Методическая разработка учебного занятия для 1 курса по физике по теме: "Электромагнитная индукция"
методическая разработка

Код

Наименование результата обучения

ОК 01

Выбирать способы решения задач профессиональной  деятельности применительно к различным контекстам

ОК 03

Планировать и реализовывать  собственное профессиональное и личностное развитие, предпринимательскую деятельность в профессиональной сфере, использовать Знать по финансовой грамотности в различных жизненных ситуациях

ОК 04

Эффективно

взаимодействовать и работать в коллективе и команде

ОК 06

Проявлять гражданско-патриотическую позицию, демонстрировать  осознанное поведение на основе традиционных общечеловеческих  ценностей, в том числе с учетом гармонизации межнациональных  и межрелигиозных  отношений,

применять стандарты антикоррупционного поведения

ОК 07

Содействовать сохранению окружающей среды,  ресурсосбережению, применять, принципы бережливого производства,  эффективно действовать в чрезвычайных ситуациях

ПК 1.1

Организовывать рабочее место

№ п/п

Этап занятия

Время, мин

1

Организационный этап.

2

2

Актуализация знаний

13

3

Этап целеполагания

3

4

Первичное усвоение новых знаний

30

5

Первичная проверка понимания и закрепление

35

6

Подведение итогов

5

7

Информация о домашнем задании

2

№ этапа

Деятельность преподавателя

Деятельность учащихся

1

Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, создаёт эмоциональный настрой

Самоконтроль готовности к уроку, приветствие учителя

2

Задаёт вопросы на повторение:

1. Что такое сила Лоренца? По какой формуле можно ее найти?

2. Сформулируйте правило левой руки для нахождения силы Лоренца

3. Опишите движение заряженной частицы в магнитном поле

Отвечают на вопросы преподавателя устно, вычисляют производные

1) Сила Лоренца — это сила, действующая на движущуюся электрически заряженную частицу в магнитном поле.

Формула: FЛ = q υ B sin α.

2) Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки.

Правило левой руки: Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной частицы), то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на частицу силы Лоренца.

3) При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.

3

Мы знаем, что электротехника изучает возможности использования электрических и магнитных явлений для практических целей. Эпиграфом к нашему занятию взяты слова Гельмгольца: «Пока люди будут пользоваться благами электричества, они будут помнить имя Фарадея». Как вы думаете, за что люди должны помнить Фарадея?

Изучению этого открытия мы и посвятим наше сегодняшнее занятие. В тетради записывается дата и тема учебного занятия.

В 1821 г. М.Фарадей поставил перед собой задачу: «Превратить магнетизм в электричество».

Давайте вспомним, какие опытные факты были известны в то время, когда    Фарадей приступил к решению поставленной задачи.

Он сделал важное открытие, имеющее большое практическое значение.

Записывают тему занятия

4

Далее следуют пояснения обучающихся по ним. В 1820 г. Эрстед обнаружил действие тока на магнитную стрелку, а Ампер обнаружил взаимодействие токов. Араго открыл намагничивание током.

Из всего сказанного следует, что связь между электрическими и магнитными явлениями была очевидной. Идея получения электричества за счет магнетизма носилась в воздухе. Эту задачу пытались решить ряд ученых, в том числе Ампер и Колладон, но безуспешно. А ведь задача была очень заманчивой, ее решение позволило бы с помощью магнитного поля получать электрический ток и построить электрические генераторы.

М.Фарадею понадобилось 10 лет для решения поставленной задачи.     Электрический ток, рассуждал Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Чтобы понять, как Фарадею удалось «превратить магнетизм в электричество», выполним опыты Фарадея, используя современные приборы

Демонстрация опыта: Перед вами цепь, состоящая из катушки и гальванометра. В 1831 г. в лабораторном журнале Фарадея зарегистрировано обнаружение тока при введении магнита в катушку (или выведение из нее). Трудно было додуматься до главного, что только движущийся магнит может индуцировать электрический ток в катушке. Что же мы получили? Стрелка гальванометра отклоняется, следовательно в цепи появился ток. Источника тока нет, а ток есть. В чем причина появления тока?  Предполагаемый ответ: Магнитное поле, окружающее магнит, вызывает появление электрического тока. А почему ток отсутствует, если магнит неподвижен? Предполагаемый ответ: Магнитное поле, пронизывающее катушку не меняется. Как называется величина, характеризующая магнитное поле в некотором замкнутом контуре? Предполагаемый ответ: Эта величина называется магнитным потоком. Если изменяется магнитное поле, значит изменяется магнитный поток, а он пропорционален числу линий магнитной индукции, пронизывающих контур. Давайте попробуем дать определение тому явлению которое мы сейчас наблюдали.

Как вы думаете, можно ли получить индукционный ток в катушке, не двигая магнит? Предполагаемый ответ: Можно, перемещая саму катушку.

А каким  образом еще можно изменять магнитное поле, имея оборудование для лабораторного опыта, представленное у вас на столах? На этот вопрос мы ответим позже, после того, как вы проведете экспериментальное исследование.

(Преподаватель делит группу на две подгруппы, каждая из которых получает свое задание).

Слушают, изучают опыт Эрстеда и опыт Ампера

Формулируют определение: «Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле, таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется»

Высказывают свои догадки, делятся на группы

5

Раздает задания, следит за работой студентов.

Проделав все эти опыты, мы с вами повторили открытие Фарадея.

Итак, с помощью магнитного поля можно получать электрический ток. А как определять направление этого тока? Этот вопрос тоже является очень важным. Чтобы ответить на него проведем следующий опыт.

Анализ опытов. Преподаватель задает вопросы:

- если поднести магнит к кольцу, то оно будет отталкиваться. Почему?

- при удалении постоянного магнита от кольца оно к нему притягивается, Почему?

Совместно с обучающимися, которые работают с учебником, формулируется вывод.

        Это правило для определения направления индукционного тока и было установлено в 1834 г. петербургским академиком Э.Х. Ленцем и носит его имя.

Теперь охарактеризуем открытие Фарадея количественно. Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока Ii в контуре пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.

        Если за малое время ∆t магнитный поток меняется на величину ∆Ф, то ∆Ф/∆t – называется скоростью изменения магнитного потока. Из опыта следует, что Ii ~ ∆Ф/∆t.

        Известно, что ток в цепи появляется тогда, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Как называется работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура?  (Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура называется электродвижущей силой индукции). При изменении магнитного потока, через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС индукции .

Согласно закону Ома для замкнутой цепи Ii=/R  (R-не зависит от изменения магнитного потока, значит ~ ∆Ф/∆t. Учитывая правило Ленца, закон электромагнитной индукции можно записать = - ∆Ф/∆t.

Так находится ЭДС индукции для одного витка. А как будет рассчитываться ЭДС индукции для n витков?  = - n ·∆Ф/∆t.

Время показало насколько велико значение открытия Фарадея. Гальванические элементы, аккумуляторы дают ничтожную долю вырабатываемой электроэнергии. Основная часть электроэнергии вырабатывается генераторами, которые превращают механическую энергию в электрическую. В основе устройства генераторов лежит открытие сделанное Фарадеем. Другие примеры использования электромагнитной индукции в современной технике мы увидим на следующем слайде.

Задание первой группе. (слайд 7)

        Соберите цепь как указано на рисунке. Замыкая и размыкая цепь, наблюдайте за показаниями гальванометра.

Ответьте на вопросы:

• Как изменялся магнитный поток, пронизывающий контур?
• Изменялось ли направление тока при замыкании и размыкании цепи?
• Когда ток был большим, маленьким. равным нулю?

Сформулируйте необходимое условие возникновения индукционного тока.

Задание второй группе.

Соберите установку как указано на рисунке. (слайд 7) Перемещая ползунок реостата, наблюдайте за показаниями гальванометра.

Ответьте на вопросы:

• Как изменялся магнитный поток, пронизывающий контур?
• Изменялось ли направление тока при изменении направления движения ползунка?
• Когда ток был большим, маленьким. равным нулю?

Сформулируйте необходимое условие возникновения индукционного тока.

После выполнения эксперимента обучающимися идет его обсуждение, в результате которого они приходят к выводам:

• Для получения индукционного тока в замкнутом контуре необходимо, чтобы его пронизывало изменяющееся магнитное поле.
• Изменять магнитное поле можно путем замыкания и размыкания цепи, или перемещая ползунок реостата.

Отвечают на вопросы:

- В кольце возникает индукционный ток, который своим магнитным полем стремиться удержать величину магнитного потока, пронизывающего кольцо, постоянной.

- Направление линий магнитной индукции изменится на противоположное. Магнитный поток индукционного тока стремится компенсировать уменьшение магнитного потока, созданного постоянным магнитом.

Вывод: Индукционный ток в проводнике имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, пронизывающего контур.

6

Давайте подведем итоги нашего занятия, создав схему, в которой отразим то, что изучено сегодня.

7

Задает домашнее задание: Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев Физика 11. §§ 8, 10, 11

Записывают домашнее задание