Електродвигуни. Електровимірювальні прилади. Гучномовець

Вчитель: Мокра Анна Ігорівна

Предмет: Фізика

Клас: 9

Семестр: І

Розділ: Магнітне поле

Тема: Електродвигуни. Електровимірювальні прилади. Гучномовець

Мета уроку:

Навчальна: сформувати знання про електродвигуни як пристрої для перетворення енергії електричного струму на механічну енергію, про роботу електровимірювальних приладів.

Розвиваюча: розвивати логічне мислення школярів, удосконалювати навички учнів із проведення фізичного експерименту; розвивати навички школярів зі знаходження напряму сили, що діє на провідник зі струмом, уміщений у магнітне поле; продовжити формування у свідомості школярів наукової картини світу шляхом розширення їхніх уявлень про сили у природі.

Виховна: продовжити вироблення в школярів зацікавленості у вивченні фізики, спостережливості, наполегливості, працездатності.

Очікувані результати: учні повинні пояснювати дію магнітного поля на рамку зі струмом; характеризувати електричний двигун як фізичний пристрій, знати принцип дії електровимірювальних приладів.

Тип уроку: комбінований.

Наочність і обладнання: комп’ютер, проектор, підручник, модель електродвигуна.

Навчальні відео: «Рамка зі струмом», «Принцип дії колектора», «Модель електродвигуна», «Гучномовець».

 

План уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП (2 хв)

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ (6 хв)

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ (18 хв)

IV. ЗАКРІПЛЕНЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ (13 хв)

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ (3 хв)

VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ (2 хв)

VII. ВІДПОВІДІ

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Вітання з учнями.

Звіт чергового учня.

Опитування щодо самопочуття.

Учні здають звіти з лабораторної роботи №1.

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

Перевірка опрацювання § 6

Бесіда за питаннями

1. Від чого і як саме залежить магнітна дія котушки зі струмом? Опишіть дослід на підтвердження вашої відповіді.

Магнітна дія котушки зі струмом посилюється, якщо в ній збільшити число витків, збільшити силу струму, ввести всередину котушки осердя, виготовлене з феромагнітного матеріалу.

2. Що таке електромагніт? Опишіть його будову.

Котушку з уведеним усередину осердям, виготовленим з м’ягкомагнітної сталі, називають електромагнітом. Будь який електромагніт має каркас, виготовлений з діелектрика. На каркас щільно намотаний ізольований дріт – це обмотка електромагніту. Кінці обмотки підведені до клем, за допомогою яких електромагніт приєднують до джерела струму. Усередині каркаса розміщене осердя, виготовлене з м’ягкомагнітної сталі.

3. Чому електромагніти набули широкого застосування в техніці?

Електромагніти набули широкого застосування в техніці тому, що їхню магнітну дію легко регулювати – достатньо змінити силу струму в обмотці. Крім того, електромагніти можна виготовити будь яких форм і розмірів.

4. Поясніть принцип дії електромагнітного підіймального крана.

Електромагнітні підіймальні крани переносять важкі залізні болванки, металобрухт тощо. Якщо увімкнути струм – залізні предмети притягуються до електромагніту і їх можна перенести в потрібне місце. Якщо вимкнути струм  - залізні предмети не притягуються і залишаються там, куди їх перенесли.

5. Для чого призначене електромагнітне реле? Опишіть принцип його дії.

Електромагнітні реле – пристрої для керування електричним колом, сили струму в якому сягає сотень і тисяч ампер. Принцип дії електромагнітного реле: замикальний пристрій, установлений на пульті керування, та електромагніт приєднанні до джерела струму з малою напругою на виході, а споживач (наприклад електродвигун) живиться від потужного джерела.

6. Як визначити магнітні полюси котушки зі струмом?

За допомогою правила правої руки. А саме: якщо чотири зігнуті пальці правої руки спрямувати за напрямком струму в котушці, то відігнутий великий палець укаже напрямок на північний полюс котушки.

 

Перевірка виконання домашнього завдання вправа №6 (1,2)

 

Фізичні дослідження, які часто проводять заради «наукової цікавості», в разі вдалого завершення можуть започаткувати новий етап у розвитку техніки.

Саме так сталося з вивченням електромагнітних явищ. Якось, розмовляючи з Майклом Фарадеєм, один державний діяч запитав у нього: «Як ви гадаєте, чи дасть якусь користь електрика?» Фарадей посміхнувся: «Через кілька років ви обкладатимете електрику податком!» Минув час, і зараз наше життя неможливо уявити, наприклад, без електричних двигунів — екологічно чистих, зручних, компактних пристроїв.

Чи знаєте ви як працює електродвигун, амперметр та вольтметр?

 

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Дія магнітного поля на рамку зі струмом

 

Проведемо дослід або перегляд відео «Рамка зі струмом»

 

Візьмемо легку прямокутну рамку, що складається з кількох витків ізольованого дроту, і помістимо її між полюсами магніту так, щоб вона могла легко обертатися навколо горизонтальної осі.

 

а – сили Ампера і повертають рамку ABCD за ходом годинникової стрілки;

б – у положенні рівноваги сили Ампера не повертають рамку, а розтягують;

в – після проходження рамкою положення рівноваги сили Ампера повертають її проти ходу годинникової стрілки.

Урешті-решт через дію сил тертя рамка зупиниться.

 

Проблемне питання

• Як змусити рамку безперервно обертатися в одному напрямку?

(Потрібно, щоб у момент проходження рамкою положення рівноваги напрямок струму в рамці змінювався на протилежний).

 

2. Двигун постійного струму

Проблемне питання

• Як практично використати дію магнітного поля на рамку зі струмом?

Обертання рамки зі струмом у магнітному полі було використано у створенні електричних двигунів.

 

Електричний двигун – це пристрій, у якому електрична енергія перетворюється на механічну.

 

Перегляд відео «Модель електродвигуна» або показ моделі наживо.

 

Модель електродвигуна постійного струму:

1 – ротор; 

2 – статор;

3 – обмотка статора;

4 – колектор.

 

Ротор або якір двигуна, сердечник певної форми, набирається з листів спеціальної сталі, на які намотують ізольований дріт (обмотку).

Статор є постійним магнітом з наконечниками S і N, або електромагнітом (індуктор) та становить єдине ціле з корпусом електродвигуна. Це така частина двигуна, яка слугує для збудження магнітного поля.

Щоб зрозуміти, як працює електродвигун постійного струму, з’ясуємо, як змусити рамку безперервно обертатися в одному напрямку. Неважко здогадатися: треба, щоб у момент проходження рамкою положення рівноваги напрямок струму в рамці змінювався на протилежний.

 

Колектор – пристрій, який автоматично змінює напрямок струму в рамці.

 

 

Пояснення принципу дії колектора або показ відео «Принцип дії колектора»

1 – два півкільця; 2 – металеві щітки; 3 – джерело струму; 4 – рамка.

Після замикання кола рамка внаслідок дії сил Ампера починає повертатися за ходом годинникової стрілки (а). Після проходження положення рівноваги (б) щітки колектора притиснуті вже до інших півкілець (в).

Таким чином, щоб виготовити електричний двигун, потрібно мати: 1) постійний магніт або електромагніт; 2) провідну рамку; 3) джерело струму; 4) колектор.

Електродвигуни постійного струму застосовують в електротранспорті — трамваях, тролейбусах, електровозах, електромобілях, використовують як стартери для запуску двигунів внутрішнього згоряння. У промисловості та побуті частіше застосовують електродвигуни змінного струму.

Електричні двигуни мають істотні переваги перед тепловими. Електродвигуни більш компактні, економічні (їхній ККД сягає 98 %), зручні в застосуванні (їхню потужність легко регулювати), не забруднюють довкілля.

 

3. Принцип дії електровимірювальних приладів.

На повертанні рамки зі струмом у магнітному полі постійного магніту ґрунтується дія електровимірювальних приладів магнітоелектричної системи — гальванометрів, амперметрів і вольтметрів постійного струму.

Схема вимірювального механізму приладу магнітоелектричної системи:

1 – постійний нерухомий магніт;

2 – спіральні пружини;

3 – півосі;

4 – рамка, жорстко закріплена на півосях;

5 – нерухоме осердя;

6 – стрілка;

7 – шкала.

Коли струм у рамці 4 відсутній, спіральні пружини 2 утримують півосі 3, а отже, й стрілку 6 таким чином, що кінець стрілки встановлюється на нульовій позначці.

Коли прилад вмикають у коло, в рамці починає йти струм і внаслідок дії сил Ампера рамка повертається в магнітному полі постійного магніту 1. Разом із рамкою повертаються півосі, а отже, і стрілка.

Під час повертання рамки закручуються пружини й виникають додаткові сили пружності. Коли момент сил пружності зрівноважує момент сил Ампера, повертання припиняється, а стрілка залишається відхиленою на певний кут. Чим більша сила струму в рамці, тим на більший кут відхилиться стрілка і тим більшими будуть покази приладу. Прилади магнітоелектричної системи мають велику точність і високу чутливість.

 

4. Амперметр і вольтметр.

Проблемне питання

• Чи відрізняється принцип дії амперметрів і вольтметрів?

 

За внутрішньою будовою амперметр і вольтметр є практично однаковими; відрізняються лише їхні електричні опори.

Амперметр вмикають у коло послідовно, тому його опір має бути якнайменшим, інакше сила струму в колі значно зменшиться.

Вольтметр приєднують до кола паралельно з пристроєм, на якому вимірюють напругу, отже, щоб сила струму в колі майже не змінювалася, опір вольтметра має бути якнайбільшим.

 

5. Принцип дії електродинамічного гучномовця.

Електродинамічний гучномовець (динамік) – це пристрій, який перетворює електричний сигнал на чутний звук.

Звук випромінюють тіла, які коливаються із частотою від 20 до 20 000 Гц (тобто здійснюють від 20 до 20 000 коливань за секунду)

Перегляд відео «Гучномовець»

Будова електродинамічного гучномовця:

1 – звукова котушка;

2 – дифузор;

3 – постійний кільцевий магніт;

4 – керн;

5 – фланці.

Магнітна система створює магнітне поле, напрямлене перпендикулярно до витків котушки.

Якщо котушкою тече струм, на витки котушки діють сили Ампера, що змушують котушку рухатися вздовж керна, – котушка втягується в зазор кільцевого магніту.

Разом із котушкою коливається і прикріплений до неї дифузор, який «штовхає» повітря, створюючи звукову хвилю, – гучномовець випромінює звук.

 

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. На рисунку зображено рамку зі струмом, яка повертається в магнітному полі постійного магніту. Визначте напрямок струму в рамці.

По лівій стороні рамки вгору, по правій вниз (визначаємо за допомогою правила лівої руки)

 

2. Чому в разі послідовного приєднання вольтметра до кола сила струму в колі значно зменшується?

Вольтметр має великий опір, щоб при паралельному з'єднанні сила струму в колі не зменшилась. При послідовному з'єднанні вольтметра: . Тому сила струму в колі зменшується.

 

3. На затискачах вимірювальних приладів магнітоелектричної системи зазначено полярність («+» і «–»). Що буде, якщо, вмикаючи прилад, не дотриматися полярності?

У магнітоелектричних вимірювальних приладах рамка, а разом з нею і стрілка можуть обертатися як за часовою стрілкою, так і проти неї. За відсутності струму стрілка встановлюється на «0». При правильному підключенні стрілка відхиляється праворуч до потрібної поділки, при неправильному – ліворуч, де шкали немає і стрілка може погнутися.

 

4. На рисунку зображено розріз електродвигуна, по обмотці якого проходить струм. У якому напрямку обертається ротор (якір): за годинниковою чи проти годинникової стрілки?

Ротор обертається проти годинникової стрілки (визначаємо за допомогою правила лівої руки).

 

5.  Визначте полюси електромагніту і напрямок обертання ротора (якоря).

За допомогою правила правої руки визначаємо, що зверху до ротора напрямлений північний полюс електромагніту, а знизу до ротора напрямлений південний полюс електромагніту. Ротор обертається за годинниковою стрілкою (визначаємо за допомогою правила лівої руки).

              

                  Завд. 4                                                              Завд. 5

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Повідомлення учням оцінок.

Бесіда за питаннями

Чи дізналися ви щось цікаве на уроці?

Що вам найбільше сподобалося з уроку?

 

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 7, Вправа № 7 (3,4)

Експериментальне завдання після § 7 – за бажанням.

 

VII. ВІДПОВІДІ

№7

3. Коли прилад магнітоелектричної системи вмикають в коло, в рамці починає йти струм і внаслідок дії сили Ампера рамка повертається в магнітному полі постійного магніту. Разом із рамкою повертається і стрілка вздовж шкали. Якщо, вмикаючи прилад, не дотриматися полярності, то стрілка буде повертатися в інший бік, де немає шкали. Це може зіпсувати прилад.

4.  Тому що електричний струм виробляється переважно за допомогою теплових машин.