Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цель: изучить явление электромагнитной индукции (эми).
Образовательные:
- изучить явление эми;
- познакомить учащихся с правилом Ленца.
- познакомить учащихся с применением явления эми.
Воспитательные:
- на примере биографических фактов из жизни М.Фарадея, показать целеустремленность и трудолюбие ученого;
Развивающие:
- развитие логического мышления для объяснения результатов опытов;
- развитие интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, анализировать, делать выводы);
Оборудование:
- портрет Фарадея.
- приборы для демонстрации электромагнитной индукции (два гальванометра, источники тока: ВС-24, РНШ;
- разборный трансформатор и принадлежности к нему,
- полосовые магниты- 2 шт., ключ, реостат на 15 Ом,
- замкнутое алюминиевое кольцо, кольцо с разрезом),
- ЭОР "Физика 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий"- 1С.
Образование - раздел Электродинамика.
План урока:
- Организационный момент.
- Повторение.
- Мотивационный этап.
- Изучение нового материала.
- Закрепление.
- Итог урока.
Ход урока
1. Организационный момент. <слайд 1>, <слайд 2>
Здравствуйте, ребята. Сегодня мы с вами на уроке познакомимся с ЭМИ или ласково назовем ее Эмичка. Что расшифровывается как электромагнитная индукция.
2. Повторение. <слайд 3>
Что называется магнитным потоком?
Каковы способы изменения магнитного потока?
Замкнутый контур нормально расположен в магнитном поле.
Что будет происходить с магнитным потоком, при повороте контура на 180°?
Что такое электрический ток?
Каковы условия его существования?
3. Мотивационный этап: <слайд 4>
Учитель задает вопрос классу: Возможно ли наличие тока в проводнике без источника тока?
(учащиеся дают свои предположения )
Опыт: соединить два демонстрационных гальванометра.
Вращая ручку одного, наблюдаем за отклонением стрелки на втором гальванометре. (рис 1.)
Проблема : откуда появился ток в гальванометре?
Рис. 2
4. Изучение нового материала:
Опыт: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром. (рис.2)
Проблема: Откуда появился ток в замкнутом контуре?
(предположения учащихся )
При затруднении учащимся можно задать несколько подсказывающих вопросов: <слайд 12>
Что из себя представляет контур? (ответ: контур замкнутый)
Что существует вокруг полосового магнита? (ответ: вокруг магнита существует магнитное поле)?
Что появляется, когда в контур вносят (выносят) магнит? (ответ: замкнутый контур пронизывает магнитный поток)
Что происходит с магнитным потоком при внесении (вынесении) магнита в замкнутый контур? (ответ: магнитный поток изменяется)
Вывод: Причина возникновения электрического тока в замкнутом контуре - изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур.
Это явление впервые было обнаружено Майклом Фарадеем в 1820 году. Оно было названо явлением электромагнитной индукцией.
Учитель: сейчас послушаем сообщение о М. Фарадее (сообщение учащихся ) <слайд 5>
Учитель: Электромагнитная индукция - физическое явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.
() <слайд 6>
Учитель: Ток, возникающий в замкнутом контуре, называется индукционным .
(учащиеся записывают в тетрадь )
Учитель: Рассмотрим все случаи возникновения индукционного тока в замкнутом контуре. Для этого показываю серию опытов, учащиеся должны попытаться объяснить и указать причину возникновения индукционного тока.
Опыт 1: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром.
Причина возникновения тока : изменение числа линий магнитной индукции.
Опыт 2: поворот рамки одного гальванометра, соединенного с другим гальванометром.
Причина возникновения тока: поворот рамки в магнитном поле.
Собираем электрическую цепь, состоящую из источника тока (ВС-24М, реостата на 15 Ом, ключа, разборного трансформатора, гальванометра - см. рис. 3)
Опыт 3 : замыкание (размыкание) ключа (рис. 3)
Причина возникновения тока: изменение силы тока в одной цепи приводит к изменению магнитной индукции.
Опыт 4 перемещение движка реостата. (рис.3)
Причина возникновения тока: изменение сопротивления в первой цепи приводит к изменению силы тока, а соответственно и изменению магнитной индукции рис. 3.
Учитель: Отчего зависит величина и направление индукционного тока?
Опыт: внесение (вынесение) магнита сначала северным полюсом, затем южным полюсом. (рис. 4)
Вывод : направление тока зависит от направления магнитного поля и направления движения магнита.
Опыт : внесение (вынесение) магнита в замкнутый контур сначала с одним магнитом, затем с двумя магнитами. (рис. 5)
Рис. 5
Вывод: величина тока зависит от величины магнитной индукции. рис. 5
Опыт: вносим магнит сначала медленно, затем быстро.
Вывод: величина тока зависит от скорости внесения магнита.
Учитель: Для определения направления индукционного тока в замкнутом контуре используется правило Ленца : Индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток. (учащиеся записывают в тетрадь ) <слайд 7>
Опыт: демонстрация правила Ленца (c замкнутым и с разрезом кольцом)
(пояснения рисунками на доске)
5. Закрепление. <слайд 8>, <слайд 13,14>
Учитель: Применим данное правило для следующих случаев: (рис. 6)
(два случая учитель разбирает сам, записывая план решения на доске, два остальных случая учащиеся выполняют самостоятельно в тетрадях, двух учеников можно вызвать к доске, а можно предложить взаимоконтроль).
6. Домашнее задание. (на карточках) <слайд 9>
В стальной сердечник трансформатора, подключенного к напряжению 220В (РНШ) вносят замкнутый контур с лампочкой. Почему загорается лампочка при этом? Поясните рисунком. рис. 7.
Учитель: Явление электромагнитной индукции нашло широкое применение в технике: трансформаторы, поезда на магнитной подушке, металлоискатели (детекторы металлов), запись и информации на магнитные носители и чтение с них. <слайд 10>
Показ видеороликов о применении явления электромагнитной индукции: детектор металлов, запись информации на магнитные носители и чтение с них - диск "Физика 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий" Образовательные комплексы.
7. Итог урока. <слайд 11>
1) В чем заключается явление ЭМИ?
2) Вспомним опыты, позволяющие наблюдать это явление.
3) Кто открыл явление ЭМИ?
4) Что мы определяли с помощью правила Ленца?
5) Применение ЭМИ.
Э.Х. Ленцем установлен закон, позволяющий определить направление тока индукции. Получив информацию об открытии М. Фарадеем явления электромагнитной индукции, Ленц провел ряд экспериментов для того, чтобы получить количественные законы индукции. Он полагал, что «сила мгновенного тока» работает как удар. И сила данного удара измеряется по скорости, которая сообщается стрелке индикатора электрического тока. Ленц сделал вывод о том, что появление тока индукции зависит от скорости «отрыва» катушки от магнита, ЭДС, которая возбуждается в катушке, пропорциональна количеству витков и равна результирующей ЭДС, которые возбуждаются в каждом витке, при этом на нее не влияют материал и диаметр обмотки якоря. Но самым важным открытием, которое сделал Ленц, стал закон (часто его называют правилом) о направлении тока индукции. До него, сам Фарадей и ряд других ученых, предлагали весьма сложные правила, которые давали возможность определить направление индукционного тока для частных случаев.
Формулировка закона Ленца
Индукционный ток всегда направлен так, что его действие противоположно действию причины, вызвавшей этот ток.
Закон Ленца применим, когда проводники движутся, а магнитное поле постоянно и в случае, когда проводники неподвижны, а переменным является магнитное поле (сила тока). Индукционные токи всегда вызывают поле, которое стремится противодействовать изменениям внешнего поля, вызвавшим эти токи.
Закон Ленца является следствием закона сохранения энергии. Так, токи индукции, как и любые другие токи, совершают определенную работу. Это означает, что при движении замкнутого проводника в магнитном поле должна произвестись дополнительная работа внешних сил. Эта работа появляется, так как токи индукции взаимодействуют с магнитным полем, вызывают силы, которые направлены в сторону, противоположную движению (то есть движению препятствуют).
Если записать закон электромагнитной индукции в формулировке Максвелла:
где — ЭДС индукции, Ф —магнитный поток. Знак минус в формуле (1) соответствует закону Ленца.
Допустим, что положительное направление нормали совпадает с направлением магнитной индукции. В таком случае поток через контур является положительным. Если магнитное поле, в рассматриваемом случае, будет увеличиваться (то есть title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="22" width="54" style="vertical-align: -6px;">), то в соответствии (1), а это значит, что сила тока . Получается, что направление тока индукции является противоположным к избранному нами положительному направлению.
Следствием закона Ленца считают принцип обратимости электрических машин:
Электрическая машина обратима, то есть она может работать и как генератор, и как двигатель.
План использования правила Ленца
Правило Ленца, например, можно применять, используя следующую последовательность действий (удобно для замкнутого контура):
- Определить (рассмотреть) как направлен вектор внешнего магнитного поля.
- Определить уменьшается или увеличивается магнитный поток сквозь контур.
- Указать направление вектора магнитной индукции поля тока индукции. В том случае, если магнитный поток внешнего поля уменьшается, то вектор магнитной индукции поля индукционного тока является сонаправленным с внешним полем.
- Применяя правило буравчика (для кругового тока) или правила правой руки для прямого тока определить направление тока индукции.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Прямолинейный проводник перемещается параллельно самому себе в постоянном магнитном поле (рис.1). Как будет направлен индукционный ток?
|
| Решение | Будем считать, что плоскость, в которой движется проводник, перпендикулярна плоскости рисунка, линии магнитного поля лежат в плоскости рисунка (рис.1). Направление тока индукции и знак ЭДС определяются при помощи закона Ленца: ток направлен так, что механическая сила, которая действует на перемещающийся проводник, противоположна скорости движения, то есть она тормозит проводник. Сила, которая действует на проводник с током — это сила Ампера. Ее направление определяют при помощи правила левой руки: Линии магнитного поля должны входить в ладонь, четыре пальца направлены по току, отогнутый на 900 большой палец указывает на направление действия силы. Для того чтобы сила Ампера была направлена против скорости, ток в проводнике должен течь на нас. |
| Ответ | Индукционный ток направлен на нас. |
Всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.
Эффектной демонстрацией правила Ленца является опыт Элиу Томсона .
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
Правило Ленца от bezbotvy
Урок 281. Электромагнитная индукция. Магнитный поток. Правило Ленца
Правило Ленца. Физика
Субтитры
Физическая суть правила
E i n d = − d Φ d t {\displaystyle {\mathcal {E}}^{ind}=-{\frac {d\Phi }{dt}}}где знак «минус» означает, что ЭДС индукции действует так, что индукционный ток препятствует изменению потока. Этот факт и отражён в правиле Ленца.
Правило Ленца носит обобщённый характер и справедливо в различных физических ситуациях, которые могут отличаться конкретным физическим механизмом возбуждения индукционного тока. Так, если изменение магнитного потока вызвано изменением площади контура (например, за счёт движения одной из сторон прямоугольного контура), то индукционный ток возбуждается силой Лоренца, действующей на электроны перемещаемого проводника в постоянном магнитном поле. Если же изменение магнитного потока связано с изменением величины внешнего магнитного поля, то индукционный ток возбуждается вихревым электрическим полем, появляющимся при изменении магнитного поля. Однако в обоих случаях индукционный ток направлен так, чтобы скомпенсировать изменение потока магнитного поля через контур.
Если внешнее магнитное поле, пронизывающее неподвижный электрический контур, создаётся током, текущим в другом контуре, то индукционный ток может оказаться направлен как в том же направлении, что и внешний, так и в противоположном: это зависит от того, уменьшается или увеличивается внешний ток. Если внешний ток увеличивается, то растёт создаваемое им магнитное поле и его поток, что приводит к появлению индукционного тока, уменьшающего это увеличение. В этом случае индукционный ток направлен в сторону, противоположную основному. В обратном случае, когда внешний ток уменьшается со временем, уменьшение магнитного потока приводит к возбуждению индукционного тока, стремящегося увеличить поток, и этот ток направлен в ту же сторону, что и внешний ток.
«Физика - 11 класс»
Направление индукционного тока
Направление индукционного тока, возникающего в катушке, зависит от того, приближается магнит к катушке или удаляется от нее.
Возникающий индукционный ток может притягивать или отталкивать магнит, т.к. катушка становится подобной магниту с двумя полюсами - северным и южным.
На основе закона сохранения энергии можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких отталкивать его.
Взаимодействие индукционного тока катушки с магнитом.
В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление?
Если магнит приближать к катушке
Число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки, или, что то же самое, магнитный поток, увеличивается.
Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к приближающемуся к ней магниту.
Линии индукции " магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки.
В катушке появляется индукционный ток такого направления, что магнит обязательно отталкивается.
Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу
Если магнит удалять от катушки
Число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки, или, что то же самое, магнитный поток, уменьшается.
Линии индукции " магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, входят в верхний конец катушки.
Катушка с током становится аналогична магниту, северный полюс которого находится снизу.
В катушке возникает ток такого направления, что проявляется притягивающая магнит сила.
Аналогично можно рассмотреть опыт, когда на концах стержня, который может свободно вращаться вокруг вертикальной оси, закреплены два проводящих алюминиевых кольца (одно из них с разрезом).
С разрезанным кольцом магнит не взаимодействует, так как разрез препятствует возникновению в кольце индукционного тока.
Отталкивает или притягивает другое кольцо магнит, зависит от направления индукционного тока, возникающего в кольце.
Поэтому закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукционного тока.
Правило Ленца
Существует правило, позволяющее определить направление индукционного тока, которое было установлено русским физиком Э. X. Ленцем:
Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.
или более кратко:
Индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей.
При увеличении магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует усилению магнитного потока через витки катушки.
Ведь линии индукции " этого поля направлены против линий индукции поля, изменение которого порождает электрический ток.
Если же магнитный поток через катушку ослабевает, то индукционный ток создает магнитное поле с индукцией " увеличивающее магнитный поток через витки катушки.
Применение правила Ленца:
1. Определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля.
2. Выяснить, увеличивается ли поток вектора магнитной индукции этого поля через поверхность ограниченную контуром (ΔФ > 0), или уменьшается (ΔФ < 0).
3. Установить направление линий магнитной индукции " магнитного поля индукционного тока. Эти линии должны быть согласно правилу Ленца направлены противоположно линиям магнитной индукции В при ΔФ > 0 и иметь одинаковое с ними направление при ΔФ <0.
4. Зная направление линий магнитной индукции ", найти направление индукционного тока, пользуясь правилом буравчика.
В 1831 году английский ученый физик в своих опытах М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции . Затем изучением этого явления занимались русские ученый Э.Х. Ленц и Б.С.Якоби.
В настоящее время, в основе многих устройств лежит явление электромагнитной индукции, например в двигателе или генераторе электрического тока тока, в трансформаторах, радиоприемниках, и многих других устройствах.
Электромагнитная индукция - это явление возникновения тока в замкнутом проводнике, при прохождении через него магнитного потока. То есть, благодаря этому явлению мы можем преобразовывать механическую энергию в электрическую - и это замечательно. Ведь до открытия этого явления люди не знали о методах получения электрического тока , кроме гальваники.
Когда проводник оказывается под действием магнитного поля, в нем возникает ЭДС, которую количественно можно выразить через закон электромагнитной индукции.
Закон электромагнитной индукции
Электродвижущая сила, индуцируемая в проводящем контуре, равна скорости изменения магнитного потока, сцепляющегося с этим контуром.
В катушке, которая имеет несколько витков, общая ЭДС зависит от количества витков n:
Но в общем случае, применяют формулу ЭДС с общим потокосцеплением:
ЭДС возбуждаемая в контуре, создает ток. Наиболее простым примером появления тока в проводнике является катушка, через которую проходит постоянный магнит . Направление индуцируемого тока можно определить с помощью правила Ленца .
Правило Ленца
Ток, индуцируемый при изменении магнитного поля проходящего через контур, своим магнитным полем препятствует этому изменению.
В том случае, когда мы вводим магнит в катушку, магнитный поток в контуре увеличивается, а значит магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, по правилу Ленца, направлено против увеличения поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно посмотреть на магнит со стороны северного полюса. С этой позиции мы будем вкручивать буравчик по направлению магнитного поля тока, то есть навстречу северному полюсу. Ток будет двигаться по направлению вращения буравчика, то есть по часовой стрелке.
В том случае, когда мы выводим магнит из катушки, магнитный поток в контуре уменьшается, а значит магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, направлено против уменьшения поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно выкручивать буравчик, направление вращения буравчика укажет направление тока в проводнике – против часовой стрелки.
