ТЕМА: «Явление электромагнитной индукции»

Класс: 9

Тип урока: урок открытия нового знания в рамках деятельностного подхода

Дидактическое обеспечение: миллиамперметры, проволочный моток, полосовые магниты, демонстрационный гальванометр, катушка, магнит, презентация.

Цели урока:

• Изучить явление электромагнитной индукции
• Выяснить условия наблюдения электромагнитной индукции
• Начать работу по формированию навыков уметь объяснять простейшие опыты на явление электромагнитной индукции
• Развивать интерес и познавательную активность обучающихся на уроке
• Развивать логическое мышление обучающихся
• Воспитывать активное отношение к познанию окружающего мира.

Ход урока

1. Организационный момент.

«Пока люди будут пользоваться благами электричества, они будут помнить имя Фарадея» Герман Гельмгольц.

Сегодня на уроке я приглашаю вас вместе с Майклом Фарадеем отрыть явление, которое лежит в основе всей современной цивилизации. Без этого явления не может существовать и процветать ни одно государство. Даже личный комфорт каждого из нас напрямую связан с использованием этого явления. Но…не будем спешить, а сначала немного вспомним.

2. Актуализация знаний.

Магнитное поле – особая форма существования материи.

Источник: движущиеся электрические заряды (электрический ток) и  постоянные магниты.

Наглядное представление: линии магнитной индукции (воображаемые линии, вдоль которых в магнитном поле устанавливаются маленькие магнитные стрелки)

Магнитные линии прямого тока представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости перпендикулярной проводнику.

Магнитные линии постоянных магнитов выходят из северного полюса и входят в южный.

Чем гуще магнитные линии, тем сильнее магнитное поле, поэтому наиболее сильное магнитное поле у полюсов магнита.

Величины, характеризующие магнитное поле: индукция магнитного поля и магнитный поток.

Индукция магнитного поля: ,  

Магнитный поток: Ф, , зависит от В, S и ориентации контура в пространстве.

Физический смысл магнитного потока: количество линий магнитной индукции, проходящих через плоскость, ограниченную контуром.

3. Постановка проблемы.

Перед вами проволочный моток и миллиамперметр – чувствительный прибор, регистрирующий маленькие токи. У меня на столе аналогичное оборудование – гальванометр – высокочувствительный прибор для регистрации малых токов и большая катушка, аналогичная вашему проволочному мотку.

Задание: 1. Подключите клеммы проволочного мотка к миллиамперметру.

     2. Запишите значение максимальной силы тока.

Проводится побуждающий диалог, который направлен на осознание проблемы.

Вопросы для диалога на уроке:

• Можете ли вы выполнить задание?
• В чем затруднение?

В цепи не возникает электрический ток, т.к нет источника тока – батарейки.

        - А для чего нужен источник тока, какова его роль в цепи?

Источник тока разделяет заряды на «+» и «-», тем самым создавая эл.поле, которое заставляет электроны в проводниках  двигаться.

Мы знаем  2 условия существования тока: 1. Наличие свободных зарядов. Проволочный моток металлический, значит есть свободные электроны. 2. Наличие эл.поля, заставляющего электроны двигаться. Второе условие не выполняется, поэтому тока нет.

        - Как вы думаете, можно ли создать эл.ток в цепи, вообще не используя источника тока?

Если мы будем опираться на известные нам знания, то мы должны ответить нет, не возможно.

И так думали все ученые практически до середины XIX века. До тех пор пока в 1831 г английский физик Майкл Фарадей не отрыл явление электромагнитной индукции.

И тема нашего урока так и звучит… «Явление электромагнитной индукции».

        - Как вы думаете, какие мы можем поставить цели урока?

1. Изучить явление электромагнитной индукции.

2. Выяснить условия наблюдения электромагнитной индукции

4. «Открытие» нового знания.

Получить эл.ток, не используя источник тока, Фарадею удалось не сразу. Понадобилось 10 лет упорной и кропотливой работы для решения этой задачи. Как рассуждал ученый? Эл.ток вокруг себя создает магнитное поле. Значит, можно предположить и обратную ситуацию: магнитное поле может создать эл.ток. В своем дневнике Фарадей так и записал: «Превратить магнетизм в электричество».

29 августа 1831 г ему это удалось. Редкий случай, когда дата нового открытия известна так точно!

Давайте и мы воспроизведем опыт Фарадея.

Магнетизм должен создать электричество. Магнитное поле в самом простом случае возникает вокруг обычного магнита. Внесем магнит в катушку. При этом внимательно наблюдаем за стрелкой гальванометра. Вносим магнит, стрелка гальванометра на мгновение отклонилась. Следовательно, гальванометр зафиксировал кратковременный ток. Оставим магнит в катушке. Стрелка гальванометра на нуле, следовательно тока нет. Выношу магнит из катушки, стрелка гальванометра на мгновение снова отклонилась. Следовательно, снова возник электрический ток.

Повторим опыт еще раз.

А теперь попробуйте получить ток самостоятельно (раздаю магниты).

Итак, сделаем вывод: ток возникает только при движении магнита относительно катушки.

Внимание, мы получили эл.ток (пусть и кратковременный) без явного источника тока! Такой ток называется индукционным, т.е наведенным, а само это явление называется электромагнитной индукцией.

А теперь уточним наш вывод. Что именно происходит при внесении магнита в катушку?

Магнит создает вокруг себя магнитное поле, которое не концентрируется в какой-то области пространства, а распространяется во все стороны, пронизывая в том числе и витки катушки. Какая величина, характеризующая магнитное поле, изменяется при приближении магнита к катушке? Магнитный поток. Самое сильное магнитное поле у полюсов магнита, здесь магнитные линии располагаются наиболее густо. Чем дальше от магнита, тем поле слабее, поэтому изначально катушку пронизывает малое число магнитных линий. При приближении магнита к катушке число магнитных линий, пронизывающих ее, увеличивается. Следовательно, увеличивается магнитный поток. При вынесении магнита из катушки – магнитный поток уменьшается. Следовательно, ток возникает в катушке (в замкнутом контуре) не просто при движении магнита, а в те моменты, когда число магнитных линий, т.е магнитный поток меняется.

Итак, электромагнитная индукция – это явление возникновения эл.тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Кажется, так просто получить индукционный ток: всего лишь надо внести магнит в катушку! Что здесь грандиозного? Но трудно было додуматься до самого главного: только изменяющийся магнитный поток может возбудить электрический ток в катушке. Так, швейцарский физик Колладон почти одновременно с Фарадеем проводил подобные опыты с катушкой. Но он не смог открыть это явление, только поточу что слишком перестраховался. Колладон боялся, что магнит, вводимый в катушку, окажет действие на металлическую стрелку гальванометра и помешает «чистоте» эксперимента. Поэтому он использовал длинные провода, с помощью которых он гальванометр вывел в соседнюю комнату. Колладон вносил магнит в катушку и шел в соседнюю комнату. Но гальванометр уже ничего не показывал.

5. Первичное закрепление. 

Ну а теперь давайте немного поработаем в парах. Перед вами листы с заданиями. Вам нужно провести небольшой опыт  и сделать по его результатам вывод. Вывод запишите в тетради.

Задание №1.

Внесите магнит в катушку. Оставив магнит  неподвижным, перемещайте катушку относительно магнита. Меняются ли при этом показания миллиамперметра? Меняется ли при этом магнитный поток? Сделайте вывод о том, при каком условии в катушке возникал ток.

Вывод: при движении катушки относительно магнита возникал индукционный ток, при этом менялся магнитный поток. Следовательно, для получения индукционного тока неважно, каким способом меняется магнитный поток.

Задание №2.

О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении и удалении от нее одного и того же полюса магнита. Как меняется при этом магнитный поток? Сделайте вывод о направлении индукционного тока.

Вывод: направление индукционного тока было различным при внесении и вынесении магнита из катушки, т.е при увеличении и уменьшении магнитного потока.

Задание №3.

Вносите магнит в катушку сначала медленно, а потом быстро. В каком случае магнитный поток меняется быстрее? От чего зависит величина индукционного тока?

Вывод: Магнитный поток меняется быстрее при быстром внесении магнита в катушку, при этом ток самый большой. Следовательно, чем больше скорость изменения магнитного потока, тем больше величина индукционного тока.

Теперь давайте обобщим эти выводы и запишем их в тетрадь.

1. Индукционный ток возникает в замкнутом проводнике при любом способе изменения магнитного потока.
2. Индукционный ток имеет разное направление при увеличении и уменьшении магнитного потока.
3. Чем больше скорость изменения магнитного потока, тем больше сила тока.

Открытие электромагнитной индукции дало миру новый источник тока. На его основе были созданы промышленные генераторы переменного тока – основной современный источник энергии. Явление подготовило почву для другого грандиозного открытия – открытия электромагнитных волн. А оно в свою очередь вызвало развитие радио, телевидения. Электромагнитная индукция используется и в современной технике: детекторы металла, электродинамические микрофоны, поезда на магнитной подушке…

6. Самостоятельная работа с проверкой в классе.

Задача этого этапа – самоконтроль и самооценка.

Задания на явление электромагнитной индукции представлены в КИМ экзамена по физике (А13). Для самоконтроля я предлагаю вам поработать самостоятельно с небольшим тестом, составленным из заданий Открытого банка заданий ОГЭ.

Тест

1. В катушке, соединенной с гальванометром, перемещают магнит. Величина индукционного тока зависит

А. от того, вносят магнит в катушку или его выносят из катушки

Б. от скорости перемещения магнита

Правильным ответом является:

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

2. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Направление индукционного тока зависит

А. от скорости перемещения магнита

Б. от того, каким полюсом вносят магнит в катушку

Правильным ответом является:

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

3. В первом случае полосовой магнит выдвигают из сплошного медного кольца, а во втором случае его выдвигают из стального кольца с разрезом (см. рисунок). Индукционный ток

1) не возникает ни в одном из колец

2) возникает в обоих кольцах

3) возникает только в медном кольце

4) возникает только в стальном кольце

4. Какой из приведённых ниже процессов объясняется явлением электромагнитной индукции?

1) отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током

2) взаимодействие двух проводников с током

3) появление тока в замкнутой катушке при опускании в неё постоянного магнита

4) возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле

5.Внутри катушки соединенной с гальванометром, находится малая катушка, подключенная к источнику постоянного тока. В каком(-их) из перечисленных опытов гальванометр зафиксирует индукционный ток?

      А. В малой катушке выключают электрический ток.

      Б. Малую катушку вынимают из большой.

Правильным ответом является:

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

Ключ.

1. 2
2. 4
3. 3
4. 3
5. 3

Поменяйтесь своими работами и проверьте их, используя ключ. Поставьте  оценку.

7. Повторение.

В форме беседы повторяются основные этапы урока.

Вопросы данного этапа:

• Какие цели мы ставили перед собой? (изучить явление электромагнитной индукции и выяснить условия ее наблюдения)
• Как вы считаете, мы их достигли?
• Что же такое электромагнитная индукция? При каком условии ее можно наблюдать?
• Какие выводы мы получили?

8. Итог урока.

Обучающиеся заканчивают урок словами: «Я знаю…», «Я могу…».

Ученики:

Я знаю, что такое электромагнитная индукция.

Я могу получить электрический ток, не используя источник тока..

Я знаю, от чего зависит величина индукционного тока.

-

-

Все спасибо за хорошую работу!

Домашнее задание:         

1.Прочитать §48 и найти в тексте другие способы получения индукционного тока.

2. Задание:  Компания Motorola в 2001 году выпустила устройство с ручным приводом, предназначенное для подзарядки мобильных телефонов. Вращая специальную ручку, владелец телефона сам вырабатывает энергию. За 45 секунд можно «накрутить» на 4-6 минут разговора или на несколько часов работы телефона в пассивном режиме. Известно, что в основе работы лежит явление электромагнитной индукции.

Предположите, какие части могут входить в состав данного устройства, как оно работает.