Досліди Фарадея. Закон електромагнітної індукції

Про матеріал

Методична розробка уроку з матеріалами для організації самостійної навчально-пізнавальної діяльності учнів та розвитку їх творчих здібностей

Перегляд файлу

ТЕМА УРОКУ. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН

ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

І. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ

Вправа «Мозковий штурм» Завдання. Доповніть речення

Магнітне поле існує навколо …

Магнітна індукція – це …

Сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, називається …

Напрямок сили визначається за допомогою …

Формула для обчислення сили Ампера …

Формула для обчислення магнітного потоку … Назвіть способи зміни магнітного потоку.

Електричний струм – це …

ІІ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Вправа «Спостереження»

Демонстрація 1. Котушку з осердям підключаємо до джерела змінного струму. Зверху на осердя опускаємо алюмінієве кільце. Замикаємо коло

Що сталося з алюмінієвим кільцем? Поясніть.

Пояснити явище ви зможете в ході уроку

Ми з’ясували, що електричний струм завжди створює в просторі магнітне поле. А чи немає зворотного зв’язку? Чи можна за допомогою, наприклад, постійного магніту створити струм у провіднику і таким чином отримати нове джерело електричного струму?

ІІІ. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ І ЗАВДАНЬ УРОКУ

План вивчення теми

1. Досліди Фарадея.

2. Явище електромагнітної індукції.

3. Закон електромагнітної індукції.

4. Правило Ленца.

5. Вихрове електричне поле.

ІV. СПРИЙМАННЯ Й ПЕРВИННЕ УСВІДОМЛЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Верховним суддею всякої фізичної

теорії є дослід… Л. Д. Ландау Міні – дослідження

Завдання. Спробуйте створити у котушці електричний струм. Робота в парах

Обладнання: котушка-моток, постійний магніт, міліамперметр.

Чи є в котушці електричний струм? Чому?

Спробуйте створити у котушці струм, застосувавши надане обладнання.

Поясніть, що є причиною виникнення струму у котушці?

Вправа «Логічний ланцюжок»

Завдання. Відновіть ланцюжок міркувань з проведеного досліду:

https://learningapps.org/25952603

Історія відкриття

Міні-проект. Випереджувальне завдання

Майкл Фарадей народився 22.09.1791 недалеко від Лондона в сім’ї коваля. Він закінчив початкову школу. У віці 13 років поступив на навчання до власника книжної лавки й майстерні, що переплітала книжки. Майкл читав усі труди, що переплітав з фізики, хімії, а також статті з «Британської енциклопедії», повторював в домашній лабораторії експерименти на саморобних пристроях. У 1812 р. один з відвідувачів подарувавФарадею квиток на цикл лекцій у Королівському інституті. Майкл не тільки прослухав, але записав і зшив чотири лекції знаменитого фізика і хіміка Гемфрі Деві, послав йому їх разом з листом і проханням взяти на роботу. На початку 1813 р. 22-річний Майкл почав працювати лаборантом. Дізнавшись про відкриття Х. Ерстеда Майкл Фарадей записав у щоденнику: «Якщо електрика може створити магнетизм, чи не може магнетизм створювати електрику?» і поставив перед собою задачу «Перетворити магнетизм на електрику». Фарадей 10 років витратив на наполегливі експерименти для розв’язання поставленої задачі.

Майкл Фарадей був упевнений в тому, що електричні та магнітні явища − це явища однієї природи. Завдяки своїй завзятості і вірі в неподільність електричних і магнітних явищ, він зробив відкриття, яке увійшло в основу пристрою генераторів всіх електростанцій світу, що перетворюють механічну енергію в енергію електричного струму. Відкриття було зроблено 17 жовтня 1831 року.

Фарадей намотав дві котушки ізольованого дроту навколо залізного кільця. Коли він підключив батарею до однієї з котушок побачив різкий стрибок струму в інший. котушці. А при розмиканні батареї побачив стрибок струму в протилежному напрямку. Зрозумів, що струм індукується тільки коли магнітне поле, що проходить крізь котушку, було змінним. Якби котушки не були намотані на одне кільце, Фарадей помітив би, що вони відштовхуються одна від одної, коли індукується струм через взаємодію їх магнітних полів. Таким чином, завдання поставлене Фарадеєм було вирішене: магнетизм був перетворений на електрику.

Завдання. Сформулюйте визначення явища, заповнюючи проміжки у реченні.

Електромагнітна індукція – це … виникнення … в замкнутому контурі при ……, що пронизує площу, обмежену контуром.

Вправа «Спостереження»

Демонстрація 2. Досліди з електромагнітної індукції. Завдання

Назвіть способи створення індукційного струму в котушці.

Від чого залежить величина і напрямок індукційного струму?

Слідом за Фарадеєм …

Завдання. Створи конспект, заповнюючи проміжки у схемах

Вправа «Фізичний ребус»

Закодоване слово – прізвище вченого, який встановив правило для визначення напрямку індукційного струму.

Вправа «Спостереження»

Демонстрація 3. Дослід з приладом для демонстрації правила Ленца

Завдання. Дайте відповіді на запитання

Чому прилад не обертається, якщо магніт вводити в кільце з розрізом?

Чи можна ввести магніт у суцільне кільце? Як пояснити явища, що спостерігали

Напрямок індукційного струму визначається за допомогою закону збереження енергії.

Правило Ленца: індукційний струм, що виникає у замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє тій зміні зовнішнього магнітного потоку, який збуджує цей струм.

Алгоритм визначення напрямку індукційного струму встановити напрямок ліній індукції зовнішнього магнітного поля; з’ясувати, збільшується чи зменшується потік зовнішнього поля через поверхню;

встановити напрямок ліній магнітної індукції магнітного поля

індукційного струму (за правилом Ленца вони напрямлені протилежно до ліній індукції зовнішнього поля у разі збільшення магнітного потоку та однаково напрямлені – у разі зменшення); визначити напрямок індукційного струму (правило буравчика).

Завдання. Поясніть дослід з алюмінієвим кільцем, який спостерігали на початку уроку.

Теорія Максвела

Змінюючись у часі, магнітне поле породжує вихрове електричне поле

Властивості вихрового електричного поля

Джерело поля – змінне магнітне поле.

Індикатором поля є електричні заряди.

Лінії напруженості вихрового поля являють собою замкнуті лінії.

Робота вихрового поля з переміщення зарядів уздовж замкнутого контуру, не дорівнює нулю.

Вихрове електричне поле не є потенціальним полем.

V. ЕТАП ПЕРЕВІРКИ ПЕРВИННОГО РОЗУМІННЯ

Вправа «Обери правильну відповідь»

Виконайте завдання: https://learningapps.org/25952299

VІ. ЗАКРІПЛЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ І УЗАГАЛЬНЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ

Розв’яжемо задачі разом

Середній рівень

Задача 1. Визначте напрям індукційного струму в котушці?

Задача 2. Магнітний потік через кільце з опором 0,03 Ом змінився на 12 мВб за інтервал часу 2 с. Обчисліть силу струму в кільці, якщо потік змінювався рівномірно.

Дано: СІ: Розв’язання:

R = 0,03 Ом Згідно закону електромагнітної індукції ЕРС

^-3 Вб індукції визначається формулою:

∆Ф = 12 мВб 12·10

t = 2 с 𝜺𝜺𝒊𝒊 = ∆Ф∆𝒕𝒕

εⁱ

За законом Ома для замкнутого кола: І = _R

І − ? I = 𝑅𝑅1·∆Ф∆𝒕𝒕

Перевірка одиниць вимірювання:

[І] = Ом1 ·Вбс = ОмВ = А

І = 1 ·12·102 −3 = 200·10-3 = 0,2 (А)

0,03

Відповідь: І = 0,2 А.

Картка-завдання з алгоритмом розв’язання Середній рівень

Задача. В котушці з 80 витків дроту протягом 5мс магнітний потік змінився від 3 мВб до 1,5 мВб. Визначити ЕРС індукції в котушці.

СІ: Розв’язання:

1. Зміна магнітного потоку: ∆Ф = Ф2 – Ф1 3·10^-3 Вб 2. Згідно закону електромагнітної індукції ЕРС

-3 індукції визначається формулою: ε_i = N^∆Ф_∆t

5·10^-3 с

Обчислення:

1. ∆Ф = 1,5·10^-3 Вб − 3·10^-3 Вб = − 1,5·10^-3 Вб

2. ε_i = 80·−1₅,_·5₁₀·10₋₃⁻³ = 24 (В)

Відповідь: ε_i= 24 В

Завдання. Розв’яжіть задачу за алгоритмом

Задача. В котушці з N витків дроту протягом часу t магнітний потік змінився від Ф1 до Ф2. Визначити ЕРС індукції в котушці

	N	t, мс	Ф₁, мВб	Ф₂, мВб
Група 1	25	160	98	13
Група 2	100	320	24	56
Група 3	200	5	6	10
Група 4	400	0,2	100	900

СІ: Розв’язання:

Обчислення:

Відповідь:

Взаємоперевірка за ключем

	Група 1	Група 2	Група 3	Група 4
Відповідь	𝜀𝜀_𝑖𝑖 = 13 В	𝜀𝜀_𝑖𝑖 = 10 В	𝜀𝜀_𝑖𝑖 = 160 В	𝜀𝜀_𝑖𝑖 = 1, 6 МВ

Достатній рівень

Задача. 1. Скільки витків має містити котушка з площею поперечного перерізу 50 см², щоб при зміні магнітної індукції від 0,2 Тл до 0,3 Тл протягом4 мс в ній збуджувалася ЕРС 10 В?

Розв’язання:

Згідно закону електромагнітної індукції ЕРС індукції визначається формулою:

εi = N∆Ф∆t

Зміна магнітного потоку ∆Ф = ∆ВS = (В2 – В1)S

εi = N (В2−∆Вt1 )𝑆𝑆, N = 𝜀𝜀𝑖𝑖 (B2 −∆ tB1)S

N = 10В·0,1 Тл4 ··5010 ·−310с−4м2 = 80

Відповідь: N = 80.

Задача. 2. У магнітне поле з індукцією 0,1 Тл поміщений контур у формі витка радіусом 3,4 см. Виток зроблений з мідного дроту, площа поперечного перерізу якого 1 мм². Нормаль до площини витка збігається з лініями індукції поля. Який заряд пройде через поперечний переріз витка при зникненні поля?

VІІ. ЕТАП КОНТРОЛЮ І САМОКОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Самостійна робота

Обери рівень завдання і виконай його

№ з/п	Варіант 1	Варіант 2	УРБ
	Зміст завдання
	Початковий рівень
1.	Під час введення в котушку постійного магніту в ній виникає електричний струм. Як називається це явище? А. Електростатична індукція	Дослідження явища електромагнітної індукції послужило основою для створення … А. ...генератора електричного струму	1

	Б. Магнітна індукція В. Електромагнітна індукція Г. Самоіндукція	Б. … теплового двигуна В. … електродвигуна Г. … лазера
2.	Яка фізична величина визначається швидкістю зміни магнітного потоку? А. Індуктивність контуру Б. ЕРС самоіндукції В. ЕРС індукції Г. Магнітна індукція	За якою формулою обчислюється ЕРС індукції в замкнутому контурі? А. BSCos𝛼𝛼 Б. qBυSin𝛼𝛼 В. ∆Ф ∆𝑡𝑡 Г. lВSinα	1
3.	Кількість витків у котушці зменшили вдвічі. Як зміниться ЕРС індукції?	Кількість витків у котушці збільшили вдвічі. Як зміниться ЕРС індукції?	1
	А. Збільшиться в 4 рази	Б. Зменшиться в 2 рази
	В. Збільшиться в 2 рази	Г. Не зміниться
	Середній	рівень
4.	У яких випадках у провідном струм? Позначте всі правильні	у кільці виникає індукційний на вашу думку відповіді.	1
	\
	А. а) Б. б)	В. в) Г. г)
5.	Магнітний потік через замкнений провідний контур протягом 3 мкс рівномірно змінюється від 5 мВб до 20	За 5 мс магнітний потік, що пронизує контур, зменшується від 9 мВб до 4 мВб. Знайти ЕРС індукції в контурі.	2
	мВб. Визначте ЕРС індукції в контурі. А. 100 В Б. 60 В В. 5В Г. 4 В	А. 10 В Б. 65 В. 1В Г. 25 В
	Достатній рівень
6.	Магнітна індукція однорідного магнітного поля змінюється зі швидкістю 20 Тл/с. При цьому у котушці площею перерізу 6 см² збуджується ЕРС індукції 12 В. Вісь котушки паралельна лініям магнітної індукції. Визначити кількість витків у котушці. А. 200 Б. 500 В. 1000 Г. 1200	Нерухомий виток, площа якого 10 см² розташований перпендикулярно лініям магнітної індукції однорідного магнітного поля. Яка ЕРС індукції виникає у витку, якщо магнітна індукція поля рівномірно зростає від 0,2 до 0,7 Тл протягом часу 0, 01 с? А. 0,03 В Б. 0,04 В В. 0,05 В Г. 0,06 В	3
	Високий рівень
7.	Який заряд пройде через поперечний переріз замкнутого провідника з опором 10 Ом при зміні магнітного потоку від 35 мВб до 15 мВб? А. 5 мКл Б. 3,5 мКл В. 2 мКл Г. 1,5 мКл		3

VIII. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Метод «Ключові слова»

Назвіть слова або словосполучення, які є «ключовими словами» даного уроку за методом «Ключові слова», зміст якого полягає у визначені «ключових» слів уроку, тобто основних термінів, які позначають фізичні величини, явища, знання про які були отримані протягом уроку.

IХ. ПОВІДОМЛЕННЯ ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

1. Вивчити за підручником § 44.

2. Розв’язати задачі

Середній рівень

1. Визначте напрям індукційного струму в котушці

2. У замкненій провідній котушці, що має 10 витків проводу, унаслідок рівномірної зміни магнітного потоку на 0,6 Вб індукувалась ЕРС індукції 1,2 В. Визначити час зміни магнітного потоку й силу струму в котушці, якщо її опір дорівнює 0,24 Ом. Достатній рівень

Металеве кільце радіусом 4,8 см розташоване у магнітному полі з індукцією 0,012 Тл перпендикулярно до силових ліній. На його видалення з поля витрачається 0,025 с. Яка середня ЕРС при цьому виникає в кільці?

У середині витка радіусом 5 см магнітний потік змінився на 18,6 Вб за 5,9 мс. Знайти напруженість вихрового електричного поля у витку.

Підготувати міні- проект за темою «Явище електромагнітної індукції в приладах і механізмах»

Х. ЕТАП РЕФЛЕКСІЇ

Для допитливих

Що трясе прилад?

Швейцарський професор Колладон також шукав зв’зок між магнетизмом і електрикою. Одного разу він намотав дві котушки на загальний каркас і, підключивши одну з них до джерела струму, спостерігав, що у другій котушці, приєднаній лише до гальванометра, стрілка підозріло тримтіла

«Мабуть, щось трясе прилад», ─ зробив висновок Колладон і відніс гальванометр у сусідню кімнату. Тепер, замикаючи коло, він вимушений був йти у сусідню кімнату, щоб подивитися на покази приладу. Зрозуміло, що бачити йому доводилося лиш вперто застиглу на нулі стрілку.

Аюмінієвий диск у польоті