Урок «Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції»

Бродівський ОЗЗСО І – ІІІ ступенів №4

Конспект уроку з фізики

на тему

«Електромагнітна індукція.

Закон електромагнітної індукції»

Підготувала:

вчитель фізики

Батенчук Н. П.

2022

Конспект уроку з фізики в 11 класі

Тема:Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції

 Мета уроку:

  Освітня - поглибити поняття про явище електромагнітої індукції;

використати історичний матеріал  для доведення того, що пізнання навколишнього світу тривалий і складний процес.

 Розвиваюча – подальший розвиток навичок дослідницької діяльності;

розвивати логічне мислення та вміння пояснити результати дослідів;

подальший розвиток вмінь спостерігати, порівнювати, застосовувати раніше засвоєнні знання в новій ситуації, міркувати, аналізувавати, робити висновки.

 Виховна – на прикладі біографічних фактів з життя М. Фарадея, показати цілеспрямованість і працьовитість вченого;

подальше формування культури праці та дбайливого ставлення до приладів.

Тип уроку: Комбінований.

Обладнання та наочність: інтерактивна панель moza book, гальванометр демонстраційний, котушки, магніти, провідники, кільця Ленца, підручник, картки, QR-коди .

План уроку:

1. Організаційний етап. Робота з картками настрою.

2. Актуалізація опорних знань.

А) Бесіда за питаннями.

Б) Тестові завдання (додаток 2).

3.               Повідомлення теми, завдань,  цілей уроку.
4.               Вивчення нового матеріалу

      План

• Досліди Фарадея
• Визначення явища електромагнітної індукції
• Закон електромагнітної індукції
• Правило Ленца

А) Історична довідка.

Б) Мотивація навчальної діяльності (використання відео 3D – бібліотеки moza book).  Electric motors

В) Демонстраційний експеримент. Створення проблемної ситуації.

5. Закріплення вивченого матеріалу

А) Тестові завдання

Б) Розв’язування задач.

6.               Підсумки уроку

7.   Рефлексія.

A) Вправа «Резюме»

Б) Вправа «Побажання учням через QR-коди»

8. Домашнє завдання

Хід уроку

1. Організаційний етап

Привітання з учнями та гостями. Перевірка присутніх на уроці учнів.

Налаштування учнів на позитивну атмосферу.

На початку уроку мені хотілося б згадати слова Мольца: «Щастя – просто настрій, коли переважають думки». Якщо ви будете чекати, доки обставини дозволять вам думати про приємне, то може статися так, що ви проведете в очікуванні все життя. Думка – господар життєвої енергії, капітан життя. Нехай кожен із вас зараз збереться зі своїми думками, пригадає вивчений матеріал і налаштується на активну роботу. Я бажаю вам успіху.

 У вас на столі лежать картки , з якими ви будете працювати протягом уроку. (додаток 1). Прошу поставити мітку у картці настрою у рядку На початку уроку під тією картинкою, яка відповідає вашому настрою зараз.

Епіграфом уроку я обрала слова В.Сухомлинського: «Добрим є те навчання, під час якого діти навчаються самі, а вчитель організовує й спрямовує їхню пізнавальну діяльність». Сподіваюся, що мені сьогодні це вдасться.

2. Актуалізація опорних знань

А) Бесіда за питаннями

• Що таке магнітне поле? (форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками або це зміна простору навколо намагнічених тіл).
• Що є силовою характеристикою магнітного поля? (вектор магнітної індукції В, який характеризує величину і напрям магнітного поля у цій точці і може мінятися з плином часу).
• Що називають магнітним потоком? (потік вектора магнітної індукції ).

• Про що свідчить дослід Ханса Ерстеда? (демонстрував студентам досліди з нагріванням провідників електричним струмом. Під час одного з дослідів він помітив, що при проходженні електричного струму по провіднику магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхиляється від напрямку «північ-південь». У разі відсутності струму знов встановлюється вздовж ліній магнітного поля Землі. Учений з’ясував, що електричний струм чинить певну дію на магнітну стрілку.

Б) Тестові завдання (додаток 2). Прошу зробити відмітки в картках.

3. Повідомлення теми,  завдань, цілей уроку.
4. Вивчення нового матеріалу

      План

• Досліди Фарадея
• Визначення явища електромагнітної індукції
• Закон електромагнітної індукції
• Правило Ленца

А)Історична довідка.

Дослідження явищ електромагнітної індукції розпочалися після відкриття Ерстедом  явища виникнення навколо провідника зі струмом магнітного поля. Виявлена Ерстедом 1820 року дія електричного струму на магнітну стрілку показала, що електричні та магнітні явища, які вважалися до цього ізольованими, взаємозалежні. Однак цей дослід показав тільки один бік цього зв'язку — породження магнітного поля електричним струмом. Англійський фізик Майкл Фарадей, довідавшись про досліди Ерстеда, узявся до пошуків зв'язку магнітних явищ із електричними. Пошуки Фарадея тривали від 1821 до 1831 р. Після понад 16 тисяч дослідів англійський фізик і хімік М. Фарадей одержав електричний струм за допомогою магнітного поля постійного магніту.  Він виявив неабияку винахідливість, наполегливість і завзятість, поки, нарешті, не одержав електричний струм за допомогою магнітного поля. Час показав, яке велике значення мало його відкриття. Повторюючи слова Гельмгольца, можна з повним правом сказати: «Поки люди будуть користуватися благами електрики, вони будуть пам'ятати ім'я Фарадея». У 1821 році Майкл Фарадей поставив перед собою завдання: створити електричний струм за допомогою магнітного поля.

Біографія М. Фарадея (відеофільм)

Б) Мотивація навчальної діяльності (використання відео 3D – бібліотеки moza book).  Electric motors

1.Interaction  between electric current - Взаємодія між електричним струмом і магнітним полем. 

Ось як виглядає магнітне поле прямого провідника зі струмом.

За яким правилом визначають напрям силових ліній магнітного поля? (за правилом свердлика). 

Перевірка на уважність – поставити на місце правильні слова :

Conductive wire – провідний струм.

2. Bent wire – Зігнутий провідник.

Так виглядає магнітне поле зігнутого провідника зі струмом.

 Перевірка на уважність – поставити на місце правильні слова :

Magnetic inductions lines – лінії магнітної індукції.

3.The coil as electromagnet – Котушка як електромагніт.

Такий вигляд мають багато витків зі струмом, тобто котушка.

Перевірка на уважність – поставити на місце правильні слова :

Iron core – залізна серцевина.

В) Демонстраційний експеримент.

Як казав Ейнштейн: «Фізика  - наука експериментальна»

• Які експерименти підтверджують існування явищ електромагнітної індукції ? (учні демонструють експерименти з гальванометром і котушкою – струм виникає коли рухається магніт або котушка.)(випереджуюче завдання)

 Повторюємо досліди Фарадея.

Візьмемо котушку, помістимо всередину неї постійний магніт і з'єднаємо котушку з гальванометром (рис. а). Виймаючи магніт з котушки, помітимо, що під час руху магніту стрілка гальванометра відхиляється ліворуч (рис. б).

Але як тільки рух магніту припиняється, стрілка приладу повертається на нульову позначку. Тепер уведемо магніт у котушку. Під час руху магніту стрілка гальванометра знову відхиляється, тільки в іншому напрямку — праворуч (рис. в). Після припинення руху магніту стрілка так само повертається на нульову позначку. Таким чином, електричний струм у котушці виникає тільки тоді, коли магніт рухається відносно котушки. Слід зазначити, що не тільки рух магніту відносно нерухомої котушки викликає в останній електричний струм.

Явище виникнення електричного струму в замкненій котушці можна спостерігати також, якщо рухати саму котушку відносно нерухомого магніту або змінювати силу струму в іншій котушці, яка разом з досліджуваною надіта на спільне осердя.

• Який висновок можна зробити щодо виникнення індукційного струму в провіднику

1. Електричний струм виникає тільки в ті моменти, коли магніт перебуває в русі
2. Виникає при зміні магнітного потоку, що пронизує контур
3. Магнітний потік змінюється у випадках:

• змінюється  площа витка,
• кількість ліній магнітної індукції,
• кут між нормаллю і вектором магнітної індукції.

Проблемне запитання. А чому струм виникає коли рухаємо магніти відносно котушки?

4.Induction – Індукція.

Фізичний зміст магнітної індукції

Перевірка на уважність – поставити на місце правильні слова :

Moving magnet – залізна серцевина.

Coil – котушка.

• З’ясуємо від чого залежить сила індукційного струму і його напрямок (учні роблять висновки):

     1)  значення сили струму залежить від швидкості внесення магніту в котушку, тобто від швидкості зміни магнітного потоку і величини індукції магнітного поля;

    2) напрям струму залежить від того, яким полюсом вносять магніт в котушку;  і від того вносять чи виносять магніт з котушки.

• Яка сила діє на вільні заряди, і що є дійсною причиною виникнення струму в замкнутому провіднику?  (робота з підручником параграф 16, ст.79).
• З’ясуйте фізичний зміст закону електромагнітної індукції.

   Під час зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, у контурі на вільні заряди діють сторонні сили, дія яких характеризується ЕРС індукції.

Виникнення індукційного струму в котушці пояснюється виникненням ЕРС індукції в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку. І як випливає з досліду, ЕРС буде визначатися швидкістю зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром. В цьому і полягає фізичний зміст закону електромагнітної індукції.

                 ЕРС індукції прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через площу, обмежену контуром замкнутого провідника - закон електромагнітної індукції. Якщо ЕРС індукції спостерігається в котушці з N витків, то її величина буде відповідно в N разів більшою, ніж для одного витка . ЕРС індукції, як і електрорушійна сила будь-якого іншого походження, вимірюється у вольтах.

 Знак  залежить від знака швидкості зміни магнітного потоку:

             Ф >0    « +»                Ф <0  «-»

Закон  електромагнітної індукції називають законом Фарадея або законом Фарадея – Максвелла (Максвелл цей закон описав).

Напрям індукційного струму в контурі визначається правилом Ленца.

(експеримент з кільцями)
( Наближаємо магніт до кільця, що має розріз, –нічого не відбувається, то, зрозуміло: індукційний струм не виникає, магнітне поле відсутнє, яке б взаємодіяло б із зовнішнім магнітним полем.

При наближенні магніту до  суцільного кільця, (незалежно від того яким полюсом наближати магніт) воно завжди відштовхується. Якщо витягувати магніт – кільце притягується до магніту)

• Які причини відштовхування або притягання кільця до магніту?
  1. При наближенні магніту
  При наближенні полюса магніту кільце відштовхується від нього. Тобто воно веде себе як магніт, у якого такий самий полюс, як магніту. Якщо ми наближаємо північний полюс магніту, то вектор магнітної індукції кільця з індукційним струмом направлений в протилежну сторону щодо вектора магнітної індукції північного полюса магніту.

2. При видаленні магніту із кільця
При видаленні магніту кільце тягнеться за ним. Отже, з боку  магніту у кільця утворюється протилежний полюс. Вектор магнітної індукції кільця із струмом спрямований у ту ж сторону, що і вектор магнітної індукції  магніту, що віддаляється від кільця.

• Відштовхування чи притягання кільця магнітом залежить від напряму індукційного струму. Тому закон збереження енергії дає змогу сформувати правило, яке дає змогу визначити напрям індукційного струму в будь-якому випадку: (учні знаходять у підручнику) індукційний струм у замкнутому контурі має такий напрям, що створений ним магнітний потік через площу, обмежену контуром, прагне компенсувати ту зміну магнітного потоку, яка викликає даний струм.

Це правило називається… (правилом Ленца)

1. Визначити напрям ліній магнітної індукції В зовнішнього магнітного поля.
2. Зясувати, збільшується потік магнітної індукції цього поля через площу цього контура чи зменшується.
3. Встановити напрям ліній магнітної індукції В_і магнітного поля індукційного струму І_{і .} ці лінії мають бути напрямлені протилежно лініям В при  Ф>0, і мати однаковий з ними напрям при Ф< 0.
4. Знаючи напрям ліній магнітної індукції В_і , знайти напрям індукційного струму І_{і ,} користуючись правилом «свердлика» чи правилом правої руки.
5. Закріплення вивченого матеріалу

Згідно з висловом Арістотеля: «Розум полягає не лише в знаннях, а й в умінні ці знання застосовувати».

А) Тестові завдання, створенні в режимі moza book  (поставити відповіді в картках оцінювання)

1) Індукційний струм не виникає тоді, коли магнітний потік, що пронизує контур…

А) зростає;

Б) не змінюється;

В) спадає.

2)  Як визначити напрямок індукційного струму?

А) за допомогою правила лівої руки;

Б) за допомогою правила Ленца;

В) за допомогою правила свердлика.

3) Хто відкрив явище електромагнітної індукції?

А) Лоренц;

Б) Ленца;

В) Фарадей.

Б) Розв’язування задач.

Задача 1. За 5 мс у котушці, що містить 500 витків проводу, магнітний потік рівномірно зменшується з 7 до 3 мВб. Визначити величину ЕРС індукції в котушці.

Задача 2.  Яку кількість витків має котушка з площею поперечного перерізу 50 кв.см., якщо в ній за зміни магнітної індукції від 0,2 до 0,3 Тл протягом 4 мс виникає ЕРС індукції 10 В.

8.               Підсумки уроку

Застосування електромагнітної індукції.

 Явище електромагнітної індукції використовується у генераторах електричного струму , трансформаторах, динамомашинах, лічильниках електроенергії тощо, тобто є основою виробництва й споживання електричної енергії. (відео 3D)

В яких електроприладах використовують електродвигуни? (очікувані відповіді учнів: в годиннику, у вентиляторі мікрохвильової печі, в пральній машині, в комп'ютерних вентиляторах, в кондиціонері, в соковижималці,  в магнітофоні; в електродинамічному  мікрофоні, в індукційних плитах)

Із сказаного можна зробити висновок: завдяки  відкриттю явища електромагнітної індукції людство навчилося виробляти електричну енергію й розвивати промисловість. Саме завдяки йому ми можемо користуватися всіма благами цивілізації: світлом, теплом, радіотелеграфом, численними та різноманітними електроприладами, які роблять життя комфортним і приємним. 

9.   Рефлексія.

Отже, чи досягли ми очікуваних результатів?

Що ж наш урок підходить до завершення. У тій атмосфері й обстановці, у якій ми сьогодні працювали, кожен із вас почувався по – різному. І зараз мені хотілося б, щоб ви оцінили на скільки комфортно вам було на цьому уроці і чи сподобалось вам те, чим ми сьогодні займалися. Візьміть, будь – ласка, картки настрою та відмітьте ту клітинку, яка вам підходить.

A) Вправа «Резюме»

Учні письмово відповідають на серію запитань, які відображають їх ставлення до уроку .

• Що не сподобалося під час занять?
• Що сподобалось?
• Які питання залишилися після занять?

Б) Вправа «Побажання учням через QR-коди»

 «Бажаю радіти кожному дню, летіти до успіху, долати будь-які труднощі, завжди знаходити своє місце під сонцем у цьому житті».

10.          Домашнє завдання

 І рівень: §16 , дати відповіді на питання; ІІ рівень: § 16, дати відповіді на питання, створити словник з теми; ІІІ рівень: § 16, дати відповіді на питання, впр. № (завдання №145, 146, 151) на ст. 85.

Дякую всім за урок! Урок завершено. На все добре!

Додаток 1Прізвище та ім’я учня…………………………………………………..

Додаток 1

Додаток 2

 Додаток 3

•  Що не сподобалося під час уроку?
• Що сподобалось?
• Які питання залишилися після уроку?

Додаток 2