План-конспект уроку Самоіндукція. Індуктивність

Автор: Олеярник Олександр Вікторович, вчитель фізики та астрономії загальноосвітньої школи № 33, Краматорської міської ради Донецької області

Мета уроку полягає у визначенні індуктивності реальних параметрів котушки індуктивності на основі запропонованої методики, яка призводить до розвитку творчих здібностей учнів, прагненню їх до набуття нових знань, умінь та навичок та постійного самовдосконалення.

Урок Самоіндукція. Індуктивність

Мета уроку:

навчальна – ознайомити учнів з поняттям самоіндукції, індуктивності, показати методику визначення значення індуктивності реальної котушки;

розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ та проведенні дослідів;

виховна – виховати працелюбність, точність і чіткість при відповідях  і розв’язуванні завдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе.

Прилади та матеріали: котушка індуктивності, лампа,ключ, джерело змінного струму, з’єднувальні дроти

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Хід уроку

І. Організаційна частина (привітання, перевірка д/з)

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

Оголошення теми і мети уроку

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Явище самоіндукції

Виявити дослідним шляхом існування самоіндукції неважко. Візьмімо котушку з декількома сотнями витків, надягнуту на замкнуте залізне осердя. До затисків котушки приєднаємо лампочку на 6 В. Котушку за допомогою ключа приєднуємо до джерела з напругою 2 В. Оскільки лампочка розрахована на напругу, більшу, ніж та, яку забезпечує джерело, то поки ключ замкнутий, вона горить слабко. У момент же розмикання ключа вона на мить спалахує яскравим білим світлом (рисунок 1). Чому це відбувається? Після розмикання ключа струм у котушці зменшується, тобто магнітне поле слабшає. При цьому відбувається процес самоіндукції, завдяки якому «створюється» короткочасна, але досить значна ЕРС, під дією якої через котушку й лампочку протікає за досить короткий час значний струм, що змушує лампочку спалахнути.

Рисунок 1- Електрична схема досліджуваного ланцюга

- Виникнення ЕРС індукції в контурі під час зміни сили струму в цьому ж контурі називають явищем самоіндукції.

Як відомо, енергетичною характеристикою вихрового електричного поля є ЕРС індукції. Оскільки самоіндукція є окремим випадком електромагнітної індукції, то для обчислення ЕРС самоіндукції можна застосувати формулу:

2. Індуктивність

Електричний струм І, що протікає через будь-який замкнутий контур, створює магнітний потік Ф, що пронизує поверхню, обмежену цим провідником. Якщо провідник нерухомий і магнітні властивості середовища не змінюються, магнітний потік пропорційний силі струму: Ф ~ І або Ф =LI, де L — величина, що характеризує контур (наприклад, котушку) і навколишнє його середовище (сердечник).

Коефіцієнт пропорційності L називають індуктивністю даного контуру.

- Індуктивність — це якість провідного контуру, обумовлена відношенням зміни потоку магнітної індукції, що пронизує контур, до зміни сили струму в ньому.

З останнього виразу випливає, що , одиниця вимірювання [L ]= Вб/А= Гн.

1 генрі — це індуктивність такого провідника, у якому струм силою в 1 А створює магнітний потік в 1 Вб.

Ця        формула розкриває фізичний зміст індуктивності: з неї випливає, що індуктивність контуру чисельно дорівнює ЕРС самоіндукції, яка виникає в контурі під час зміни сили струму на 1 А за 1 с. Тому індуктивність називають також коефіцієнтом самоіндукції.

Однак виникає питання, як на практиці можна визначити значення індуктивності на прикладі реальної котушки. Для цього мною особисто було проведено дослідження, яке дозволило визначити реальні параметри котушки.

На першому етапі визначаються параметри котушок за допомогою амперметру та вольтметру змінного струму. Для цього паралельно досліджуваної котушки підключають активний опір R (як наведено на рисунку 2), вимірюють струми I, I_R, I_K, та напругу ланцюга U. Векторна діаграма наведена на рисунку 3.

Кут зсуву фаз φ_к між векторами струму котушки та напругою не відомий, точку „А” можна визначити за допомогою циркуля, використовуючи відрізки СА та ОА, які у масштабі струму являють собою відповідно виміряний струм котушки та сумарний струм ланцюга I. Співвідношення для трикутника ОАВ:

  для   (1).

Сума останніх двох доданків рівняння (1) являють собою квадрат струму котушки I_K (∆ABC) Підставляючи значення у рівняння (1), визначають активний струм котушки

Реактивний струм котушки:

Активна та реактивна провідність котушки:

Активний та реактивний опір котушки:

Індуктивність котушки:

Запропонована методика дозволяє визначити індуктивність реальної котушки індуктивності.

       Питання до учнів під час викладу нового матеріалу

1.Чи залежить індуктивність котушки від кількості витків і довжини проводів?

2. Як зменшити індуктивність котушки із залізним сердечником за умови, що габарити обмотки (її довжина й поперечний переріз) залишаться незмінними?

3. Чи можна визначити параметри котушки іншим способом?

4. Як можна змінити значення індуктивності котушки

Закріплення вивченого матеріалу

1. Досліди показують, що індуктивність котушки збільшується відповідно до збільшення кількості витків у котушці. Поясніть чому.

2. Навчаємося розв'язувати задачі

1. Визначте швидкість зміни струму в котушці індуктивністю 100 мГн, якщо в ній виникла ЕРС самоіндукції 80 В.

2. У котушці опором 5 Ом тече струм 17 А. Індуктивність котушки 50 мГн. Якою буде напруга на затискачах котушки, якщо струм у ній рівномірно зростає зі швидкістю 1000 А/с?

3. Яка ЕРС самоіндукції збуджується в обмотці електромагніту індуктивністю 0,4 Гн, при рівномірному зміні сили струму на 5 А за 0,02 с.

 Підбиття підсумків уроку.

Вчитель аналізує роботу учнів на уроці, виставляє оцінки в журнал.

Домашнє завдання