Конспект уроку на тему "Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Електричні двигуни. Гучномовець. Електровимірювальні прилади"

Тип матеріалу: 
Предмет: 
Навчальний рівень: 

Г.А. Шиліна, с. Надеждівка, Криворізький р-н, Дніпропетровська обл.

Цілі: навчальні — формувати знання та вміння школярів: 1) доводити експериментально наявність сили Ампера; 2) аналізувати, унаслідок чого вона виникає; сформулювати правило «лівої руки»; пояснити школярам будову та принцип дії електровимірювальних приладів, гучномовця та електричного двигуна; розвивальні: розвивати логічне мислення школярів, удосконалювати навички учнів із проведення фізичного експерименту; розвивати навички школярів зі знаходження напряму сили, що діє на провідник зі струмом, уміщений у магнітне поле; продовжити формування у свідомості школярів наукової картини світу шляхом розширення їхніх уявлень про сили у природі; виховні: продовжити вироблення в школярів зацікавленості у вивченні фізики, спостережливості, наполегливості, працездатності.

Обладнання: джерело струму, з’єднувальні провідники, ключ, штативи, підководібний магніт, реостат, рамка, модель електричного двигуна постійного струму, таблиця «Електровимірювальні прилади».

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

І. Організаційний етап

ІІ. Мотиваційний етап

ІІІ. Операційно-пізнавальний етап

1. Актуалізація опорних знань учнів

Запитання для фронтального опитування

1. Чи взаємодіють магнітна стрілка та провідник зі струмом? Про що це свідчить?

2. За якими правилами можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля провідника зі струмом? Сформулюйте їх.

3. За яким правилом можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля котушки зі струмом? Сформулюйте його.

4. Якими способами можна змінити магнітне поле котушки зі струмом?

5. Якими є основні властивості електромагнітів, у яких пристроях застосовують електромагніти?

Учитель. На минулих заняттях ми пересвідчились у тому, що навколо провідника зі струмом існує магнітне поле, то, очевидно, на нього діятиме певна сила. Метою нашого сьогоднішнього уроку є дослідження того, від яких чинників залежить ця сила, яким є її напрямок, а також можливості застосування дії магнітного поля на провідник зі струмом в електровимірювальних приладах та електричних двигунах.

2. Вивчення нового матеріалу

2.1 Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера

Дослід 1. «Дія магнітного поля на провідник зі струмом»

а) Складіть електричне коло за схемою (рис. 1). Провід ab закріпіть на штативах.

б) Послідовно розміщуючи провідник ab та магніт у положеннях, вказаних на рис. 2, простежте за напрямками руху провідника.

в) Переверніть магніт та виконайте дії п. б).

г) Змініть напрямок струму в провіднику та виконайте дії п. б).

д) Змініть значення сили струму в колі та виконайте дії п.б).

Висновки з досліду

1. За взаємного розташування магніту та провідника зі струмом таким чином, як вказано на рис. 2, а, б, провідник або втягується в магнітне поле, або (за зміни напрямку струму) виштовхується з нього.

2. За взаємного розташування магніту та провідника зі струмом таким чином, як вказано на рис. 2, в, провідник не рухається.

3. За зміни напрямку силових ліній магнітного поля на протилежний напрямок руху провідника зі струмом змінюється на протилежний.

4. За збільшення сили струму в колі сила дії магнітного поля на провідник зі струмом збільшується, за зменшення – зменшується.

Учитель. Ми впевнились у тому, що без магнітного поля на провідник зі струмом діє сила. Ця сила дістала назву Ампера. Сила Ампера, що діє на провідник зі струмом, уміщений у магнітне поле, пропорційна магнітному полю, силі струму в колі та довжині провідника. Напрям сили Ампера можна визначити за правилом «лівої руки»: якщо розташувати ліву долоню так, щоб витягнуті пальці вказували напрямок струму, а лінії магнітного поля входили в долоню, то вигнутий великий палець укаже напрямок сили, що діє на провідник.

2.2 Первинне закріплення вивченого матеріалу

Завдання для розв’язання на занятті

1. Визначте напрямок струму в провіднику.

2. Визначте напрямок руху провідника.

3. У двох паралельних провідниках струм діє в одному напрямку. Як взаємодіятимуть провідники?

Розв’язання

Провідник зі струмом 1 (рис. 3) перебуває в магнітному полі провідника зі струмом 2. Напрямок силових ліній магнітного поля провідника зі струмом 2 визначаємо за правилом «гвинта». У точці А силові лінії магнітного поля напрямлені до нас. За правилом «лівої руки» визначаємо напрямок сили Ампера, що діє на провідник зі струмом 1, уміщений у магнітне поле провідника зі струмом 2. Міркуючи аналогічно, з’ясовуємо, що на провідник зі струмом 2 із боку магнітного поля провідника зі струмом 1 діє сила, напрямлена протилежно, тобто провідники притягуються.

2.3 Рух рамки зі струмом у магнітному полі

Дослід 2. «Дія магнітного поля на рамку зі струмом»

а) Зберіть коло за схемою, зображеною на рис. 4.

б) Замкніть коло та спостерігайте за обертанням рамки. Прослідкуйте за тим, коли вона зупиниться.

в) Змініть напрямок струму в колі та спостерігайте за рухом рамки.

Висновки з досліду

1. Рамка повертається таким чином, що біля північного полюсу магніту опинився її південний полюс (площина рамки встановилася перпендикулярно до силових ліній зовнішнього магнітного поля).

2. За зміни напрямку струму в колі рамка обертається в інший бік.

Запитання до учнів

Чи можна змусити рамку зробити повний оберт? (У момент, коли рамка, повернувшись на 90°, за інерцією проходитиме положення рівноваги, необхідно змінити напрямок струму.)

Учитель. Чи можна зробити так, щоб рамка оберталася постійно? Виявляється, можна. Потрібно тільки вчасно змінювати напрямок струму. Для цього використовують колектор (рис. 5).

Найпростіший колектор складається з двох ізольованих одне від одного півкілець, насаджених на ту саму вісь, що й рамка, з чого випливає, що півкільця обертаються разом з нею. Кінці обмотки рамки приєднані до півкілець. Обмотку вмикають в електричне коло за допомогою щіток. Коли півкільце F дотикається до щітки 2, струм в обмотці рамки напрямлений від В до C (рис. 5, а). Рамка при цьому обертається на 90°. Після цього повороту рамки до щітки 2 підходить півкільце Е. Тепер струм в обмотці напрямлений від А до В (рис. 5, б), тобто напрямок струму в обмотці змінився на протилежний. Унаслідок цього рамка робить повний оберт на 90° тощо. Отримуємо неперервне обертання рамки.

2.4 Електричний двигун

Учитель. Явище обертання рамки зі струмом у магнітному полі використовують у будові електричного двигуна. Електричний двигун застосовують для перетворення електричної енергії на механічну. Основними деталями будь-якого електродвигуна є: індуктор – магніт або електромагніт, який створює магнітне поле; якір – обмотка, якою проходить електричний струм; контактні кільця (колектор) та контактні пластини, що по них ковзають щітки. Нерухома частина електродвигуна називається статором, а рухома – ротором.

Дослід 3. «Демонстрація роботи електродвигуна постійного струму»

На моделі електродвигуна учням демонструють його складові та роботу. Для цього необхідно скласти схему, зображену на рис. 6.

Учитель. Перший у світі електродвигун, придатний для практичного використання, створив російський вчений Борис Семенович Якобі (1801 – 1874 рр.) у 1834 р. Потужність такого електродвигуна становила лише 15 кВт. Згодом Б. Якобі довів потужність електродвигуна до 500 Вт. Цей двигун було встановлено спочатку на човні, а потім на залізничній платформі. 13 вересня 1833 р. човен із дванадцятьма пасажирами поплив річкою зі швидкістю 3 км/год. Сьогодні електричні двигуни використовують скрізь – від побутових електроприладів (електробритви, електром’ясорубки, пральні машини тощо) до електротранспорту (трамваї, тролейбуси, електромобілі, метро). Електричний двигун має високий коефіцієнт корисної дії (η=98%), є екологічно чистим, його можна встановити у будь-якому зручному місці.

2.5 Гучномовець

Учитель. Дія магнітного поля на провідник зі струмом використана в будові гучномовця – приладу, призначеного для збудження звукових хвиль під дією електричного струму, сила якого змінюється зі звуковою частотою. Звукова котушка 1 (рис. 7) з мідного дроту з’єднана з гнучкою мембраною 2 і конічним дифузором 3, розташована в зазорі сильного магніту 4. Під час проходження змінного електричного струму котушка під дією сили Ампера коливається, змушуючи коливатися мембрану та дифузор. Ці коливання створюють коливання тиску повітря, тобто звукові хвилі. Гучномовці мають низький коефіцієнт корисної дії η=1-3%.

3. Рефлексія уроку

Запитання для фронтального опитування

1. Яка сила діє на провідник зі струмом, уміщений у магнітне поле?

2. За яким правилом можна визначити напрямок сили Ампера?

3. Чи перебуватиме  у стані спокою рамка зі струмом, уміщена в магнітне поле?

4. Який пристрій дозволяє досягти неперервного обертання рамки?

5. З яких основних частин складається електричний двигун?

IV. Підсумки заняття

Домашнє завдання

Опрацювати §30, відповісти на запитання, заповнити таблицю «Електровимірювальні прилади» (учні отримують частково заповнені роздруковані таблиці).

Електровимірювальні прилади

№ з/п

Тип

Принцип дії

Схематична будова

Застосування

1

Магнітно-електричний

За проходження струму через котушку вона починає обертатися. При цьому пружини закручуються та протидіють обертанню котушки. Коли момент протидії дорівнює обертальному, рамка й стрілка зупиняються

Застосовувані для вимірювання в колах постійного струму. Мають високу точність

2

Електро-магнітний

За проходження електричного струму якір втягується, обертаючи стрілку. Пружина, заспокоювач і коректор застосовують для зменшення коливань стрілки

Застосовування для вимірювання у колах як постійного, так і змінного струму. Мають меншу точність, але простіші за конструкцією

3

Електро-динамічний

Одна з котушок є рухомою, а інша – нерухомою. За проходження струму рухома рамка обертається, обертаючи стрілку. Шкала приладу є нерівномірною

Використовувані для вимірювання в колах постійного та змінного струму; також для вимірювання потужності постійного та змінного струму

 

Фізика в школах України. – 2013. – № 1.

До публікації на сайті Освітнього порталу "Академія" приймаються нові авторські конспекти уроків; методичні розробки; сценарії виховних заходів; зразки шкільних творів та переказів, які відповідають новій навчальній програмі.

Популярний ВНЗ

Київський національний університет ім. Т. Шевченка

Ректор університету 
Губерський
Леонід Васильович -