Електромагніти та їх застосування

Вчитель: Мокра Анна Ігорівна

Предмет: Фізика

Клас: 9

Семестр: І

Розділ: Магнітне поле

Тема: Електромагніти та їх застосування

Мета уроку:

Навчальна: сформувати знання про електромагніти та сферу їхнього застосування.

Розвиваюча: розвивати логічне мислення учнів, продовжити формування фізичного стилю мислення школярів шляхом розвитку вміння виявляти причинно-наслідкові зв'язки між явищами дійсності; продовжити формувати у свідомості школярів наукову картину світу шляхом розширення їхніх уявлень про електромагнітне поле.

Виховна: продовжити виховання інтересу школярів до фізики як науки та навчального предмета; прищеплювати цілеспрямованість і наполегливість.

Очікувані результати: учні повинні усвідомити, від чого залежить магнітна дія котушки зі струмом, давати означення електромагніта, пояснювати його будову, знати, де застосовують електромагніти. розуміти принцип дії електромагнітного підіймального крана та принцип дії електромагнітного реле.

Тип уроку: комбінований.

Наочність і обладнання: комп’ютер, проектор, підручник,  джерела струму, котушка, реостат, амперметр, залізний циліндр, динамометр, електромагніт, роздатковий матеріал.

Навчальні відео: «Залежність дії магнітного поля котушки від сили струму в ній», «Залежність дії магнітного поля котушки від осердя», «Модель електромагніту», «Електромагнітний підіймальний кран», «Принцип дії електромагнітного реле».

 

План уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП (2 хв)

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ (7 хв)

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ (10 хв)

IV. ЗАКРІПЛЕНЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ (18 хв)

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ (6 хв)

VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ (2 хв)

VII. ВІДПОВІДІ

 

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Вітання з учнями.

Звіт чергового учня.

Опитування щодо самопочуття.

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ 

Перевірка опрацювання § 5

 

Самостійна робота за питаннями

Учням роздається роздатковий матеріал – бланки з питаннями  - всього варіантів 4 по 2 питання в кожному.

Учні пишуть самостійну роботу

 

Питання самостійної роботи

1. Наведіть приклади діамагнетиків; парамагнетиків; феромагнетиків.

Діамагнетики: інертні гази, золото, мідь, ртуть, срібло, азот, вода та ін.

Парамагнетики: кисень, платина, алюміній, лужні та лужноземельні метали тощо.

Феромагнетики: залізо, нікель, кобальт, рідкісноземельні речовини (наприклад, неодим), низка сплавів.

2.     Як напрямлене власне магнітне поле діамагнетика? парамагнетика? феромагнетика?

Власне магнітне поле діамагнетика напрямлене протилежно зовнішньому магнітному полю, а парамагнетика та феромагнетика – напрямлене в бік зовнішнього магнітного поля.

3.     Як у зовнішньому магнітному полі поводиться тіло, виготовлене з діамагнетика? парамагнетика? феромагнетика?

Якщо тіло з діамагнетика помістити у зовнішнє магнітне поле, то воно буде виштовхуватися з поля, а тіло з парамагнетика та феромагнетика – втягуватися в поле.

4.     Чому феромагнітні матеріали вважають сильномагнітними?

Тому що феромагнітні матеріали залишаються намагніченими в разі зникнення зовнішнього магнітного поля.

5.     Де застосовують м’якомагнітні матеріали? жорсткомагнітні матеріали?

М’ягкомагнітні матеріали застосовують для виготовлення осердь електромагнітів, двигунів, трансформаторів, тобто пристроїв, які під час роботи постійно перемагнічуються. Жорсткомагнітні матеріали застосовують для виготовлення постійних магнітів.

6.     Як А. Ампер пояснював намагніченість речовин?

Усі магнітні явища Ампер пояснював взаємодією рухомих заряджених частинок. У тілі, яке не є намагніченим, колові струми орієнтовані безладно. Зовнішнє магнітне поле намагається зорієнтувати ці струми так, щоб напрямок магнітного поля кожного струму збігався з напрямком зовнішнього магнітного поля.

 

Перевірити виконання вправи № 5: завдання 2, 4, 6 – усно.

 

 

Електричний шкільний дзвоник, електродвигун, підіймальний кран на складі металобрухту, збагачувач залізної руди.

Як пов’язані ці, на перший погляд зовсім різні, пристрої? (Відповіді учнів)

 

В кожному пристрої використовується електромагніт. Сьогодні на уроці ми з’ясуємо, що таке електромагніт, і дізнаємося про те, як він працює.

 

 

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Магнітна дія котушки зі струмом

Проведемо дослід або перегляд відео «Залежність дії магнітного поля котушки від сили струму в ній»

 

Складемо електричне коло з джерела струму, котушки, реостата й амперметра. Для оцінки магнітної дії котушки зі струмом скористаємося залізним циліндром, який підвісимо на динамометр, розміщений над котушкою. Якщо замкнути коло, циліндр намагнітиться в магнітному полі котушки й притягнеться до неї, додатково розтягнувши пружину динамометра.

Змінюючи за допомогою реостата силу струму в котушці, виявимо, що в разі збільшення сили струму циліндр притягується до котушки сильніше, про що свідчить більше розтягнення пружини динамометра.

У разі збільшення сили струму в котушці її магнітна дія посилюється.

 

Замінивши котушку на іншу — з більшим числом витків, побачимо, що за тієї самої сили струму видовження пружини динамометра збільшиться.

 

У разі збільшення числа витків у котушці її магнітна дія посилюється.

 

Проблемне питання

• Чи можливо ще якось посилити магнітну дію котушки зі струмом?

 

Проведемо дослід або перегляд відео «Залежність дії магнітного поля котушки від осердя»

 

Уведемо в середину котушки осердя – товстий стрижень, виготовлений із феромагнітного матеріалу. Увімкнемо струм та помітимо, що до котушки з осердям значно інтенсивніше притягуються цвяхи або магнітна стрілка.

 

Магнітна дія котушки значно посилюється в разі введення в її середину феромагнітного осердя.

 

       

 

Проблемне питання

• Чи збільшиться магнітна дія котушки, якщо використати осердя, виготовлене з міді або алюмінію? (Ні, тому що дані речовини не є феромагнетиками)

 

2. Будова електромагнітів та сфера їх застосування

Демонстрація вигляду електромагніту або показ відео «Модель електромагніту»

 

Електромагніт – це котушка з уведеним усередину осердям із феромагнітного матеріалу.

 

Будова електромагніта:

1 – каркас (виготовлений із діелектрика);

2 – обмотка (ізольований дріт);

3 – клеми;

4 – осердя (м’якомагнітна сталь)

 

Осердю електромагніта часто надають підковоподібної форми, оскільки в цьому випадку магнітна дія електромагніта значно посилюється.

 

Електромагніти широко застосовують у техніці, побуті, медицині, насамперед тому, що:

•        Їхню магнітну дію легко регулювати (достатньо змінити силу струму в обмотці).
•        Можна виготовити будь-яких форм і розмірів.

Електромагніти є в будь-якому телефоні, телевізорі, комп’ютері, ліфті, автомобілі, морському чи повітряному судні, космічному кораблі тощо. Гігантські електромагніти використовують у прискорювачах заряджених частинок.

Розглянемо застосування електромагнітів в електромагнітних підіймальних кранах та електромагнітному реле.

 

 

3. Принцип дії електромагнітного підіймального крана

 

Складемо електричне коло з джерела струму й електромагніта. Замкнувши коло, побачимо, що залізні ошурки притяглися до осердя електромагніта, отже, можемо перенести їх, наприклад, на інший кінець столу.

(а – після замикання кола залізні ошурки притягуються до осердя;

б – після розмикання кола  - відпадають від нього)

 

Саме за таким принципом працюють електромагнітні підіймальні крани, які переносять важкі залізні болванки, металобрухт тощо. І не потрібні ніякі гаки! Увімкнули струм — залізні предмети притяглися до електромагніта і їх перенесли в потрібне місце, вимкнули струм — залізні предмети припинили притягуватись і залишились там, куди їх перенесли.

 

Перегляд відео «Електромагнітний підіймальний кран»

 

На підприємствах часто застосовують електромагнітний підйомний кран для навантаження або розвантаження металобрухту. Машиніст крана, розмістивши електромагніт над металобрухтом, вмикає струм в обмотці – і весь металевий вантаж міцно «прилипає» до магніту. Після вимикання струму металобрухт сам відпадає від сердечника. За допомогою електромагніту піднімають і переміщають масивні об’єкти, наприклад автомобілі перед утилізацією.

 

4. Принцип дії електромагнітного реле

 

Електромагнітні реле – пристрої для керування електричним колом.

 

Пояснення принципу дії електромагнітного реле або перегляд відео «Принцип дії електромагнітного реле»

У разі замикання ключа (1) (натискання кнопки) в обмотці електромагніта (2) йде слабкий безпечний струм. Унаслідок цього залізне осердя електромагніта притягує до себе якір (3). Коли якір замикає контакти (4), замикається коло електродвигуна, який споживає струм значно більшої сили.

 

 

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Чому при виготовленні електромагніту на осердя намотують ізольований провід?

Неізольований провід на залізний сердечник намотувати не можна, так як при проходженні електричного струму відбудеться коротке замикання.

 

2. Чому в електромагнітах використовують залізне осердя?

Залізне осердя – феромагнетик і він у багато разів підсилює магнітне поле.

 

3. Чи можна електромагнітним краном переносити розпечене залізо?

Можна, якщо температура заліза нижча точки Кюрі (769 °С). В іншому випадку залізо втратить свої феромагнітні властивості і застосовувати електромагніт не вийде.

4. Напрямок струму в обмотках електромагнітів визначте за даними рисунку. Відобразіть цей рисунок у зошиті. Позначте полюси магнітів. Намалюйте кілька ліній магнітної індукції біля обох магнітів і в просторі між ними.

 

5. Укажіть, до яких полюсів джерела струму під’єднані провідники А і В, якщо при проходженні по ним електричного струму покази динамометра зменшуються.

 

6. Установіть полюси електромагніту. Як зміниться підйомна сила електромагніту, якщо повзунок реостата перемістити ліворуч?

Якщо повзунок реостату перемістити ліворуч, опір реостата і всього кола електромагніту збільшиться, сила струму зменшиться і відповідно зменшиться підіймальна сила електромагніту.

 

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 § 6, Вправа № 6 (1, 2)

 

VIІ. ВІДПОВІДІ

№6

1. Якщо замість м’ягкотілої сталі для виготовлення осердя електромагніту використати жорсткомагнітний матеріал, то електромагніт залишиться намагніченим після вимкнення струму в обмотці.

2. Напрямок струму в колі  - напрямок від позитивного полюса джерела струму до негативного. Тому, за допомогою правила правої руки можна визначити полюси електромагніту: зліва – північний, справа – південний.