МПК Магнитопорошковый метод. Удк 372. 8 53 16 ббк 74. 262. 22 С серия Классический курс основана в 2007 году
 Скачать 6.65 Mb.
|
|
Электростатическое Магнитостатическое Источник поля Виды полей Характер поля Силовые линии поля Поле в веществе Энергия Электрические заряды Однородное и неоднородное, постоянное во времени Потенциальное Незамкнутые Нет в проводниках, есть в диэлектриках Обладает Движущиеся заряды, ток Однородное и неоднородное, постоянное во времени Вихревое Замкнутые Есть в веществе Обладает Таблица Действие магнитного поляна ток Действие магнитного поляна заряд Действие магнитного поляна вещество Взаимодействие токов Электродвигатель Приборы магнитоэлектрической системы Громкоговоритель Кинескоп Масс-спектограф Северное сияние Намагничивание вещества постоянные магниты Магнитная запись информации Движение вещества в магнитном поле. С помощью дидактического материала учитель организует самостоятельную работу по решению задач. Самостоятельная работа Вариант I 1. Определите скорость протона, если в магнитном поле с индукцией 0,02 Тл он описал окружность радиусом 10 см. Определите положение полюсов магнита по действию магнитного поляна ток (рис. Вариант II 1. На прямолинейный проводник длиной 10 см, сила тока в котором 8 А, действует со стороны магнитного поля сила, равная 0,2 Н. Охарактеризуйте магнитное поле. Рис. 11 25 2. Укажите и объясните направление в точке A вектора магнитной индукции тока, изображён- ного на рисунке Домашнее задание упр. нас (Глава II. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ В теме изучается связь переменного магнитного поля и вихревого электрического поля. Таким образом, делается существенный шаг в формировании представлений о едином электромагнитном поле. Последовательность изучения вопросов темы может быть разной. Приведём два варианта планирования уроков. Вариант I 1. Явление электромагнитной индукции. Индукционное электрическое поле. Правило Ленца. 3. Лабораторная работа Изучение явления электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Решение задач. Самостоятельная работа. Вихревые токи и их использование в технике. Решение задач. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Самостоятельная работа. Обобщающее повторение. Электромагнитное поле. Вариант II 1. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Лабораторная работа. Решение задач. Вихревое электрическое поле. Решение задач. ЭДС индукции в движущихся проводниках. Решение задач. Решение задач. Микрофон. Самоиндукция. Самостоятельная работа. Энергия магнитного поля. Электромагнитное поле. Ниже представлены модели уроков по первому варианту. Урок 1. Явление электромагнитной индукции Задачи урока изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения рассмотреть историю вопроса о связи магнитного поля и электрического поля показать причин- но-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции раскрыть сущность явления при постановке опытов. Рис. 12 План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Введение создание мотивации, исторические сведения Изучение нового материала определение понятий электромагнитная индукция, индукционный ток Отработка изученного материала. Подведение итогов. Домашнее задание 20—25 10—15 Сообщение учителя. Запись названия темы Эвристическая беседа. Демонстрация опытов. Выполнение рисунков и записей в тетрадях Решение экспериментальных задач. Ответы на вопросы Выделение главного. Формулировка выводов. Вводная часть урока отводится на создание познавательной мотивации для изучения материала. Ранее в электродинамике изучались явления, обусловленные существованием постоянных во времени (статических и стационарных) электрических и магнитных полей. Вопрос возникают ли новые явления при наличии переменных полей? Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831 г. М. Фарадей. Он решал научную задачу может ли магнитное поле вызвать появление электрического тока в проводнике Явление возникновения в замкнутом проводнике электрического тока при изменении в окружающем пространстве магнитного поля получило название явления электромагнитной индукции. Открытие этого явления внесло существенный вклад в техническую революцию и послужило научной основой современной электротехники. Новый материал рассматривают при последовательной постановке ряда демонстрационных опытов и их обсуждении. Опыт. Наблюдение явления электромагнитной индукции. Электрическая цепь установки изображена на рисунке 13. Оборудование источник постоянного напряжения на 6—12 В, соленоид из большого числа витков, например катушка на 220 В на сердечнике универсального трансформатора, гальванометр от демонстрационного вольтметра, проволочная катушка для лабораторных работ, штатив, провода, ключ. Учитель показывает собранную на столе установку, замыкает ключи все наблюдают явление. Вопросы для обсуждения что мы наблюдаем при замыкании ключа Ответ. Отклонение стрелки прибора на некоторое время) Какие явления происхо- Рис. 13 27 дят при замыкании ключа Ответ. Возникновение электрического тока в соленоиде, возникновение около соленоида магнитного поля, появление в катушке электрического тока и т. д) Как выдумаете, что привело к возникновению электрического тока в катушке Почему ток был кратковременным Почему его сейчас нет, а магнитное поле есть (Фактически в этих вопросах выражена учебная проблема урока) Чем отличается магнитное поле в момент включения и выключения цепи (опыт повторяется) от установившегося магнитного поля (В вопросе уже есть подсказка) В тетрадях рядом с рисунком записывается вывод- факт: изменение магнитного поля вызывает ток. Как описать явление электромагнитной индукции — важнейшая учебная проблема ряда уроков. Начнём решать эту проблему. В частности, надо выяснить, как следует характеризовать переменное магнитное поле. Основная характеристика переменного магнитного поля — магнитная индукция В— может изменяться по модулю и направлению. Однако явление электромагнитной индукции наблюдается и при магнитном поле с постоянной индукцией В(рис. 14). Что же при этом изменяется Ответ. Может изменяться площадь, которую пронизывает магнитное поле или иначе — изменяется число силовых линий, которые пронизывают эту площадь) Для характеристики магнитного поля в области пространства вводят новую физическую величину — магнитный поток Ф (рисунок 2.4 учебника заносится в тетрадь, рядом — формула и единица потока. Следующая учебная проблема урока отчего зависит сила индукционного тока Учащиеся могут высказать гипотезы с помощью учителя можно задать вопрос зависит ли сила тока от быстроты (скорости) изменения магнитного поля Повторяют опыт см. рис. 13): замыкают ключ, передвигают ползунок реостата. Вопросы каким образом в опыте изменяют магнитное поле Ответ. Изменением силы тока, проходящего через соленоид) Зависит ли сила индукционного тока от скорости передвижения ползунка реостата Аргументируйте ответ. Далее следуют другие вопросы в каких случаях (при каком положении катушки) индукционный ток не возникает Почему не наблюдается возникновение индукционного тока, если катушку расположить перпендикулярно оси соленоида (показывают опыт Изменяется ли в этом опыте магнитное поле Ответ. Изменяется) Отчего ещё зависит сила индукционного тока Вопрос непростой. Для ответа желательно выполнить рисунок 15, а, б) Чем различаются ситуации, изображённые на этом рисунке Ответ. В первом случае (см. риса) площадь катушки пронизывает большее число силовых линий магнитного поля во втором случае (см. рис. 15, б) — меньшее) Вывод де- Рис. 14 лает сам учитель, но может и подвести к нему учеников. Вывод: сила индукционного тока зависит не от скорости изменения магнитной индукции, а от скорости изменения потока магнитной индукции. Дальнейший анализ углубляет вывод. Во-первых, для потока магнитной индукции при любом расположении рамки можно записать: Ф = BScos a. Во-вторых, вывод можно представить математически Ф Для обобщающего повторения обсуждают вопросы какими способами можно получить индукционный ток Какими способами можно изменять магнитный поток. Закрепление и отработка материала осуществляются при решении экспериментальных задач. Продемонстрируйте явление электромагнитной индукции, имея следующее оборудование катушку от трансформатора на 220 В, гальванометр, провода, полосовой магнит. Как будет изменяться результат опыта, если два полосовых магнита соединить сначала одноимёнными полюсами, а затем разно- имёнными? 3. Как и почему изменяются результаты опыта, если в соленоид вставить (или из соленоида убрать) сердечник (Ученик демонстрирует опыт.) При решении задач учитель организует беседу. Таким образом он формирует умение вести связный рассказ. По учебнику ученики ещё раз уточняют главные выводы из изученного. Домашнее задание § 7; упр. нас (ЕГЭ); Хрестоматия, с. Урок 2. Индукционное электрическое поле. Правило Ленца Задачи урока ввести понятие вихревое электрическое поле, изучить свойства этого поля сформулировать и использовать правило Ленца; рассмотреть доказательство материальности индукционного электрического поля раскрыть причину явления возникновения индукционного тока. Рис. 15 План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Повторение знаний об электромагнитной индукции Изучение нового материала понятие индукционное электрическое поле, правило Ленца III. Повторение изученного Домашнее задание 25—30 10 Показ опыта. Ответы на вопросы Рассказ. Демонстрация опытов. Ответы на вопросы. Выполнение рисунков. Работа с учебником Решение качественных и экспериментальных задач Запись на доске. Одному ученику учитель предлагает задание подготовить установку и продемонстрировать явление электромагнитной индукции (один из вариантов. Фронтально с классом обсуждают вопросы каковы условия существования электрического тока Ответ. Наличие свободных зарядов и наличие электрического поля) Существует ли в индукционной катушке электрическое поле Отчего зависит сила индукционного тока. Для того чтобы в катушке существовал ток, необходимо наличие электрического поля. Откуда это поле может появиться Из опытов, показанных на предыдущем уроке, ясно, что электрическое поле появляется (и обнаруживается) в результате изменения магнитного поля. Формулируют вывод в пространстве около изменяющегося магнитного поля возникает электрическое поле. Это электрическое полене связано с за- рядами. Таким образом, главное в явлении электромагнитной индукции порождение электрического поля переменным магнитным полем. В замкнутой катушке возникает ток, что и позволяет регистрировать явление. Катушка с гальванометром в опытах по электромагнитной индукции выполняет прежде всего роль индикатора. Индукционное электрическое поле возникает и при отсутствии этой катушки, если в пространстве есть изменяющееся магнитное поле. Каковы же свойства индукционного электрического поля Ответ на вопрос дополняется комментариями таблицы 3. Так как индукционное электрическое поле возникает вокруг переменного магнитного поля, то это значит, что его силовые линии замкнуты. Поле вихревое, не потенциальное. Основные его характеристики — напряжённость, работа по перемещению заряда. Как изобразить вихревое электрическое поле Лучше рассмотреть этот вопрос по рисунку 16, а, б. При обсуждении особо следует отметить, что магнитное поле изменяется стечением времени Направление силовых линий вихревого электрического поля совпадает с направлением индукционного тока. Вопрос для обсуждения как это можно доказать Правило для определения направления индукционного тока впервые сформулировал в 1833 г. профессор Петербургского университета академик Э. X. Ленц. Учитель показывает опыт (рис. 17), задаёт вопросы почему магнит и проволочный виток стоком взаимодействуют при движении магнита В каком случае они будут взаимодействовать именно так (Рассматривают два случая движения магнита) На доске ив тетрадях учащиеся выполняют рисунки (риса, б). Делают вывод индукционный ток всегда противодействует причине, вызвавшей его. Целесообразно сразу же для закрепления знаний использовать учебник (с. 32—33): прочитать о применении правила, рассмотреть рисунки. Логика обсуждения рисунков и опытов следующая при отталкивании магнита и кольца (наблюдаемое явление) ближайшая к магниту сторона кольца стоком имеет тот же полюс, что и у магнита по правилу буравчика определяем направление индукционного тока, а значит, и направление силовых линий вихревого электрического поля. Желательно как можно больше времени на уроке выделить для решения качественных и экспериментальных задач Рис. Рис. Рис. 16 31 1. Как и почему изменяются показания гальванометра при размыкании полюсов магнита металлической пластинкой (рис. 19)? Примечание. Магнит лучше взять от демонстрационного гальванометра. Каково направление индукционного тока в проводнике CD приза- мыкании ключа (рис. 20)? 3. Почему при отклонении металлического кольца его колебания быстро затухают (рис. 21)? IV. Домашнее задание § 8; упр. нас (ЕГЭ); индивидуально П, № Урок 3. Лабораторная работа Изучение явления электромагнитной индукции» Задачи урока продолжить формирование общих и специальных умений применять правило Ленца; проводить опыты по наблюдению электромагнитной индукции различать явление и его сущность планировать эксперимент наблюдать и анализировать явления. Ход урока. Повторение теоретического материала лучше всего организовать в форме решения задач, одновременно проводя опрос по теме. Так, у доски один ученик записывает решение задачи, а другой отвечает на вопрос о правиле Ленца. На рисунках изображены случаи возникновения явления электромагнитной индукции (риса, б. Сформулируйте и решите задачу для каждого случая. Кроме того, фронтально повторяют вопросы в чём заключается явление электромагнитной индукции Отчего зависит сила индукционного тока Каковы особенности вихревого электрического поля Что можно назвать причиной возникновения индукционного тока? Рис. Рис. Рис. Рис. 22 32 II. Лабораторную работу следует проводить по инструкции учебника. Приведём один из вариантов оформления работы. Название. Оборудование (см. учебник. Теория работы включает ответы на вопросы поведение каких объектов изучается Какое физическое явление изучается Какие физические величины, правила, законы описывают явление. Порядок выполнения работы (учебник, с. 414). 5. Контрольные вопросы зависит ли сила индукционного тока от индукции магнитного поля Примечание. Используют магнит от демонстрационного амперметра или керамические магниты) Как продемонстрировать зависимость силы индукционного тока от скорости изменения магнитного потока Примечание. Дополнительно используют реостат на 6 Ом.) В отчёте о работе необходимо потребовать от учащихся выполнения рисунков, соответствующих каждому этапу опыта. На каждом рисунке следует указать положение катушки (или одного её витка) и направление её намотки (жирной линией выделяется часть витка, обращённая к нам, полярность полюсов магнита, направление движения катушки (сердечника или магнита) и направление индукционного тока. Обязательно вычерчивают линии магнитной индукции поля. К каждому рисунку следует дать пояснение с выводом. Домашнее задание П, № 609; упр. нас (Урок 4. Закон электромагнитной индукции Задачи урока изучить закон электромагнитной индукции ознакомить с использованием явления электромагнитной индукции на примере электродинамического микрофона продолжить развитие мышления и формирование мировоззрения школьни- ков. План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Организационный момент Изучение нового материала зависимость индукционного тока (и ЭДС индукции) от числа витков катушки и скорости изменения магнитного потока Закрепление изученного материала Подведение итогов. Домашнее задание 20—25 15—20 Сообщение учителя Беседа. Эксперимент. Записи в тетрадях и надо- ске Решение экспериментальной задачи. Беседа. Наблюдение. Рассказ ученика Сообщение учителя 33 I. После организационного момента урока учитель ставит перед классом учебную проблему установить количественную связь индукционного тока с изменением магнитного потока иначе говоря, сформулировать закон электромагнитной индукции. Записывают тему урока. Затем переходят к решению проблемы. О бору до ван и едва полосовых магнита, магнит подковообразный лабораторный, магнит от демонстрационного гальванометра, осциллограф, электродинамический микрофон, гальванометр демонстрационный, проводник длиной 1—1,2 м, два универсальных трансформатора, провода, выпрямитель, цветные мелки. На классной доске заранее должны быть подготовлены рисунки и схемы. Изучение нового материала организуется поэтапно. Решают экспериментальную задачу Предложите способ, который позволит обнаружить, какой из магнитов намагничен сильнее. Оборудование два магнита один — подковообразный лабораторный, другой — от демонстрационного гальванометра, катушка индуктивности, гальванометр, проводники. Ученики отвечают, что надо по очереди опускать магниты в катушку одними тем же полюсом, меняя магнитный поток. Стрелка будет отклоняться, и по отклонению стрелки гальванометра можно определить, какой магнит сильнее намагничен. Учитель рекомендует в опыте вдвигать магниты за одинаковое время Ученик проводит опыт с магнитами, опуская их одними тем же полюсом, а также разноимёнными полюсами. Делает вывод сила индукционного тока прямо пропорциональна изменению магнитного потока, а изменение магнитного потока будет тем больше заодно и тоже время t, чем сильнее намагничен магнит. Учитель предлагает сделать зарисовку опыта на доске риса, б. Пусть вначале магнитный поток был Ф, затем при движении магнитов увеличили магнитный поток сначала до Ф, потом до Ф. Следовательно, изменение магнитного потока через одну и туже площадку равно: Ф 1 =Ф 1 –Ф 0 , Ф 2 =Ф 2 –Ф 0 Итак, в опыте Ф при t = const. 2. Вопрос как выдумаете выскажите гипотезу, можно ли увеличить силу индукционного тока, имея тоже самое оборудование Ответ. Можно, если изменить время опускания магнитов в катушку) Учитель просит показать это на опыте. Рис. 23 Ученик повторяет опыт, опуская магниты сначала медленно, а затем быстро. Делают вывод сила индукционного тока зависит от времени движения магнита при одинаковом изменении магнитного потока. Вопрос: можно ли утверждать, что существует обратно пропорциональная зависимость силы индукционного тока от времени изменения магнитного потока Ответ. Да, можно.) Как записать второй вывод на доске Ответ) Нельзя ли объединить эти два вывода Ответ Ф) Не напоминает ли вам выражение Ф выражение s t ? Как бы вы его назвали Ответ. Скорость) Учитель говорит, что ответ верный, действительно, выражение Ф называют скоростью изменения магнитного потока. Вопрос как сформулировать вывод. Так как класс работал с индукционной катушкой, на которой несколько сотен витков провода, то возникает вопрос влияет ли число витков насилу индукционного тока Повторяют один из опытов прошлого урока (рис. 24, а—в). Наблюдают возрастание ЭДС индукции при увеличении числа витков. Ученик поясняет, что существует прямая пропорциональная зависимость силы индукционного тока от числа витков. Учитель предлагает обозначить число витков буквой N и уточнить предыдущий вывод N Ф Делают вывод сила индукционного тока в катушке пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, и числу витков в катушке. При изменении магнитного потока через поверхность контура в нём появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС индукции: Ᏹ i = A q Рис. 24 Рис. Рис. Докажем это. По закону Ома I i = R Ᏹ i ; при постоянном сопротивлении имеем I i Ᏹ i . Используя предыдущий вывод Физ двух выражений можно получить, что для контура из одного витка Ф. Так как коэффициент пропорциональности выбирают равным единице, то Ᏹ i = Ф t , где ЭДС не зависит от свойств материала проводника. Вопрос можно ли считать, что закон электромагнитной индукции получен в окончательном виде Ответ. Нет, так как неясен знак Ᏹ i .) Далее необходимо обратиться к рисунку известного опыта (см. риса. (При необходимости эксперимент повторяют) Через поверхность замкнутого контура возрастает магнитный поток. В контуре индуцируется ток I i . Согласно правилу Ленца направление индукционного тока таково, что его магнитное поле Ф противодействует нарастанию магнитного потока, вызвавшего этот ток (рис. 25). Поэтому Ᏹ i 0, и перед выражением Ф надо поставить знак минус. Аналогично рассматривается случай, когда Ф 0 (см. рис. 18, б). Итак, величины Ᏹ i и Ф должны иметь противоположные знаки. Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна умноженной на количество витков скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком N Ф t Данная формула закона полностью описывает явление электромагнитной индукции. Для закрепления материала решают задачи методом эвристической беседы. Как удвоить ЭДС во вторичной цепи, не изменяя её сопротивления Собрана установка (рис. 26). Оборудование трансформатор и катушки к нему, два ярма, выпрямитель ВС-24М, демонстрационный гальванометр, ключ, провода Решение. Катушка 2 может надеваться на сердечник при этом активное сопротивление цепи не меняется. При замыкании ключа первичной цепи гальванометр показывает, например, два деления. Надеваем катушку 2 на сердечник 1 не изменяя вторичной цепи. Показания прибора при отклонении стрелки равны четырём делениям шкалы. (Катушка надета так, что обозначение на ней 12 В оказывается перевёрнутым.) 2. При каком условии ЭДС во вторичной цепи равна нулю? Р е ш е ни е. Перевернём катушку 2 на сердечнике 1, тогда, Ᏹ=0, Учитель ставит вопрос каково практическое значение закона электромагнитной индукции Ответ. В радиотехнике, электротехнике мы имеем дело с индукционными катушками.) Затем класс знакомится с устройством и принципом действия электродинамического микрофона. Ученик по материалу учебника делает доклад, демонстрирует опыт. Домашнее задание § 8, 9*; упр. нас (ЕГЭ); упр. нас. Индивидуально предлагается задач а. Определите ЭДС индукции в контуре ACDE рис. 27), если проводник АС длиной см движется со скоростью 10 см/с в магнитном поле с магнитной индукцией 0,1 Тл. Угол a равен Решение. После краткой записи данных (анализ текста) выделяем физическое явление, которое рассматривается в задаче. Из рисунка видно, что магнитный поток изменяется за счёт изменения площади контура. Идея решения заключается в использовании закона электромагнитной индукции. Выражение для потока магнитной индукции следующее Ф BSsin За время t площадь контура изменяется на S =–lvt. Подставляя все данные в уравнение закона, получаем Blvsin a, Ᏹ i =0,001В. При отсутствии замкнутого контура ЭДС в проводнике АС всё равно возникает. Её природа — действие силы Лоренца. Урок 5*. Решение задач. Самостоятельная работа Задачи урока продолжить формирование умения описывать явление электромагнитной индукции законом Фарадея и правилом Ленца. Ход урока. Мотивация вначале урока обеспечивается как социальной, таки познавательной установкой закон электромагнитной индукции основной закон в данной теме, он полностью описы- Рис. 27 37 вает явление электромагнитной индукции. В нём фактически заключено всё содержание темы. Организуют работу с таблицей. Основной вопрос какова причина возникновения вихревого электрического поля. При решении задач сочетают индивидуальную и коллективную работу, используют учебники задачник. Один ученик готовит решение домашней задачи или задачи, приведённой ниже 1. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3 · 10 –2 Ом за 2 с изменился на 1,2 · 10 –2 Вб. Чему равна сила тока, проходящего по проводнику, если изменение потока происходило равномерно? Вопросы для обсуждения какое физическое явление рассматривается в задаче Каков закон этого явления Достаточно ли применения лишь закона Фарадея для решения задачи Какой ещё закон следует использовать для решения задачи Какое ещё явление наблюдалось Ответ. Явление прохождения электрического тока) В любой ли электрической цепи при её включении происходит явление электромагнитной индукции? У доски решают экспериментальную задачу. Что произойдёт с кольцом при включении электрического тока рис. 28)? Оборудование универсальный трансформатор с катушкой на 220 В, алюминиевое кольцо на нити, выпрямитель ВС 4-12, штатив, провода. Дайте теоретическое решение и проверьте его экспериментально. Ещё один ученик вместе с классом решает другую задачу. Изобразите магнитное поле, линии индукции которого направлены от наблюдателя. Как направлены линии напряжённости вихревого электрического поля, если индукция магнитного поля увеличивается уменьшается? Вопросы для обсуждения какова роль переменного магнитного поля в явлении электромагнитной индукции Всегда ли в случае переменного магнитного поля возникает вихревое электрическое поле Как объяснить опыт с разрезанным кольцом Каковы основные свойства вихревого электрического поля Можно ли утверждать, что переменное магнитное поле и вихревое электрическое поле существуют в единстве? Учитель при решении задачи управляет действиями ученика, может подсказать рациональный вариант выполнения рисунков и др. Далее устно проверяют решения двух задач. Школьники сами должны задавать вопросы отвеча- ющим. Затем дополнительно решают задач у. Рис. 28 38 39 4. При изменении на 0,2 Вб магнитного потока, пронизывающего контур проводника, ЭДС индукции в контуре была равна 4 В. Определите время изменения магнитного потока. В конце решения задачи обсуждается проблема какие физические величины можно определить с помощью закона электромагнитной индукции. Самостоятельная работа выполняется школьниками в рабочих тетрадях. Учитель выборочно берёт три-четыре тетради на проверку в конце урока. Учащимся об этом сообщается заранее (они должны быть к этому готовы. Взаимопроверка может быть организована по-разному: сильные ученики помогают слабым проверяют работы друг друга по вариантами т. д. При решении задач может быть использован учебник. Самостоятельная работа Вариант I 1. За время 5 мс в соленоиде, содержащем 500 витков провода, магнитный поток равномерно возрастает от 7 до 9 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде. Нарисуйте условные схемы опытов по наблюдению явления электромагнитной индукции. Вариант II 1. В каком случае ЭДС индукции в замкнутом проводнике будет больше при изменении пронизывающего его магнитного потока от 12 до 2 Вб в течение 4 с или при его изменении от 2 Вб до нуля в течение 0,1 с Во сколько раз. Составьте задачи по рисунку 29, а, б, запишите их условия, приведите решение. Домашнее задание § 8, 10*; упр. нас, Урок 6*. Вихревые токи и их использование в технике. Решение задач Задачи урока ввести понятие о токах Фуко, представление о демпфировании совершенствовать знания о магнитной записи информации продолжить формирование умения решать задачи на закон электромагнитной индукции раскрыть роль теории для развития техники продолжить развитие творческих способностей при организации индивидуальной работы. Рис. 29 План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Организационный момент Изложение нового материала. Решение задач Подведение итогов. Домашнее задание 15—20 20—25 Информация учителя Рассказ. Демонстрация опытов. Беседа. Работа с рисунками и таблицей Записи в тетрадях и на доске. Эксперимент Сообщение учителя. Учитель рассказывает план работы на уроке. Формы изучения нового материала желательно разнообразить. Можно предложить школьникам подготовить два кратких выступления с постановкой эксперимента. Изложим последовательность изучения токов Фуко. Индукционные токи велики в массивных проводниках из-за малости их сопротивления. Большие токи дают большой нагрев проводников. Индукционные печи (опыт учителя применение токов Фуко в технике, медицине и др. (табл. 6). Способы уменьшения вихревых токов опыт с маятником Вальтенгофена; вывод о единстве положительных и отрицательных сторон явления возникновения индукционных токов. Опыт по демонстрации принципа действия магнитного успокоителя (демпфера общие выводы. После краткого введения, когда учитель рассказывает о токах Фуко, проводится опыт (рис. Вопросы для обсуждения на основе чего мы делаем вывод о прохождении тока по алюминиевому кольцу Какова может быть единственная причина нагревания кольца Какое из колец — алюминиевое или стальное — нагревается сильнее и почему? Далее ставят опыт по демонстрации принципа действия индукционной печи. Используют стандартное оборудование из набора универсального трансформатора. Учащимся предлагают экспериментальное задание поясните, почему при вращении постоянного магнита рис. 31) начинает вращаться диск. Где возможно использование этого явления Оборудование прибор для демонстрации действия вихревых токов и принципа действия спидометра. Рис. Рис. 31 41 Как бороться с вихревыми токами — следующая учебная проблема. Вопросы: почему не нагревается сердечник трансформатора, а нагреваются кольцо 1 и металлический стержень 2 рис. 32)? Почему колебания сплошного маятника (рис. 33) быстро затухают Какую роль выполняет алюминиевая рамка, на которую намотана катушка, в работе прибора магнитоэлектрической системы Разработайте и проведите опыты по выявлению демпфирующей (успокоительной) роли этой рамки. Оборудование демонстрационный вольтметр, выпрямитель В-24М, магнит (лучше от списанного гальванометра). Продолжается формирование представлений о магнитной записи информации, начатое в предыдущей теме. Последовательность изложения вопроса о применении ферритов такова повторение основного свойства ферритов, демонстрация опыта (рис. 34) сдвижением алюминиевого 1 и ферритового 2 колец в магнитном поле (ферритовое кольцо не нагревается, рассказ о применении ферритов. Организуется групповое, коллективное или индивидуальное решение качественных задач. Как и почему изменятся качания магнитной стрелки (керамического магнита, подвешенной на нити, если снизу к ней поднести массивную медную пластинку. Почему колебания стрелки прибора магнитоэлектрической системы затухают быстрее, если его клеммы замкнуты. Одинаковая ли работа совершается привнесении магнита в замкнутую или разомкнутую катушку. Упр. нас. Домашнее задание § 8, 9*, 10*; упр. нас (ЕГЭ); индивидуально П, № Рис. Рис. Рис. 34 Урок 7. Явление самоиндукции. Индуктивность Задачи урока изучить частный случай электромагнитной индукции — самоиндукцию, рассмотреть понятие индуктивность, сформулировать закон самоиндукции организовать решение задач на явление самоиндукции выяснить причину природу) явления самоиндукции показать роль самоиндукции в технике раскрыть сходство и различия в явлениях электромагнитной индукции и самоиндукции. Ход урока. Изучение нового материала начинают с повторения знаний о явлении электромагнитной индукции. Вопросы при каких условиях возникает явление электромагнитной индукции Обязательно ли наличие переменного электрического поля Какими способами можно создать переменное магнитное поле Отчего зависит сила индукционного тока? Сначала выделяют основные особенности нового явления. Поясняют установку (рис. 35, аи демонстрируют опыт. Оборудование дроссельная катушка на замкнутом сердечнике трансформатора, реостат на 30—100 Ом, выпрямитель, лампочки, ключ, провода. Заранее подобран одинаковый накал лампочек. Опыт повторяют. Организуют беседу по вопросам одинаковые ли лампочки и одинаковое ли напряжение на двух параллельных участках цепи Что происходит с лампочками при замыкании и размыкании ключа Ответ. Лампочка Л загорается позднее) Почему так происходит Почему лампочки горят по-разному только в момент включения С какими явлениями это может быть связано (Не на все вопросы школьники могут сразу ответить. Но догадка близка в опыте наблюдается явление электромагнитной индукции.) Беседа продолжается с элементами рассказа. Её цель — проникновение в сущность явления. Вопросы что происходит стоком при включении ключа Ответ. Вцепи возрастает сила тока) К чему приводит наличие вцепи изменяющегося тока Ответ. Возникает изменяющееся магнитное поле) На всех ли участках цепи оно возникает Ответ. Дана всех) А где больше Ответ. Больше на участках катушки) К чему приводит наличие переменного магнитного поля Ответ. К возникновению около него вихревого электрического поля. В проводниках вихревое электрическое поле приводит к возникновению ЭДС индукции.) Рис. 35 Учитель делает вывод в катушке возникает индукционное электрическое поле, противоположное по направлению стационарному. Явление возникновения ЭДС индукции в том же проводнике, по которому идёт изменяющийся токи около которого возникает переменный магнитный поток, получило название самоиндукции. На схеме обозначают направление стационарного электрического поля источника и направление индукционного поля (один из учеников делает это на доске. Вопрос когда же исчезнет индукционное поле Ответ. Когда прекратится изменение тока в катушке.) Решают экспериментальные задачи. Почему неоновая лампочка (рис. 35, б) не всё время горит, а только вспыхивает в момент выключения электрического тока Почему лампочка Л для успешного проведения опыта должна быть выкручена. Почему изменяется яркость вспышки лампочки при смене катушки на сердечнике трансформатора (см. риса. Зависит ли явление самоиндукции в проводнике от свойств проводника От каких свойств проводника зависит явление самоиндукции в проводнике? Далее об индуктивности можно прочитать материал в учебнике, записывая формулы Ф B I Ф Ф = – I t Ᏹ is ®1Гн= 1 1 B A c = 1 B · Итоговый вывод можно сформулировать в виде ответа на вопрос отчего же зависит индуктивность Затем следует решение экспериментальной задачи Изменятся ли результаты опыта (см. риса, если убрать сердечник трансформатора Чем это можно объяснить? Техническое применение самоиндукции раскрывают при обсуждении вопросов почему при размыкании электрической цепи рубильником возникает искра или разряд Почему при отрыве скользящего контакта троллейбуса от воздушного провода возникает искра. Изучение нового материала уже включает в себя и его отработку. Дополнительно для усвоения изученного материала следует решить задачи. Две катушки подключены к источнику постоянного напряжения. На рисунке 36 приведены графики изменения силы тока в катушках стечением времени. Какая катушка обладает большей индуктивностью В какой момент времени ЭДС самоиндукции была наибольшей Одинаково ли активное сопротивление у катушек 2. Какая из катушек обладает большей индуктивностью (рис. 37, а—в)? 3. Почему при размыкании электрической цепи (рис. 38) работает электрический звонок, горит неоновая лампочка, а лампочка накаливания не горит Почему при отключении звонка неоновая лампочка не горит, а горит лампочка накаливания Оборудование выпрямитель ВС-24М, модель звонка, катушка на 220 В на замкнутом сердечнике трансформатора, лампочка на 3,5 В, неоновая лампочка, провода, ключ. Как и почему изменится накал лампочки, соединённой последовательно с катушкой, если замкнуть магнитопровод, снять катушку с сердечника Оборудование выпрямитель ВС-24M, лампочка на 3,5 В, дроссельная катушка, содержащая 3600 витков, реостат на 100 Ом, провода, ключ. Чему равна индуктивность соленоида, если при силе тока 5 А через него проходит магнитный поток 50 мВб? III. В заключение ещё раз отвечают на вопросы какое явление получило название самоиндукция Какова причина этого явления Как его можно обнаружить Как следует понимать индуктивность катушки? При подведении итогов используют таблицу 7. Вопросы что характеризует магнитный поток Как изменяется магнитное поле в случае самоиндукции Отчего зависит индуктивность катушки. Домашнее задание § 11; П, № 620, Урок 8. Энергия магнитного поля. Самостоятельная работа Задачи урока ввести понятие энергия магнитного поля продолжить формирование умения описывать явление электромагнитной индукции физическими величинами и законами продолжить формирование мировоззрения школьников на основе развития представлений о материальности магнитного поля, связи электрического и магнитного полей. Рис. Рис. Рис. 38 46 План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Введение порядок работы на уроке, задачи урока Углубление знаний и изучение нового материала Самостоятельная работа. Контроль знаний и умений Домашнее задание 10—15 25—30 Сообщение учителя Эксперимент. Рассказ. Беседа. Записи в тетрадях Записи в тетрадях. Работа с учебником. Решение задач Запись на доске. Комментарий учителя При ином планировании выполнение самостоятельной работы переносится наследующий урок. Введение. При изучении физики в 7—9 классах мы убедились, что физические процессы обусловливаются передачей энергии от одного физического объекта к другому, переходом энергии из одного видав другой, сохранением полной энергии замкнутой физической системы. Вопрос как происходит преобразование энергии при самоиндукции Рассматривают опыт. При замыкании ключа (рис. 39) источник тока совершает работу по возникновению и поддержанию электрического тока. Однако сначала, когда ток увеличивается, часть энергии идёт на создание возрастающего магнитного поля в свою очередь, энергия магнитного поля, пока оно изменяется, переходит в энергию вихревого электрического поля. Последнее складывается со стационарным полем источника тока. При замыкании цепи вихревое электрическое поле направлено против стационарного, при размыкании цепи наоборот. Таким образом, при размыкании цепи вихревое электрическое поле некоторое время поддерживает существование тока. Энергия, запасённая в магнитном поле, переходит во внутреннюю и световую энергии при образовании искры, вспыхивании лампочки. Получить выражение для энергии магнитного поля — основная учебная проблема изучения нового материала. Рационально дать вариант ответа с использованием аналогии между самоиндукцией и инерцией в механике индуктивность — масса, сила тока — скорость, энергия поля — кинетическая энергия. Отсюда для энергии магнитного поля, которая равна энергии индукционного тока, получаем выражение = 2 Рис. 39 Повторяют главное. Вопросы обладает ли магнитное поле энергией На основе чего можно сделать такой вывод Ответ. При размыкании ключа в опыте лампочка ещё некоторое время горит. Значит, совершается работа. Это может произойти за счёт запаса энергии магнитного поля) Может ли переходить энергия магнитного поля в энергию электрического поля Ответ. Может) Может ли быть наоборот Ответ. Да) Можно ли утверждать, что полная энергия магнитного и вихревого электрического полей в явлении электромагнитной индукции всегда равна максимальной энергии магнитного поля Аргументируйте ответ. Откуда она взялась, за счёт чего она образовалась Ответ. За счёт источника тока. Значит, можно сказать, что для получения искры расходовалась энергия источника тока. Так как тема невелика и возможности для отработки умений небольшие, то следует продолжить формирование умений при выполнении самостоятельной работы. Самостоятельная работа Вариант I 1. В катушке при увеличении за время 0,01 с силы тока от 1 до 2 А возникает ЭДС самоиндукции, равная 20 В. Определите индуктивность катушки и изменение энергии её магнитного поля. Составьте задачи по рисункам учебника. Сформулируйте идеи их решения. Вариант II 1. Проводник AC рис. 40) длиной 1 ми сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. К проводнику подведено электрическое напряжение, равное 1 В. Чему равна сила тока в проводнике, если проводник покоится движется вправо со скоростью 4 мс Возможно ли такое движение проводника, при котором суммарный ток равен нулю? Р е ш е ни е. Задача сложнее, чем приведённые ранее. Главное разобраться в явлениях. Проводник покоится, ноток идёт; причина — источник тока. Сила тока определяется по закону Ома для участка цепи. При движении проводника наблюдаем ещё одно явление — возникновение ЭДС индукции. Направление силовых линий магнитного поля индукционного тока определяется по правилу левой руки. Практически очевидно, что может быть такая ситуация, при которой суммарный ток будет равен нулю. Ответ. А, I 2 =0,3А.) Рис. 40 49 2. Перечислите основные свойства вихревого электрического поля и средства его описания. Домашнее задание § 11, 12* (1, 2); две задачи на выбор упр. нас) или П, № Урок 9*. Обобщающее повторение. Электромагнитное поле Задачи урока продолжить формирование понятий переменное магнитное поле, переменное электрическое поле обосновать введение единого понятия электромагнитное поле обобщить знания о явлении электромагнитной индукции. Ход урока. Два ученика у доски готовят ответы по одной из задач из двух вариантов самостоятельной работы. Фактически они приводят примеры решения этих задач. В это время класс вместе с учителем обсуждает решение какой-либо другой задачи. Вопросы какое физическое явление рассматривается Какими законами оно описывается. Вначале обобщающего повторения учитель задаёт вопросы какое основное физическое явление мы изучаем в теме Какие физические объекты были основными? Далее повторяют свойства полей (см. табл. 3). Таблицу у доски разбирает ученик, который может быть предупреждён заранее. Другой ученику доски выполняет задание по карточке заполняет таблицу 8 (дана её форма). Таблица Основные законы и физические величины Физические явления или объекты ЭДС индукции Ᏹ i =–N Ф t Явление электромагнитной индукции переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое, а в замкнутом проводнике ток ЭДС самоиндукции Ᏹ is = L I t Явление самоиндукции Индуктивность Характеристика свойств проводника и окружающей среды Энергия W LI = 2 Характеристика магнитного поля По возможности решают задачу или повторяют решение задач по записям в тетрадях 50 III. Предлагаем последовательность изучения электромагнитного поля. Вихревое электрическое поле порождается переменным тоже вихревым) магнитным полем. На рисунке 41, а, б показано возрастающее магнитное поле и зависимое от него вихревое электрическое поле. Вопрос: может ли переменное электрическое поле порождать переменное магнитное поле В вопросе суть гипотезы Максвелла. На рисунке 42, а, б изображён сам процесс. Переменные электрические и магнитные поляне могут существовать друг без друга. Их взаимосвязь позволяет сделать вывод о существовании единого электромагнитного поля. Показывают опыт с цепочкой Брегга (рис. 43). Оборудование два-три замкнутых сердечника от универсального трансформатора, катушки от прибора Магнитное поле кругового тока или другие, гальванометр, источник тока аккумулятор или выпрямитель ВС 4-12), ключ, провода. Ключ замыкают на доли се- кунды. Вопросы для обсуждения что происходит впервой катушке при замыкании ключа К чему это приводит Что происходит при пронизывании переменным магнитным полем второй катушки Так рассматривается вся цепочка причинно-следственных отношений. Опыт позволяет моделировать процесс распространения электромагнитного поля. При замкнутом ключе стационарное электрическое поле и ток создают постоянное магнитное поле, которое не может во второй катушке создать электрическое поле. Наследующем уроке один из школьников должен повторить опыт и объяснить его. При подведении итогов урока ещё раз обсуждают вопросы какое явление изучалось в пройденной теме В чём оно состоит Какова его природа Каков закон этого явления? Домашнее задание § 12* (3, 4); упр. нас (Рис. Рис. Рис. 43 Часть II. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Идея изучения колебаний и волн разной природы водном разделе существует давно. В новом издании учебника она также реализована. Прич тком разделении природы рассматриваемых явлений единообразное их описание даёт преимущество в формировании умений школьников. Авторы учебника особо под- чёркивают, что в физике разработаны достаточно универсальные модели описания явлений. Умение их использовать — во многих случаях залог успеха. К таким моделям относится математическая модель колебательного движения — дифференциальные уравнения колебаний. Идею и логику использования этой модели школьники могут усвоить. Помимо этого, при изучении всех тем раздела сохраняется общий подход к рассмотрению физических явлений (табл. Все физические явления происходят с какими-либо физическими объектами ив итоге проявляются в движении (изменении состояния) этих объектов. После выделения, а таким образом, и определения явления необходимо указать его характеристики физические величины, принципы, модели, законы, теории. Можно описать явление в целом, можно это сделать более точно (что, естественно, труднее. Нонет абсолютно точного знания в физике. Всё имеет свои границы применимости. Общая установка для формирования мотивации учения такова для чего же нужны физические знания, порой такие сложные Ответ. Для понимания мира, в котором мы живём, для формирования умений видеть и решать различные проблемы изученные понятия и законы можно применять во многих сферах жизни.) |