Конспект уроку на тему "Електромагнітна індукція. Досліди Фарадея"

Тип матеріалу: 
Предмет: 
Навчальний рівень: 

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

Цілі: навчальні: формувати вміння школярів експериментально доводити наявність індукованого струму в провіднику, пояснювати механізм його виникнення; сформувати у свідомості школярів поняття магнітного потоку; розвивальні: розвивати логічне мислення учнів, продовжити формування фізичного стилю мислення школярів шляхом розвитку вміння виявляти причинно-наслідкові зв'язки між явищами дійсності; продовжити формувати у свідомості школярів наукову картину світу шляхом розширення їхніх уявлень про електромагнітне поле; виховні: продовжити виховання інтересу школярів до фізики як науки та навчального предмета; прищеплювати цілеспрямованість і наполегливість.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний етап

II. Мотиваційний етап

III. Операційно-пізнавальний етап

1. Актуалізація опорних знань учнів

Запитання для фронтального опитування

У чому полягає гіпотеза А. М. Ампера?

1. Дайте визначення магнітної проникності речовини.

2. Які речовини називають діамагнетиками? Назвіть основні їхні властивості.

3. Які речовини називають парамагнетиками? Назвіть основні їхні властивості.

4. Які речовини називають феромагнетиками? Назвіть основні їхні властивості.

5. Назвіть основні сфери використання феромагнетиків.

6. Відгадайте прізвище вченого (рис. 1). Опишіть досліди, які він здійснив для вивчення властивостей діамагнітних і парамагнітних речовин.

2. Вивчення нового матеріалу

2.1. Відкриття явища електромагнітної індукції (історична довідка, під час виголошення якої проводять досліди)

Учитель. З часу відкриття Г. X. Ерстедом впливу електричного струму на магнітну стрілку дослідники намагалися розв'язати обернену задачу: перетворити магнетизм на електрику. М. Фарадей (1791-1867 pp.) у 1822 р. записав у своєму щоденнику: «Перетворити магнетизм на електрику». Він неодноразово повертається до цієї думки, вигадуючи один дослід за іншим, а в 1831 р. впритул береться за розв'язання проблеми. 29 серпня 1831 р. учений разом зі своїм асистентом Андерсеном зібрав у лабораторії нескладну установку: на залізне кільце він намотав дві обмотки з ізольованого дроту. Коли М. Фарадей під'єднав батарею до однієї обмотки, його асистент помітив, як відхилилася стрілка гальванометра, під'єднаного до другої обмотки гальванометра. Відхилилась і заспокоїлась, хоча струм продовжував іти первинною обмоткою. Розчарований, М. Фарадей вирішив вимкнути струм — і в момент розмикання кола стрілка знову відхилилася, але в протилежний бік.

Дослід 1

А) Складіть коло за схемою, зображеною на рисунку 2.

Б) Замикаючи та розмикаючи коло, спостерігайте за стрілкою гальванометра.

Висновки з досліду

У момент замикання та розмикання кола стрілка відхиляється.

Дослід 2

А) Складіть коло за схемою, зображеною на рисунку 3.

Б) Змінюючи за допомогою реостата силу струму в колі другої котушки, спостерігайте за стрілкою гальванометра.

Висновки з досліду

Зі зміною сили струму в колі другої котушки стрілка гальванометра відхиляється.

М. Фарадей не міг зрозуміти, чому стрілка поводиться так дивно й чи має помічене явище відношення до поставленої задачі. І ось тут він згадав про гіпотезу А. М. Ампера щодо зв'язку між електричним струмом і магнетизмом. Адже обмотка, на яку він подавав струм, перетворювалася на магніт. Отже, можна стверджувати, що магнетизм породжує електрику!

17 жовтня 1831 р. М. Фарадей здійснив тріумфальний експеримент: «Я взяв циліндричний магнітний брусок та ввів його кінець у спіраль із мідного дроту, з'єднану з гальванометром. Потім я швидким рухом ввів магніт всередину спіралі на всю його довжину, і стрілка гальванометра відчула поштовх. Потім я так само швидко вивів магніт зі спіралі, і стрілка знову відхилилася, але в протилежний бік. Ці коливання стрілки повторювалися щоразу за введення та виведення магніту».

Дослід З

A) Під'єднайте провідник до клем гальванометра.

Б) Рухаючи магніт, спостерігайте за стрілкою гальванометра.

B) Змініть швидкість руху магніту та прослідкуйте за відхиленням стрілки

гальванометра.

Висновки з досліду

Під час руху магніту стрілка гальванометра відхиляється. Якщо магніт нерухомий, стрілка перебуває на нульовій позначці. За віддалення магніту стрілка відхиляється в один бік, за наближення — в другий. У разі збільшення швидкості руху магніту стрілка відхиляється на більший кут.

Дослід 4

A) Під'єднайте провідник до клем гальванометра та закріпіть магніт у штативі.

Б) Рухаючи провідник, спостерігайте за стрілкою гальванометра.

B) Змініть швидкість руху провідника та прослідкуйте за відхиленням стрілки гальванометра.

Висновки з досліду

Під час руху провідника стрілка гальванометра відхиляється. Якщо провідник нерухомий, стрілка перебуває на нульовій позначці. За віддалення провідника стрілка відхиляється в один бік, за наближення — в інший. У разі збільшення швидкості руху провідника стрілка відхиляється на більший кут.

Для пояснення явищ, які ми спостерігали, введемо поняття магнітного потоку. Магнітний потік — це фізична величина, пропорційна до кількості силових ліній магнітного поля, що пронизують поверхню, обмежену контуром. Потік позначається літерою Ф. У проведених дослідах ми спостерігали явище електромагнітної індукції. Електромагнітною індукцією називають явище виникнення електричного струму в замкненому провідному контурі, що перетинає силові лінії магнітного поля. Цей струм називають індукційним. Індукційний струм виникає в замкненому провідному контурі за зміни кількості силових ліній магнітного поля, що пронизують площу, обмежену цим контуром (у разі зміни магнітного потоку). Чим швидше змінюється магнітний потік через площу, обмежену контуром, тим більший струм виникає. Сказане можна проілюструвати таким прикладом: нехай виток перетинає певна кількість силових ліній магнітного поля, що існує в певному проміжку (рис. 6, а). Якщо виток рухатиметься вбік, перпендикулярно до силових ліній магнітного поля, то він перетинатиме все меншу й меншу кількість силових ліній магнітного поля (рис. 6, б, в), а отже, магнітний потік через площу витка зменшуватиметься й у витку виникне індукційний струм.

2.2. Правило Ленца

Учитель. Під час проведення дослідів 3 і 4 ми помітили, що напрямок індукційного струму залежить від того, наближаємо чи віддаляємо ми магніт від провідника. Відомо, що провідник зі струмом являє собою магніт, тобто ми спостерігаємо взаємодію магнітів.

Запитання до учнів

1. Як взаємодіють однойменні полюси магнітів? Різнойменні?

2. Який напрямок мають силові лінії магнітного поля штабового магніту?

3. За яким правилом визначають напрямок силових ліній магнітного поля провідника зі струмом?

Проведемо дослід, використавши прилад, що являє собою стержень, на кінцях якого закріплені два алюмінієві кільця (рис. 7). Якщо піднести магніт до кільця без розрізу, то кільце від штовхнеться від магніту; якщо ж ми віддалятимемо магніт, то кільце, навпаки, притягнеться до нього. Кільце, що. має розріз, з кільцем не взаємодіє.

Запитання до учнів

1. Уявімо кільце у вигляді прямокутника АВСD (рис. 8, а). Який магнітний полюс утворюється на стороні АВ за внесення магніту в кільце північним полюсом? (Північний, рис. 8, б.)

2. Який магнітний полюс утворюється на стороні АВ за винесення магніту з кільця північним полюсом? (Північний, рис. 8, в.)

Учитель. Очевидно, що в кільці виникає індукований струм. Для зручності уявімо собі кільце у вигляді котушки зі струмом, яка, як відомо, являє собою магніт. Позначивши полюси котушки-магніту відповідно до зроблених у результаті проведення попереднього досліду висновків, визначимо напрямок силових ліній магнітного поля котушки зі струмом (позначені суцільною лінією); використавши правило «правої руки», визначимо напрямок індукованого струму. Виконані рисунки для ситуації внесення магніту в котушку та винесення магніту з котушки (рис. 9, а, б) дозволяють зробити висновок: за збільшення магнітного потоку через витки котушки (внесення магніту) індукований струм має такий напрямок, що створюване ним магнітне поле напрямлене протилежно до зовнішнього магнітного поля; за зменшення магнітного потоку через витки котушки (винесення магніту) індукований струм має такий напрямок, що створюване ним магнітне поле напрямлене так само, як і зовнішнє магнітне поле. У цьому полягає суть загального правила визначення напрямку індукційного струму, що може бути застосоване в усіх випадках. Це правило сформулював російський фізик Е. X. Ленц (1804-1865 рр.). Згідно з правилом Ленца індукований струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку, який збуджує цей струм.

Застосовувати правило Ленца для напрямку індукованого струму треба так:

1. Визначити напрямок силових ліній зовнішнього магнітного поля.

2. З'ясувати, збільшується магнітний потік цього поля через площу контуру (ΔФ>0) чи зменшується (ΔФ<0).

3. Визначити напрямок силових ліній магнітного поля індукованого струму. Згідно з правилом Ленца, ці лінії мають бути напрямлені протилежно до ліній зовнішнього магнітного поля за ΔФ>0 та мати однаковий із ними напрямок за ΔФ<0.

4. Знаючи напрямок силових ліній магнітного поля індукованого струму, застосувати правило «правої руки» та визначити напрямок індукованого струму.

3. Закріплення вивченого матеріалу

Задачі

1. Визначте: а) напрямок індукційного струму; б) полюси магніту; в) напрямок швидкості.

2. Сформулюйте та розв'яжіть задачу для кожного випадку:

3. Крізь горизонтально розташоване алюмінієве кільце падають з однакової висоти алюмінієвий брусок і магніт. Який предмет упаде першим?

4. На вертикально розташованому осерді електромагніту лежить монета. Що відбудеться, якщо ввімкнути струм у котушці електромагніту?

5. На осердя електромагнітної котушки надіте металеве кільце (рис. 10). Чому за пропускання струму через котушку кільце підскакує?

6. На рисунку 11 схематично зображений детектор металу, що застосовується в аеропортах. Поясніть принцип його дії.

ІV. Домашнє завдання

Опрацювати § 31, 32, розв'язати кросворд, підготуватися до контрольної роботи.

Додаток

КРОСВОРД «ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА»

Запитання

1. Прилад, що допомагає знайти правильний напрямок, а одного разу допоміг ученому.

2. Пристрій, що за допомогою електромагніту допомагає відділити насіння бур'янів від зерна.

3. Пристрій, що, працюючи на слабких струмах, дозволяє вмикати та вимикати електричні кола із сильними струмами.

4. Учений, який збирав факти перемагнічення компасів кораблів через потрапляння в них блискавки.

5. Упорядкований рух заряджених частинок, який створює магнітне поле.

6. Частина тіла, що допомагає визначити напрямок сили Ампера, що діє на провідник зі струмом, вміщений у магнітне поле.

7. Є багато розповідей про каплицю з магнітною стелею, під якою висить у повітрі залізна скриня з прахом пророка. Назвіть його ім'я.

8. Величезний магніт, якому біосфера Землі завдячує життям.

9. Пристрій, призначений для збудження звукових хвиль під дією змінного електричного струму.

10. Одна зі сфер застосування феромагнетиків.

11. Винахідник телеграфу та власної азбуки.

12. Явище збудження електричного струму в контурі за зміни зовнішнього магнітного поля.

13. Країна, у якій жив і працював М. Фарадей.

14. Хімічний елемент, представник групи діамагнетиків.

15. Представник групи парамагнетиків, без якого неможливе життя.

16. Пристрій, за допомогою якого можна передавати сигнали на далекі відстані та записувати їх.

17. Рухома частина електродвигуна.

18. Учений, який експериментально виявив взаємодію провідника зі струмом і магнітної стрілки.

19. Буває морська, а буває магнітна.

20. Сталева намагнічена смужка, яку використовують для виявлення магнітного поля.

21. Свічення біля полюсів Землі, що виникає внаслідок руху заряджених частинок.

22. Процес орієнтації електронних мікрострумів.

23. Лікар, автор праці «Про магніт, магнітні тіла та про великий магніт — Землю».

24. Пристрій, що дозволяє спілкування між людьми, які перебувають на значній відстані один від одного.

25. Природне явище, що здійснило значний внесок у розвиток електродинаміки.

26. Автор манускрипту про властивості магніту.

27. Речовина, здатна значно підсилювати зовнішнє магнітне поле.

28. Складова частина електровимірювального приладу електромагнітної системи.

29. Учений, який пояснив магнітні властивості тіл електронними струмами.

30. Пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну.

31. Ім'я вченого, який відкрив явище електромагнітної індукції.

32. Нерухома частина електродвигуна.

33. Складова частина електродвигуна, за допомогою якої підводиться струм до рамки.

34. Міфічний герой, чиє ім'я носить магніт.

35. Інструмент, що допомагає визначити напрямок силових ліній магнітного поля провідника зі струмом.

36. Фізична величина, визначувана кількістю силових ліній магнітного поля, що перетинають площу витка зі струмом.

37. Довга циліндрична котушка зі струмом, яка має значну кількість витків.

38. Буває першим і останнім, а буває електричним.

39. Складова електродвигуна, магніт або електромагніт, який створює магнітне поле.

40. Асистент М. Фарадея.

41. Фізична величина, що показує, у скільки разів магнітне поле всередині однорідного середовища відрізняється від магнітного поля у вакуумі.

42. Область на земній кулі, у якій напрямок магнітної стрілки постійно змінюється.

43. Винахідник першого у світі електродвигуна, придатного для практичного застосування.

44. Власне магнітне поле електрона.

45. Складова електровимірювального приладу, що сповільнює коливання стрілки.

46. Складова електровимірювального приладу, що являє собою дріт, намотаний на основу.

47. Країна, у якій зафіксовано перші згадки про магніт.

48. Складова мікрофону.

Відповідь: «…Мало самому знати, треба вміти передати свої знання іншим» (читати проти годинникової стрілки, починаючи з виділених клітинок перших за номерами запитань кросворду).

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

Тернопільський національний педагогічний університет ім.В.Гнатюка

Буяк Богдан БогдановичРектор університету
доктор філософських наук,
професор Буяк Богдан Богданович