Урок "Сила Ампера. Застосування сили Ампера"

Тема уроку: Сила Ампера

Мета уроку:

Навчальна: з’ясувати дію магнітного поля на провідник зі струмом; навчити учнів застосовувати правило лівої руки для знаходження напрямку сили Ампера; розглянути застосування закону Ампера в техніці; ознайомити учнів з будовою та принципом дії електровимірювальних приладів.

Розвиваюча:розвивати  мислення, увагу, просторову уяву, вміння аналізувати,  та робити висновки.

Виховна:виховувати бажання пізнавати нове, невідоме; зацікавленість у вивченні теми.

Обладнання: амперметр, вольтметр, гучномовець, модель двигуна, портрет Ампера.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Методи і форми роботи:

1.     робота з підручником
2.     повідомлення учня
3.     пояснення з елементами бесіди
4.     інтерактивна вправа «Заповни пропуски»

                                       5) міні-виступ «Моє відкриття на сьогодні»

Структура уроку

1. Організація класу
2. Актуалізація опорних знань учнів. Вправа «Заповни пропуски»
3. Мотивація навчальної діяльності
4. Формування нових знань

1. Закон Ампера
2. Напрям сили Ампера
3. Історична довідка про Андре Марі Ампера

4.Взаємодія паралельних провідників зі струмом

5. Осмислення об’єктивних зв’язків

1. Розв’язування якісних задач
2. Розв’язування розрахункових задач

     VI. Підсумки уроку. Міні-виступ «Моє відкриття на сьогодні»

    VII. Домашнє завдання

Хід уроку

1. Організація класу
2. Актуалізація опорних знань учнів. Вправа «Заповни пропуски»

https://learningapps.org/watch?v=pwb0egi9j24

3. Мотивація навчальної діяльності

     Якщо рамку зі струмом розташувати між полюсами магнітів, рамка повернеться і встановиться перпендикулярно до ліній магнітної  індукції поля, створеного магнітами. А як змусити рамку обертатися? Як створити електричний двигун? Чому магнітне поле чинить на рамку зі струмом орієнтувальну дію?

4. Формування нових знань

1. Сила  Ампера

     На попередньому уроці ми дізналися, що сила, яка діє на провідник зі струмом  з боку магнітного поля  залежить від:

а) сили струму в провіднику;

б) довжини активної частини провідника;

в) кута між провідником і лініями магнітної індукції магнітного поля.

      Восени 1820 р. А.Ампер, досліджуючи дію магнітного поля на провідник зі струмом різної форми і розмірів, отримав формулу , що діє на окрему невелику ділянку провідника. Ця сила отримала назву її винахідника – сила Ампера.

Сила Ампера – це сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.

- сила Ампера;

- магнітна індукція поля;

- сила струму в провіднику;

- довжина активної частини провідника;

- кут між вектором магнітної індукції і напрямком струму.

2. Залежність значення сили Ампера від орієнтації провідника в магнітному полі.

1. Якщо провідник розташовано паралельно лініям магнітної індукції – магнітне поле на провідник не діє. В такому випадку =0

2. Якщо провідник розташовано перпендикулярно до ліній магнітної індукції – сила Ампера буде максимальною.  В такому випадку:

3. Якщо провідник розташований під деяким кутом до ліній магнітної індукції, то в такому випадку сила Ампера визначається за формулою:

3.Напрям сили Ампера

Напрям сили Ампера можна знайти за допомогою правила лівої руки:  якщо ліву руку розташувати так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнуті пальці були напрямлені уздовж напряму струму, то відігнутий на 90⁰ великий палець покаже напрям сили, діючої на провідник.

https://www.youtube.com/watch?v=rDnFeO2OVqg

4.Історична довідка про Андре Марі Ампера (1775 – 1836)

Талант цього французького вченого виявився дуже рано – у 13 років він прочитав 20 томів енциклопедії Дідро, хоча до школи не ходив. Своє трудове життя розпочав із приватних уроків у Ліоні, а 1801 р. працював учителем фізики і хімії. Він писав непогані вірші, був чудовим математиком (за праці в галузі математики і хімії йому було присуджено звання академіка) і став фізиком зі світовим ім’ям (основні його праці присвячені вивченню електромагнітних явищ), його ім’ям названо одну з головних електротехнічних одиниць. На могильному камені цього вченого написано: «Він був добрим і простим так само, як і величним». Хто цей учений?

5.Момент сил Ампера, які діють на рамку зі струмом

https://www.youtube.com/watch?v=ew8Ea2DNR_U

Прямокутна рамка, яка складається з одного витка дроту, поміщена в однорідне магнітне поле. Вона може здійснювати оберти навколо горизонтальної осі.  Подамо до рамки струм. Навколо рамки виникне магнітне поле. Два магнітних поля: магнітне поле постійного магніту та магнітне поле навколо рамки, почнуть взаємодіяти. Сили  Ампера F₁  та  F₂ повернуть рамку за ходом  годинникової стрілки.

 Рамка розташована паралельно лініям магнітної індукції (=90⁰), то обертальний момент найбільший М_мах= BIS/

Погойдавшись, рамка установиться перпендикулярно до ліній магнітної індукції. У положенні рівноваги сили Ампера не повертатимуть рамку. У такому випадку (=0)  обертальний момент дорівнює нулю – це положення стійкої рівноваги рамки.

Сили Ампера F₁  та  F₂ повертають рамку проти ходу годинникової стрілки,  створюючи обертальний момент.

Момент сил Ампера , які діють на плоский замкнений контур, розташований в однорідному магнітному полі, дорівнює добутку модуля магнітної індукції поля, сили струму в контурі, площі контуру і синуса кута між вектором магнітної індукції та нормаллю до площини контуру:   М = ВISsinα

Якщо рамка містить N витків дроту, то обертальний момент розраховують за формулою: М = NВISsinα

6. Застосування сили Ампера

• електричні двигуни

     Електричні двигуни – пристрої, в яких електрична енергія перетворюється на механічну.

      В електричних двигунах використовується властивість рамки зі струмом обертатися в магнітному полі.

      Щоб рамка в магнітному полі не зупинялась, і оберталась в одному напрямку використовують колектор.

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

https://www.youtube.com/watch?v=aKDJfh9AnXg

•                 електровимірювальні прилади магнітоелектричної системи

Орієнтуючу дію магнітного поля на контур зі струмом (силу Ампера) використовують в електровимірювальних приладах магнітоелектричної системи – амперметрах і вольтметрах

Коли прилад вмикають у коло, в рамці 2 починає йти струм. Внаслідок дії сил Ампера рамка повертається в магнітному полі магніту. Разом з рамкою повертається стрілка 4 й одночасно закручуються спіральні пружини 3. Чим більша сила струму в рамці, тим на більший кут  відхиляється стрілка.

• електровимірювальні прилади електродинамічної системи

Принцип дії приладів електродинамічної системи – це також  взаємодія провідників зі струмом. Такий прилад складається з двох котушок: одніє рухомої, іншої не рухомої. Під час проходження струму рухома котушка повертається всередині нерухомої внаслідок дії сил Ампера. Стрілка, яка зв’язана з рухомою котушкою, буде повертатися на певний кут тим сильніше, чим більшою є сила струму.

• електродинамічний гучномовець

У динаміку сила Ампера, що діє на виткі котушки, змушує котушку втягуватися у кільцевий магніт. Коли сила струму в котушці змінюється зі звуковою частотою, так само змінюється й сила Ампера – котушка коливається в такт зміни сили струму. Разом з котушкою коливається і прикріплений до неї дифузор, який штовхає повітря , створюючи звукову хвилю, - гучномовець випромінює звук.

V. Осмислення об’єктивних зв’язків

1.Розв’язування якісних задач

На малюнках а,б,в подано провідники зі струмом, що перебувають в магнітному полі. Сформулюйте задачі за кожним із трьох наведених рисунків і розв’яжіть їх.

На малюнках а,б,в,г подано провідники зі струмом, що перебувають у магнітному полі. Сформулюйте задачі за кожним із наведених малюнків і розв’яжіть їх.

2. Розв’язування розрахункових задач

А.На провідник завдовжки 0,5 м, розміщений перпендикулярно до ліній магнітної індукції поля, значення якої 2∙10^-2 Тл, діє сила 0,15 Н. знайти силу струму в провіднику.

Б. Провідник, сила струму в якому дорівнює 8 А, поміщений в однорідне магнітне поле. Якою є індукція магнітного поля, якщо на прямолінійну ділянку провідника завдовжки в 10 см, яка утворює кут 30⁰ із напрямом вектора магнітної індукції, діє з боку магнітного поля сила 10 мН.

VI.  Підсумки уроку. Міні-виступ «Моє відкриття на сьогодні»

      Учні висловлюються про відкриття, яке вони зробили для себе на занятті. Відкриття може бути не лише фізичним, а й емоційним.

VII. Домашнє завдання. 1.Опрацювати § 11 Сила Ампера.

                                             2. Скласти ментальну карту вивченої теми.