Конспект урока по теме: МАГНИТНОЕ ПОЛЕ КАТУШКИ С ТОКОМ. ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
план-конспект урока по физике (8 класс)

тема: Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение

Цель урока: узнать, что такое электромагнит, из чего он состоит, каков принцип его действия, исследовать свойства электромагнита, где он применяется

Планируемые результаты:

Предметные: изучить способы усиления и ослабления магнитного поля катушки с током; научить определять магнитные полюса катушки с током; рассмотреть принцип действия электромагнита и области его применения; научить собирать электромагнит из готовых деталей и опытным путём проверять, от чего зависит его магнитное действие;

Метапредметные: развивать умение обобщать знания, применять
знания в конкретных ситуациях; развивать навыки работы с прибора
ми; развивать познавательный интерес к учебному предмету;

Личностные: развитие самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений, воспитание усидчивости, трудолюбия, аккуратности при выполнении практической работы; развитие теоретического мышления на основе формирования умений устанавливать факты, различать причины и следствия, строить модели и выдвигать гипотезы, отыскивать и формулировать доказательства этих гипотез, выводить из экспериментальных фактов и теоретических моделей физические законы

Тип урока: комбинированный

Оборудование урока: компьютер, проектор, экран, презентация «Электромагниты»

Оборудование для лабораторной работы: электромагнит разборный с деталями (предназначен для проведения фронтальных лабораторных работ по электричеству и магнетизму), источник тока, реостат, ключ, соединительные провода, компас.

Демонстрации:

1) действие проводника, по которому протекает постоянный

    ток, на магнитную стрелку;

2) действие соленоида (катушка без сердечника), по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

3. действие соленоида (катушка с сердечником), по которому
   протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
4. притяжение железных опилок гвоздем, на который на
   мотан провод, подключенный к источнику постоянного
   тока.

Ход урока

1. Организационный момент. (2 мин)

Учитель приветствует, проверяет готовность к уроку.

 Для эмоционального настроя используется музыка.

Итак, давайте сегодня на уроке будем активными, внимательными, энергичными

II. Актуализация опорных знаний (6 мин). (работа в парах)

  «Продолжи предложение»

1. Вещества, которые притягивают железные предметы, называются... (магнитами).
2. Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки
   впервые обнаружил датский учёный ... (Эрстед).
3. Вокруг проводника с электрическим током существует ...
   (магнитное поле).
4. Источником магнитного поля служит ...(движущийся заряд).

5.        Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси
маленьких магнитных стрелок, называют ...(силовыми магнитными линиями).

6. Одноименные полюса магнита ..., а разноименные - ... (отталкиваются, притягиваются).

За 5 правильных ответа оценка «6», 

за 4 правильных ответа оценка «4-5», 

за 3 правильных ответов оценка «3».

Вы можете повысить свою оценку, если будете активно работать в течение урока.

2. Изучение нового материала (25 мин).

Каждый из вас сотни тысяч раз слышал школьный звонок, но задумывался ли хоть один из вас, каков принцип его действия?

У меня есть модель звонка (демонстрирую). Кто сможет объяснить принцип его действия?

Затрудняетесь?! Итак, ваших знаний оказалось недостаточно для того, чтобы объяснить принцип действия электрозвонка. Основной частью электрического звонка является электромагнит. С ним сегодня мы и познакомимся.

Откройте тетради и запишите тему урока: «Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение».

Подумайте! Какова, по-вашему, цель урока? (Узнать, что такое электромагнит, из чего он состоит, каков принцип его действия, исследовать свойства электромагнита, где он применяется)

Мы уже с вами сказали, что основной частью электрического звонка является электромагнит. Я предлагаю вам посмотреть видеофрагмент https://www.youtube.com/watch?v=kRND0uKY9g8 и более конкретно рассмотреть, что же представляет собой электромагнит.

Электромагнит (слайд 3)

Андре Мари Ампер, проводя опыты с катушкой (соленоидом), показал эквивалентность ее магнитного поля полю постоянного магнита Соленоид (от греч. solen - трубка и eidos - вид) - проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля.

Исследования магнитного поля кругового тока привели Ампера к мысли, что постоянный магнетизм объясняется существованием элементарных круговых токов, обтекающих частицы, из которых состоят магниты.

Магнетизм - одно из проявлений электричества. Как создать магнитное поле внутри катушки? Можно ли изменять это поле?

Катушка состоит из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к ее концам, при отключении тока они отпадают.(слайд 4)

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении - ослабевает.(слайд 5)

Магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число ее витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, |веденное внутрь катушки, усиливает ее магнитное действие.(слайд 6)

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом. Электромагнит - одна из основных деталей многих технических приборов.

Демонстрации, выполняемые учителем:

1. действие проводника, по которому протекает постоянный
   ток, на магнитную стрелку;
2. действие соленоида (катушка без сердечника), по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
3. действие соленоида (катушка с сердечником), по которому
   протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
4. притяжение железных опилок гвоздем, на который намотан провод, подключенный к источнику постоянного тока.

По окончании опытов учениками делаются выводы:

• если по катушке проходит электрический ток, то катушка
  становится магнитом;
• магнитное действие катушки можно усилить или ослабить:
  изменяя число витков катушки;
• изменяя силу тока, проходящую по катушке;
• вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.

Обмотки электромагнитов изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопровода изготавливают из магнитно-мягких материалов - обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов.

Электромагнит - устройство, магнитное поле которого создаётся только при протекании электрического тока.(слайд 7)

Подумай и ответь (слайд 8)

1. Можно ли намотанную на гвоздь проволоку назвать электромагнитом? (Да.)
2. От чего зависят магнитные свойства электромагнита? (От
   силы тока, от количества витков, от магнитных свойств сердечника, от формы и размеров катушки.)
3. По электромагниту пустили ток, а затем уменьшили его в
   два раза. Как изменились магнитные свойства электромагнита? (Уменьшились в 2 раза.)

А теперь попробуем еще раз объяснить устройство электрического звонка (слайд 20). Для начала посмотрим видеофрагмент Электромагнит, реле и звонок

Послушаем подготовленные сообщения учащихся…

Демонстрация: Электромагнитное реле, электрический звонок, электродвигатель, трансформатор.

 Обязательно

4. Лабораторная  работа (10 мин).

Выполнение учениками самостоятельно практической  работы по группам (инструкции выдаются на парту вместе с приборами). (слайд 21)

5. Закрепление (2 мин).

1. Что называют электромагнитом? (Катушку с железным сердечником)
2. Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с  

током? (магнитное действие катушки можно усилить:
изменяя число витков катушки, изменяя силу тока, проходящую по катушке, вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.)

3. В каком направлении устанавливается катушка с током,
   подвешенная на длинных тонких  проводниках?  Какое  сходство
   имеется у нее с магнитной стрелкой?
4. Для каких целей используют на заводах электромагниты?

Рефлексия

Ответьте на предложенные вопросы:

1. Сегодня на уроке я узнал (а) ...

2. Сегодня на уроке я открыл (а) для себя...

3. Сегодня на уроке я научился (лась)...

4. Сегодня на уроке меня удивило...

5. Сегодня на уроке я понял (а), что ... пригодится мне в дальнейшей жизни.

Подведение итогов и выставление оценок с комментариями.

VI. Домашнее задание.

1. Учебник «Физика-8»,  §59 прочитать
2. Подготовить сообщения на темы: «Электромагнитное реле», «Электромагнитный телеграф»

Приложение.

Сообщение 1: Уильям Стёрджен (1783-1850) - английский инженер-электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса (200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа).

Электромагнит, продемонстрированный Стёрженом 23 мая 1825 г., выглядел как согнутый в подкову, лакированный, железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стёрджена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

Джозеф Генри (1797-1878) - американский физик, усовершенствовал электромагнит.

В 1827 г. Дж. Генри стал изолировать уже не сердечник, а саму проволоку. Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев. Дж. Генри исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита. Создал магнит в 29 кг, удерживающий гигантский по тем временам вес - 936 кг. (слайд 9, 10, 11)

Сообщение 2: На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить огромные грузы без креплений. Как они это делают?

Дугообразный электромагнит удерживает якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом. Прямоугольные электромагниты предназначены для захвата и удержания при транспортировании листов, рельсов и других длинномерных грузов.

Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна «железяка» не упадет. Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали.

На одном американском заводе электромагнит поднимал железные болванки.

Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подающей ток, что-то случилось, ток в обмотке электромагнита пропал; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего.

Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления: после того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается.

Электромагнитные траверсы используются для перемещения длинномерных грузов.

В морских портах для перегрузки металлолома используются, наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность - до 64 тонн, а отрывное усилие - до 128 тонн. (слайд 12-18)

Сообщение 3: Брайан Твейтс, генеральный директор компании Walker Magnetics, с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит. Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя «Книги рекордов Гиннеса» из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн.

Крупнейший в мире электромагнит используется в Швейцарии. Электромагнит 8-угольной формы состоит из сердечника, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Катушка состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килоВатт. Размеры электромагнита, превосходящие высоту 4-этажного здания, составляют 12x12x12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

   Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Московская область. (слайд 19)

Практическая работа

«Сборка электромагнита и испытание его действия»

Цель работы: собрать электромагнит из готовых деталей и на опыте проверить, от чего зависит его магнитное действие.

Приборы и материалы: батарея  элементов, реостат, ключ, соединительные провода, компас, детали для сборки электромагнита.

Указания к работе

1. Составьте электрическую цепь из батареи, катушки, реостата и ключа, соединив все последовательно. Замкните цепь и с помощью компаса определите магнитные полюсы у катушки.

2. Отодвиньте компас вдоль оси катушки на такое расстояние, на котором действие магнитного поля катушки на стрелку компаса незначительно. Вставьте железный сердечник в катушку и пронаблюдайте действие электромагнита на стрелку. Сделайте вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Изменяйте с помощью реостата силу тока в цепи и наблюдайте действие электромагнита на стрелку. Сделайте вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________