно сказать о зависимости силы индукционного тока и ЭДС-индукции от скорости изменения магнитного потока через катушку? 6. Ответы запишите в тетрадь. IV. Изучение нового материала Магнитный поток наглядно истолковывается как число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S. Если за малое время Δt магнитный поток меняется на ΔФ, то скорость изменения потока  Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, если на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. При изменении магнитного потока появляются сторонние силы, действие которых характеризует ЭДС.  Сопротивление зависит от изменения магнитного потока. Закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС.  Законом в таком виде можно пользоваться при равномерном изменении магнитного потока. В противном случае:  V. Закрепление изученного - Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока? - Как формулируется закон электромагнитной индукции? - Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»? - Что можно сказать о зависимости силы индукционного тока и ЭДС-индукции от скорости изменения магнитного потока через катушку? 1. За какой промежуток времени магнитный поток изменяется на 0,004 Вб, если в контуре возбуждается ЭДС индукции 16 В? (Ответ: Δt = 2,5 мс.) 2. Соленоид содержит 100 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменяется от 3 мВб до 1,5 мВб. (Ответ: 0,3 В.) 3. В обмотке на стальном сердечнике с площадью поперечного сечения 100 см2 в течение 0,01 с возбуждается ЭДС индукции 150 В при изменении магнитной индукции от 0,3 Тл до 1,3 Тл. Сколько витков в обмотке? (Ответ: 150.) 4. Проволочная прямоугольная рамка со сторонами 18 см и 5 см расположена в однородном магнитном поле перпендикулярно к силовым линиям. Определите индукцию этого поля, если при его исчезновении за 0,015 с в рамке возникает ЭДС = 4,5 · 10-3 В. (Ответ: ΔВ = 7,5 · 10-3 Тл.) 5. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3 · 10-2 Ом за 2 с изменился на 1,2 · 10-2 Вб. Какова сила тока, протекающего по проводнику, если изменения происходят равномерно? (Ответ: I = 0,2 А.) Тема.Правило Ленца.Решение задач. V. Закрепление изученного - Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока? - Как формулируется закон электромагнитной индукции? - Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»? - Что можно сказать о зависимости силы индукционного тока и ЭДС-индукции от скорости изменения магнитного потока через катушку? VI. Решение задач 1. За какой промежуток времени магнитный поток изменяется на 0,004 Вб, если в контуре возбуждается ЭДС индукции 16 В? (Ответ: Δt = 2,5 мс.) 2. Соленоид содержит 100 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменяется от 3 мВб до 1,5 мВб. (Ответ: 0,3 В.) 3. В обмотке на стальном сердечнике с площадью поперечного сечения 100 см2 в течение 0,01 с возбуждается ЭДС индукции 150 В при изменении магнитной индукции от 0,3 Тл до 1,3 Тл. Сколько витков в обмотке? (Ответ: 150.) 4. Проволочная прямоугольная рамка со сторонами 18 см и 5 см расположена в однородном магнитном поле перпендикулярно к силовым линиям. Определите индукцию этого поля, если при его исчезновении за 0,015 с в рамке возникает ЭДС = 4,5 · 10-3 В. (Ответ: ΔВ = 7,5 · 10-3 Тл.) 5. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3 · 10-2 Ом за 2 с изменился на 1,2 · 10-2 Вб. Какова сила тока, протекающего по проводнику, если изменения происходят равномерно? (Ответ: I = 0,2 А.) Тема.Правило Ленца.Решение задач. 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 ферромагнетики? - 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. Правило Ленца: Индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитное поле препятствует любым изменениям магнитного потока, вызывающим появление индукционного тока. Задача По гладким горизонтальным проводящим рельсам, находящимся в однородном вертикальном магнитном поле, движется прямая медная перемычка (см. рисунок — вид сверху). Концы рельсов соединены проводом. Определите, как направлен внутри контура, образованного рельсами, проводом и перемычкой, вектор индукции магнитного поля, создаваемого индуцированным током. Направление определите относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя). Ответ запишите словом (словами). Решение (см. также Правило ниже). По закону Фарадея, индукционный ток в замкнутом контуре возникает в результате изменения магнитного потока через контур. Направление возникающего индукционного тока определяется при помощи правила Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток. Из условия задачи следует, что магнитный поток через рамку уменьшается за счет уменьшения площади контура. Отсюда следует, что, по правилу Ленца в контуре возникнет индукционный ток и индукционное поле, создаваемое этим током, будет сонаправлено с внешним полем. Ответ: к наблюдателю. Проводящий стержень равномерно перемещают по горизонтальным рельсам в однородном магнитном поле с индукцией  линии которого направлены вертикально, снизу вверх (см. рисунок). Наблюдатель смотрит на рельсы и стержень сверху, резистор сопротивлением R1 находится слева от наблюдателя. Точка A лежит в плоскости рельсов. Определите, как направлен относительно наблюдателя (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вектор индукции магнитного поля, создаваемого в точке A вихревым током, который индуцируется в левой части контура. Ответ запишите словом (словами). Решение (см. также Правило ниже). При движении рамки увеличиваются площадь и магнитный поток левой части контура. По правилу Ленца в ней возникнет индукционный ток, вихревое поле которого будет препятствовать увеличению потока, т. е. будет направлено вниз в точке А. Относительно смотрящего сверху наблюдателя вектор направлен от наблюдателя. Ответ: от наблюдателя. От деревянного кольца № 1 отодвигают южный полюс полосового магнита, а от медного кольца № 2 — северный полюс (см. рисунок). Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения. 1) Кольцо № 2 отталкивается от магнита. 2) В кольце № 2 возникает индукционный ток. 3) Кольцо № 1 притягивается к магниту. 4) В кольце № 1 индукционный ток не возникает. 5) В опыте с кольцом № 1 наблюдается явление электромагнитной индукции. Решение (см. также Правило ниже). Дерево не является проводником, поэтому в первом кольце индукционный ток не возникнет, явление электромагнитной индукции наблюдаться не будет. Во втором кольце будет создаваться такой индукционный ток, чтобы получившееся магнитное поле кольца компенсировало уменьшение магнитного потока через кольцо. Созданное таким образом магнитное поле будет взаимодействовать с магнитным полем магнита и кольцо притянется к магниту. Таким образом, верны утверждения 24. Ответ: 24. Тема.Л\р Изучение явления электромагнитной индукции. Ход работы 1. Вставьте в одну из катушек железный сердечник, закрепив его гайкой. Подключите эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику питания. Замкните ключ и с помощью магнитной стрелки (компаса) определите расположение магнитных полюсов катушки с током. Зафиксируйте, в какую сторону отклоняется при этом стрелка миллиамперметра. В дальнейшем при выполнении работы можно будет судить о расположении магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки миллиамперметра. 2. Отключите от цепи реостат и ключ, замкните миллиамперметр на катушку, сохранив порядок соединения их клемм. 3. Приставьте сердечник к одному из полюсов дугообразного магнита и вдвиньте внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра. 4. Повторите наблюдение, выдвигая сердечник из катушки, а также меняя полюса магнита. 5. Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца в каждом случае. 6. Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали. 7. Вставьте в обе катушки железные сердечники и присоедините вторую катушку через выключатель к источнику питания. 8. Замыкая и размыкая ключ, наблюдайте отклонение стрелки миллиамперметра. 9. Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца. Домашнее задание Р - 913; Р - 914. Тема.Закон электромагнитной индуции.Решение задач. Цель: отработка практических навыков при решении задач. Ход урока I. Организационный момент II. Повторение - Что называется ЭДС-индукцией? - Какая формула выражает основной закон электромагнитной индукции? - Как формулируется правило Ленца? - Объясните, как определяется направление индукционного тока в прямолинейном проводнике, движущемся в однородном магнитном поле. Как формируется правило правой руки? III. Решение задач 1. Из провода длиной 2 м сделали квадрат, расположенный горизонтально. Какой заряд пройдет по проводу, если его потянуть за две диагонально противоположные вершины так, чтобы он сложился. Сопротивление провода 0,1 Ом. Вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли равна 50 мкТл.  2. Металлический стержень равномерно вращается вокруг одного из его концов в однородном магнитном поле в плоскости, перпендикулярной к основным линиям поля. Угловая скорость вращения стержня ω = 75 рад/с, его длина l = 0,4 м, магнитная индукция поля В = 0,1 Тл. Найти ЭДС-индукцию стержня. Дано: ω = 15 рад/с, l = 0,4 м, B = 0,1 Тл. ε - ? Решение: Цель: отработка практических навыков при решении задач. Ход урока I. Организационный момент II. Повторение - Что называется ЭДС-индукцией? - Какая формула выражает основной закон электромагнитной индукции? - Как формулируется правило Ленца? - Объясните, как определяется направление индукционного тока в прямолинейном проводнике, движущемся в однородном магнитном поле. Как формируется правило правой руки? III. Решение задач 1. Из провода длиной 2 м сделали квадрат, расположенный горизонтально. Какой заряд пройдет по проводу, если его потянуть за две диагонально противоположные вершины так, чтобы он сложился. Сопротивление провода 0,1 Ом. Вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли равна 50 мкТл. Тема.ЭДС индукции в движущихся проводниках. Цель урока.Дать учащимся понять ЭДС индукции в движущихся проводниках Ход урока Что называют ЭДС индукции в движущихся проводниках ЭДС индукции в проводниках, движущихся в постоянном магнитном поле, соответствует второму типу электромагнитной индукции, обусловленному не переменным внешним магнитным полем, а действием сил Лоренца на свободные заряды проводника. ЭДС индукции, возникающая на концах проводника длиной l, движущегося с постоянной скоростью
под некоторым углом α к вектору индукции
однородного магнитного поля, равна: εi=
=
=
=υBlsinα где А — работа силы Лоренца по перемещению заряда q на пути l,FL — сила Лоренца, действующая на движущийся заряд.  Если такой проводник входит в состав замкнутой цепи, остальные части которой неподвижны, то в цепи возникает электрический ток. Сила тока равна: I=
=
где R — сопротивление нагрузки (лампочки); r — сопротивление проводника, играющего роль внутреннего сопротивления источника тока (сопротивлением соединяющих проводников пренебрегаем). С другой стороны, ту же ЭДС индукции можно получить, используя основной закон электромагнитной индукции εi=−
и формулу Ф=BnS: εi=−
=
В данном случае изменение потока осуществляется не за счет изменения индукции поля, а за счет изменения площади контура, равного ∆S=−lυ∆t. В результате получим: εi=υBlsinα |