Открытый урок «Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Ленца»
Задачи урока:
- изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения;
- рассмотреть историю вопроса о связи магнитного поля и электрического;
- показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции, раскрыть отношения явления и его сущности при постановке опытов;
- продолжить формирование изменений, наблюдать, выделять главное, объяснять увиденное.
Оборудование: разборный школьный
трансформатор, гальванометр, постоянный магнит,
аккумулятор, источник переменного тока, реостат,
ключ, замкнутый виток с низковольтной лампой,
соединительные провода, стержень с двумя
алюминиевыми кольцами на концах, одно из которых
сплошное, другое с разрезом, портрет М.Фарадея,
телевизор, в/ф «Явление электромагнитной
индукции», карточки-задания, кроссворды, ребус,
криптограмма, оборудование для опытов.
I. Оргмомент.
II. Мотивация учебной деятельности
Учитель. Мы с вами прошли тему «Электромагнетизм». Сегодня нам предстоит выяснить, как вы усвоили этот материал. Обобщим знания о магнитном поле, будет совершенствовать умения объяснять магнитные явления. Раскроем особенные и общие черты магнитного и электрического полей, проведем контроль знаний, продолжим формирование умений наблюдать, обобщать, синтезировать изученное.
III. Практическая работа -КМД-
Класс делится на 4 группы. Они работают так:
Первая группа – пишет физический диктант.
(Приложение 1.)
Вторая группа – решает кроссворд. (Приложение 2.)
Третья группа – решает качественные задачи. (Приложение 3.)
И получают баллы за каждую работу. Потом обмениваются между собой заданиями.
Четвертая группа – четверо играют в карты.
Пока они готовятся, желающие получить жетоны, правильно отвечают на поставленные вопросы:
– В каком месте Земли магнитная стрелка обоими концами показывает на юг?
– Если поднести несколько раз к часам сильный магнит, то показания часов будут неправильными. Как объяснить это? (Стальная пружина и другие стальные детали часов, намагничиваясь, взаимодействуют друг с другом, вследствие чего правильный ход часов нарушается)
– Где ошибка?
– Правильно ли указано направление тока?
Учитель. А вот, что написал о магнитных явлениях Д.И. Менделеев, мы сможем сказать, если расшифруем, что здесь написано. (Приложение 3). К доске идет…
Решение задач.
IV. Изучение нового материала
Учитель.
Ранее в электродинамике изучались
явления, связанные или обусловленные
существованием постоянных во времени
(статических и стационарных) электрических и
магнитных полей. Появляются ли новые явления при
наличии переменных полей? Впервые явление,
вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в
1831году М.Фарадей. Он решал ПРОБЛЕМУ: может ли
магнитное поле вызвать появление электрического
тока в проводнике? А теперь посмотрим опыты и
послушаем объяснение их.
По итогам зачета объявляются оценки и комментируются.
Учитель. А сейчас переходим к изучению
новой темы. Цель урока мы узнаем, если разгадаем
ребус. (Приложение 2) Да, да! Именно эти
слова записал Майкл Фарадей в своем дневнике в 1822
году. «Превратить магнетизм в
электричество». После открытия Эрстедом в 1820
году магнитного поля, было установлено, что
магнитное поле и эл.ток всегда существуют
одновременно.
Фарадей, зная о тесной связи между
током и магнитном полем, был уверен, что с помощью
магнитного поля можно создать в замкнутом
проводнике эл.ток. Он провёл многочисленные
опыты и доказал это, открыв в 1831году явление
электромагнитной индукции.
V. Демонстрация опытов Фарадея.
Учитель. Рассмотрим опыты Фарадея, с помощью которых он открыл явление электромагнитной индукции.
1. Возьмем соленоид, соединенный с
гальванометром (рис. 1), и будем вдвигать в него
постоянный магнит. Оказывается, что при движении
магнита стрелка гальванометра отклоняется. Если
же магнит останавливается, то стрелка
гальванометра возвращается в нулевое положение.
То же самое получается при выдвижении магнита из
соленоида или при надевании соленоида на
неподвижный магнит. Такие опыты показывают, что
индукционный ток возникает в соленоиде только
при относительном перемещении соленоида и
магнита.
Рис. 1
2. Будем опускать в соленоид В катушку с током А (рис. 2). Оказывается, что и в этом случае в соленоиде В возникает индукционный ток только при относительном перемещении соленоида В и катушки А.
Рис. 2
3. Вставим катушку А в соленоид В и закрепим их неподвижно (рис. 3). При этом тока в соленоиде нет. Но в моменты замыкания или размыкания цепи катушки А в соленоиде В появляется индукционный ток. То же самое
Рис. 3
Рис. 4
получается в моменты усиления или ослабления
тока в катушке А с помощью изменения
сопротивления R.
В дальнейшем цепь катушки А, соединенную с
источником электрической энергии, будем
называть первичной, а цепь соленоида В, в
которой возникает индукционный ток, –
Эти же названия будем применять и к самим
катушкам.4. Включим первичную катушку в сеть переменного
тока, а вторичную катушку соединим с лампой
накаливания (рис. 4). Оказывается, лампа
непрерывно горит, пока в первичной катушке течет
переменный ток.
Нетрудно заметить, что общим для всех описанных
опытов является изменение магнитного поля в
соленоиде, которое и создает в нем индукционный
ток.
Выясним теперь, всякое ли изменение магнитного
поля вокруг замкнутого контура наводит в нем
индукционный ток. Возьмем плоский контур в виде
рамки, соединенной с гальванометром. Поместим
рядом с рамкой магнит так, чтобы его линии
индукции не проходили внутри рамки, а находились
в ее плоскости (рис. 5
Рис. 5
Оказывается, что при перемещении рамки или
магнита вдоль плоскости рисунка стрелка
гальванометра не отклоняется. Если же рамку
поворачивать вокруг оси 00′ (рис.
5б), то в
ней возникает индукционный ток.
На основании описанных опытов можно сделать следующий
С помощью этого явления может получится эл. ток практически любой мощности, а это позволяет широко использовать эл. энергию в промышленности. Получается она в основном с помощью индукционных генераторов, принцип работы которых основан на явлении эл-магнитной индукции. Поэтому Фарадей по праву считается одним из основателей электротехники.
Рассмотрим подробнее явление электромагнитной индукции.
Пусть в однородном магнитном поле с индукцией В
находится прямолинейный металлический
проводник длиной L.
С помощью правила левой руки можно установить, что свободные электроны будут смещаться к концу А. И тогда между А и В возникает напряжение U , которое создаст в нем эл. силу Fэл., которая уравновесит Fл. Fэл.= Fл., в этом случае смещение электронов прекратится.
Еинд.= В . . L . sin
Рис. 6
А если проводник включить в цепь, то в ней возникает индукционный ток.
Направление индукционного тока, возникающего в
прямолинейном проводнике при его движении в
магнитном поле, определяется по правилу правой
руки (рис.
7): если правую руку расположить вдоль
проводника так, чтобы линии магнитной индукции
входили в ладонь, а отогнутый большой палец
показывал направление движения проводника, то
четыре вытянутых пальца укажут направление
индукционного тока в проводнике.
Рис. 7
VI. Закон Ленца.
Учитель. В катушке, замкнутой на
гальванометр, при перемещении магнита, возникает
индукционный ток. Как определить направление
индукционного тока? По правилу правой руки? (А
переломов не бойтесь!) Давайте определим это!
Индукционный ток создает собственное магнитное
поле. Связь между направлением индукционного
тока в контуре и индуцирующим магнитным полем
была установлена Ленцем.
Пусть имеется катушка, вокруг катушки существует изменяющееся
магнитное поле и оно пронизывает витки другой
катушки. А при всяком изменении магнитного поля,
пронизывающего контур замкнутого проводника, в
нем наводится индукционный ток.
А как определить
направление индукционного тока? По правилу
правой руки?
Обратимся к опыту. Почему кольцо отталкивается
от магнита? А с прорезью нет? (U – тока нет.)
Значит в кольце возник ток (инд.), магнитное поле. И можно определить поле. Поменяем полюса магнита. И видим: что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита. Ленцу удалось обобщить эту закономерность: эту связь называют законом Ленца.
Определение: индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует причине его вызывающей.
Eщё раз повторим правило Ленца.
Вернемся к опыту. Стрелка гальванометра отклоняется тем дальше, чем быстрее вдвигается в соленоид магнит или катушка с током.
Э.д.с. индукции, возникающая в какой-либо цепи,
прямо пропорциональна скорости изменения
магнитного потока – время, за которое происходит
изменение магнитного потока.
Знак минус
показывает, что когда магнитный поток
уменьшается ( –
отриц.), э.д.с. создает индукционный ток,
увеличивающий магнитный поток и наоборот.
Исходя из формулы:
1Bб = 1В 1с
VII. Закрепление материала.
Просмотр видеофильма «Электромагнитная индукция». Решение задач.
VIII. Задание на дом.
§ 23(2-6). № 18.10, № 18.12, № 14. Повторить «Эл.ток в газах»
IX. Итог урока.
Учитель. Спасибо вам за урок!.
Приложение 1.
Физический диктант
1. Напишите формулы для расчетов:
а) силы Лоренца;
б) магнитной проницаемости среды;
в) модуля вектора магнитной индукции;
г) магнитного потока;
д) силы Ампера;
2. Дополните следующие определения:
а) сила Лоренца – это …
б) сила Ампера – это .
в) температура Кюри – это …
г) магнитная проницаемость среды характеризует …
..3. Какая физическая величина измеряется в теслах? Чему равна 1Тл?
4. Какими способами можно получить магнитное поле?
5. Какие величины характеризуют это поле?
6. Какую физическую величину измеряют в веберах? Чему равен 1Вб?
7. Дополните предложения:
а) У диамагнетиков они обладают свойством …
б) У ферромагнетиков их отличительные свойства …
в) У парамагнетиков для них характерно …
г) Сила Ампера применяется …
д) Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы состоят из …………….., действуют они так:
е) Сила Лоренца используется …
–
Приложение 2.
КРОССВОРД “ДОГАДАЙТЕСЬ”
По вертикали в выделенных клетках: катушка
проводов с железным сердечником внутри.
В каждую
клетку включая нумерованную напишите по букве
так чтобы по горизонтали получить слова:
1. Ученый, впервые обнаруживший взаимодействие
электрического тока и магнитные стрелки.
2. Место магнита, где наблюдаются наиболее
сильные магнитные действия.
3. Устройство, работающее на слабых токах, при
помощи которого можно управлять электрической
цепью с сильными токами.
4. Изобретатель первого в мире телеграфного
аппарата, печатающего буквы.
5 и 6. Приборы, совместное пользование которыми
позволяет передавать звук на далекие расстояния.
7. Изобретатель электромагнитного телеграфа и
азбуки из точек и тире.
8. Ученый, объяснивший намагниченность молекул
железа электрическим током.
9. Прибор, служащий для ориентации на местности,
основной частью которого является магнитная
стрелка.
10. Русский ученый, который изобрел электрический
телеграф с магнитными стрелками.
11. Одна из основных частей приборов 5 и 6,
названных выше.
12. Приемник тока, служащий для превращения
электрической энергии в механическую.
13. Вещество, из которого делают постоянные
магниты.
Приложение 3.
РЕБУС
Рис. 8
Прочитайте слова английского физика, которыми он определил поставленную перед собой задачу. Назовите ученого, год, когда эта задача была решена, и явление которое им было открыто.
КАКОЕ СЛОВО?
Отгадайте слово по буквам, каждую из которых надо определить, решив задачу
Рис. 9
1. Мысленно поставьте стрелку по направлению
тока на участке проводника НМ.
2. Каков номер в алфавите второй буквы слова,
покажет после включения тока северный конец
магнитной стрелки.
3. Поставьте знак направления тока в кружке
изображающем сечение проводника, и из двух
подсчетов выберите тот, который содержит этот
знак.
4. Мысленно поставьте стрелку, указывающую
направление магнитных линий внутри катушки с
током.
5. Нужная буква стоит у северного конца магнитной
стрелки.
6. Выберите букву, которая стоит у положительного
полюса источника тока.
ПРОЧТИ ФРАЗУ
Рис. 10
Закон индукции Фарадея для чайников
Электричество и магнетизм
Закон индукции Фарадея был открыт в результате экспериментов, проведенных Майклом Фарадеем в Англии в 1831 году и Джозефом Генри в Соединенных Штатах примерно в то же время.
Несмотря на то, что Фарадей опубликовал свои результаты первым, что дает ему приоритет открытия, единица измерения индуктивности в СИ называется генри (аббревиатура H) . С другой стороны, единица измерения емкости в СИ, как мы видели, называется фарад (аббревиатура Ф) .
В главе, где речь идет о колебаниях в емкостно-индуктивных цепях, мы видим, как уместно связать в едином контексте имена этих двух талантливых современников.
*Помимо их независимого одновременного открытия закона индукции, Фарадей и Генри имеют несколько других сходств в их жизнях. Оба были учениками в раннем возрасте. Фарадей в возрасте 14 лет поступил в ученики к лондонскому переплетчику. Генри в возрасте 13 лет поступил в ученики к часовщику в Олбани, штат Нью-Йорк. В последующие годы Фарадей был назначен директором королевского учреждения в Лондоне, основанием которого в значительной степени обязан американец Бенджамин Томсон (граф Румфорд). Генри, с другой стороны, потому что секретарь Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия, который был найден благодаря пожертвованию англичанина Джеймса Смитсона.
Фарадей заметил, что если магнит перемещать к катушке с проволокой (соленоиду), соединенной последовательно с гальванометром, в токе возникает электрический ток. При перемещении магнита к соленоиду гальванометр показывает отклонение в одном направлении, а при удалении магнита от соленоида гальванометр показывает отклонение в противоположном направлении.
Когда магнит неподвижен, в гальванометре нет отклонения. Аналогичные результаты получаются, когда магнит остается неподвижным, а катушка перемещается. При перемещении магнита отклонение в гальванометре велико, а при медленном перемещении — отклонение мало. Было также обнаружено, что если в непосредственной близости находятся две замкнутые цепи, одна из которых содержит батарею, а другая — гальванометр, и цепь батареи замыкается нажатием кнопки К, а затем размыкается, то гальванометр во вторичной цепи показывает неисправность. отклонение сначала в одну сторону, а затем в другую.
Замечено, что в гальванометре не возникает отклонений, если ток в первичной цепи протекает непрерывно. Отклонение в гальванометре производится только при включении или отключении тока в первичной цепи. Фарадей суммировал эти экспериментальные результаты в виде следующих законов:
- 1: Всякий раз, когда происходит изменение магнитных силовых линий или магнитного потока, в цепи возникает индуцированный ток.
- 2:Индуцированный ток или ЭДС существует только в течение того времени, в течение которого силовые линии или магнитный поток фактически изменяются.
- 3: Величина индуцированной ЭДС зависит от скорости изменения магнитных силовых линий или магнитного потока.
На рисунке (1) показана катушка провода как часть цепи, содержащей амперметр. Обычно мы ожидаем, что амперметр не покажет ток в цепи, потому что электродвижущая сила отсутствует. Однако если мы подтолкнем стержневой магнит к катушке так, чтобы его северный полюс был обращен к катушке, произойдет замечательная вещь. Пока магнит движется, амперметр отклоняется, показывая, что в катушке установился ток. Если мы удерживаем магнит неподвижно относительно катушки, амперметр не отклоняется. Если мы отодвинем магнит от катушки, счетчик снова отклонится, но уже в другую сторону, а значит, ток в катушке будет противоположного направления. Если мы используем конец магнита с северным полюсом вместо конца с северным полюсом, эксперимент работает, как описано, но отклонения меняются на противоположные.
Чем быстрее перемещается магнит, тем больше показания счетчика. Дальнейшие эксперименты показывают, что имеет значение относительное движение магнита и катушки. Нет никакой разницы, перемещаем ли мы магнит к катушке или катушку к магниту.
«ЭДС индукции в цепи равна отрицательной скорости изменения магнитного потока через цепь во времени». Математически это записывается как:
, и, как помогает нам визуализировать метод линий поля Фарадея, именно изменение числа линий поля, проходящих через петлю цепи, индуцирует ЭДС в петле. В частности, именно скорость изменения числа силовых линий, проходящих через петлю, определяет ЭДС индукции.
Чтобы сделать это утверждение количественным, мы вводим магнитный поток Φ B , который определяется как «Число магнитных силовых линий, проходящих нормально через определенную область, называется магнитным потоком». Он обозначается как Φ B. Это скалярная величина, и ее единицей СИ является Вебер (Вб).
Он измеряется произведением напряженности магнитного поля на составляющую площади вектора, параллельную магнитному полю. Математически это представляется как:
Φ B = B.A
Φ B =BA cosθ
направления векторов B и A.
Закон Фарадея При перемещении магнита к петле стрелка амперметра отклоняется в одном направлении, как показано на рисунке (а). Когда магнит останавливается и удерживается неподвижно относительно фигуры петли (b), отклонения не наблюдается. При удалении магнита от петли игла отклоняется в противоположную сторону, как показано на рисунке (в). Наконец, если магнит удерживать неподвижно, а петлю перемещать либо к нему, либо от него, игла отклоняется. Из этих наблюдений мы делаем вывод, что петля обнаруживает, что магнит движется относительно нее, и связываем это обнаружение с изменением магнитного поля. Таким образом, кажется, что существует связь между текущим и изменяющимся магнитным полем.
Эти результаты весьма примечательны, учитывая тот факт, что ток устанавливается, даже если в цепи нет батарей. Мы называем такой ток индукционным током, который создается ЭДС индукции. Это явление называется электромагнитной индукцией.
- https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday%27s_law_of_induction
- https://www.daenotes.com/electronics/basic-electronics/faraday-laws-of-electromagnetic-induction
Теги
Закон Фарадея Формалафарадея Закон электромагнитной индукции Фарадея в области индукции
Связанные статьи
Проверка также
Закрыть
Разница между термистором и термопапл.
Может ли трансформатор работать на постоянном токе?
Электромагнитная индукция Факты для детей
Детская энциклопедия Факты
Электромагнитная индукция — это возникновение напряжения или тока в проводнике за счет изменения магнитного потока.
Это может произойти, когда магнит перемещается в соленоиде, что приводит к изменению магнитного потока.
Содержимое
- Магнитный поток
- Закон Фарадея
- Закон Ленца
- Связанные страницы
- Картинки для детей
Магнитный поток
Когда спиральный провод помещается рядом с магнитом, магнитные силовые линии проходят через катушку. Это приводит к изменению магнитного потока. Магнитный поток представлен символом , поэтому мы можем сказать, что = BAcos(a) и результирующая единица будет , где T — единица магнитного поля и единица площади.
Изменяющийся магнитный поток создает электродвижущую силу (ЭДС). Эта сила определенным образом перемещает свободные электроны, составляющие ток.
Закон Фарадея
Майкл Фарадей обнаружил, что при изменении магнитного потока в проводнике возникает электродвижущая сила.
Его законы гласят, что:
где
— электродвижущая сила, измеренная в вольтах;
— изменение магнитного потока, измеренное в веберах;
— изменение времени, измеряемое в секундах.
В случае соленоида:
где
N — количество контуров в соленоиде.
Закон Ленца
Знак минус в обоих приведенных выше уравнениях является результатом закона Ленца, названного в честь Генриха Ленца. Его закон гласит, что электродвижущая сила (ЭДС) создает ток, противодействующий движению изменяющегося магнитного потока.
Связанные страницы
- Электромагнетизм
- Индуктор
Картинки для детей
Переменный электрический ток протекает через соленоид слева, создавая изменяющееся магнитное поле. Это поле вызывает за счет электромагнитной индукции электрический ток, протекающий в проволочной петле справа.
Эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками провода: Жидкостная батарея (справа) обеспечивает ток, протекающий через маленькую катушку (A) , создавая магнитное поле. Когда катушки неподвижны, ток не индуцируется. Но когда малая катушка вдвигается или выходит из большой катушки (B) , магнитный поток через большую катушку изменяется, индуцируя ток, который регистрируется гальванометром (G) .
