Методическая разработка урока по предмету «Физика» для общеобразовательных учреждений 11 класс по теме: «Электромагнитная индукция»

@ Магнитный поток * Майкл Фарадей 1821 год: «Превратить магнетизм в электричество». 1931 год – получил электрический ток с помощью магнитного поля 1791 – 1867 г.г., английский физик,Почетный член Петербургской Академии Наук (1830),основоположник учения об электро-магнитном поле; ввел понятия «электрическое» и «магнитное поле»; высказал идею существования электромагнитных волн. Сразу после опытов Эрстеда, где электричество порождало магнетизм, Фарадей записал в своем дневнике девиз: «Превратить магнетизм в электричество». 11 лет Фарадею это не удавалось. Много лет подряд ученый постоянно носил с собой спираль из медной проволоки и железный сердечник, проделывая с этими предметами самые невероятные манипуляции. Но ничего путного не выходило, и в его лабораторном журнале «О возбуждении электричества посредством магнетизма» снова появлялась запись: «Никакого результата». Каждому опыту Фарадей посвящал особый параграф, и последний параграф в журнале помечен номером 16041!Баснословная работоспособность и одержимость Фарадея была наконец вознаграждена, и 29 августа 1831 г. он «напал на след». Весь сентябрь и октябрь были сплошным повторением в разных вариантах одного и того же опыта, который положил начало всему электромашиностроению. Вот как описал этот опыт сам Фарадей в своем журнале:«Я взял цилиндрический магнитный брусок и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки, соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я также быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался…» Дальше следовал гениальный вывод ученого: «Это значит, что электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое». Первый опыт Фарадея Опыты Фарадея * Правило Ленца Э.Х.Ленц1804 – 1865 г.г., академик, ректор ПетербургскогоУниверситета Индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению ( увеличению или уменьшению ) магнитного потока через поверхность замкнутого проводника Применение электромагнитной индукции 1.Магнитная запись и воспроизведение звука 2. В работе трансформаторов Школьный трансформатор Мачтовая трансформаторная подстанция (устанавливается в сельской местности ) 3.Генераторы переменного тока . Ротором является катушка , в которой индуцируется переменный ток Ротором является электромагнит , статором - неподвижная катушка 2 1 3 4 6 5 7 Бензогенератор - электростанция, у которой в качестве первичного двигателя используется двухтактный или четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Бензогенераторы в основном применяются для резервного энергоснабжения. Основное применение бензиновых электростанций - источник энергии с продолжительностью непрерывной работы от 4 до 11 часов. Бензиновые электростанции незаменимы в случае отключения электричества. Кроме того, такой генератор удобно применять в тех местах, где нет электроэнергии. В последнее время портативные бензогенераторы стали широко применяться при выезде на природу, для дачи… Дизельный генератор - электростанция в которой используется дизельный двигатель. Такие генераторы используются в качестве основного или дополнительного (аварийного) источника электроэнергии. Для автономного энергоснабжения строительных площадок, поселков и предприятий применяют передвижные (смонтированные на прицепе или собственных шасси) стационарные капотированные или контейнерные дизель электрогенераторы. Сверхмощные дизельные электростанции бывают только стационарного исполнения. Для бытового назначения используют, как правило, дизель генераторы мощностью до 20 кВт. с двигателем воздушного или жидкостного охлаждения. Дизельные двигатели имеют, как правило, более продолжительный ресурс работы, но за счет более высокой стоимости дизельного двигателя, дизель электростанции не получили широкого распространения как источники резервного энергоснабжения при бытовом использовании. 4.Электродинамический микрофон 1.Диафрагма 2.Звуковя катушка 3.Кольцевой магнит Микрофон телефонных аппаратов Наушник с микрофоном 5.Токи Фуко 1.ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ Вес плавки 5-10 кг Вес плавки 10-110 кг Вес плавки 20-200 кг Переносные индукционные плавильные печи 2.ИНДУКЦИОННЫЕ СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ СВАРОЧНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ АППАРАТ Э.Д.С. индукции в движущихся проводниках α В однородном магнитном поле c B находится рамка с сопротивлением R. Одна сторона рамки длиной L движется в магнитном поле со скоростью v под углом α к линиям магнитной индукции v n B α α' Э.Д.С. индукции в неподвижных проводниках.Гипотезы Максвелла. Вихревое электрическое поле. Джеймс Клерк Максвелл (1831-79) — английский физик, создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики, организатор и первый директор (с 1871) Кавендишской лаборатории, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света, установил первый статистический закон — закон распределения молекул по скоростям, названный его именем.Развивая идеи Майкла Фарадея, создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла); ввел понятие о токе смещения, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света. Установил статистическое распределение, названное его именем. Исследовал вязкость, диффузию и теплопроводность газов. Максвелл показал, что кольца Сатурна состоят из отдельных тел. Труды по цветному зрению и колориметрии (диск Максвелла), оптике (эффект Максвелла), теории упругости (теорема Максвелла, диаграмма Максвелла — Кремоны), термодинамике, истории физики и др. Правило левого винта 1.Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле. Правило правого винта 2.Переменное электрическое поле создает переменное магнитное поле. Механизм возникновения электромагнитной волны Явление самоиндукции. Индуктивность проводника.Энергия магнитного поля. Самоиндукция при размыкании цепи Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре.Единица индуктивности в СИ называется генри (Гн). 1 Гн = 1 Вб / 1 А Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I: Φ = LIКоэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки. При размыкании ключа K лампа ярко вспыхивает. Самоиндукция при замыканииэлектрической цепи Лампа Л1 будет загораться позже ламы Л2, т.к. возникающая ЭДС самоиндукции, будет препятствовать нарастанию тока в цепи. * КАКИМИ БУКВАМИ ОБОЗНАЧАЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ: ਂ嬫РА.СИЛА ТОКА.СКОРОСТЬ ЗАРЯДА.ДЛИНА ПРОВОДНИКА.ྡf 2fྪfЙЙྦшШǔːϰԐ МАГНИТНЫЙ ПОТОК.ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.СИЛА АМПЕРА.СИЛА ТОКА.СКОРОСТЬ ЗАРЯДА.ДЛИНА ПРОВОДНИКА. НАПИШИТЕ ФОРМУЛУ ДЛЯ РАСЧЁТА: ਂ嬫ŲྟྠĐ 7. МАГНИТНОГО ПОТОКА. 8. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ. 9. МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.10. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ЗАРЯД.ྡ‰ 2‰ྪ‰ЙЙྦшШǔːϰԐ 7. МАГНИТНОГО ПОТОКА. 8. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ. 9. МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.10. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ЗАРЯД. НАПИШИТЕ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН: 11. СИЛЫ ТОКА.12. МАГНИТНОГО ПОТОКА.13. МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.14. СИЛЫ ЛОРЕНЦА. 15. Укажите направление силы Ампера. I 16. Определите направление тока в проводнике? В В В I ? 17. Определите магнитные полюсы катушки с током. + - 18. Определите неизвестную величину? L= 1м В = 0,8Тл I= 20A F - ? Ф 7.Ф=B∙S∙cosα 13. 1 Тл FA 8. FA=B∙l∙I∙sinα 14. 1Н В 9. 15. I 10. Fл=B∙v∙q∙sinα 16. v 11. 1A 17. S Nl 12. 1Вб 18. F= 16H 1.Определите направление индукционного тока в контуре А) ток направлен по часовой стрелке;Б) ток направлен против часовой стрелки. 2. По направлению индукционного тока определите направление движения магнита А) магнит вдвигается в контур;Б) магнит выдвигают из контура. 3.В какой промежуток времени модуль ЭДС индукции имеет минимальное значение? А) 0 – t1Б) t1 – t2В) t2 – t3Г) t3 – t4Д) t4 – t5 4. Чему равен модуль ЭДС индукции в промежутки времени от 1с до 2с, от 4с до 5с? Eинд = 2,5 мВб – 2,5 мВб/ 2с – 1с = 0 / 1с = 0 8. Решите задачу 5. За две секунды магнитный поток, пронизывающий контур, равномер-но уменьшился с 10 до 2 Вб. Чему равно значение ЭДС в контуре? А) 5 ВБ) 16 ВВ) 4 В 4. Всегда ли при изменении потока магнитной индукции в проводящем контуре в нем возникает: а) ЭДС индукции; б) индукционный ток? А) а — всегда; б — нетБ) а — нет; б — всегдаВ) а, б — всегда 3. Укажите направление индукцион-ного тока в рамке при введении ее в однородное магнитное поле и выведе-нии из него (рис. 3). А) а — по часовой стрелке; б — против часовой стрелкиБ) В обоих случаях — против часовой стрелки.В) А — против часовой стрелки; б — по часовой стрелке Рис.3 А)Движется в плоскости рисунка вниз- вверх.Б) Поворачивается вокруг стороны АГ.В) Движется 2. При каком направлении движения контура в магнитном поле (рис. 2) в последнем будет индукционный ток? Рис.2 А)Магнитное поле порождает электри-ческий ток.Б) При замыкании полюсов магнита меняется индукция магнитного поля, что приводит к возникновению индукцион-ного тока.В) Когда якорем замыкают полюса маг-нита, магнитное поле усиливается и дей-ствует с большей силой на стрелку галь-ванометра 1. Когда якорем замыкают полюса дугооб-разного магнита, стрелка гальванометра отклоняется (рис. 1). Почему? Рис.1 Закон ЭМ индукции Фарадея.1. Магнитный поток внутри катушки с числом витков равным 400, за 0,2 с изменился от 0,1 Вб до 0,9 Вб. Определить ЭДС, индуцируемую в катушке.2. Определить магнитный поток, проходящий через прямоугольную площадку со сторонами 20х40 см, если она помещена в однородное магнитное поле с индукцией в 5 Тл под углом 60° к линиям магнитной индукции поля.3. Сколько витков должна иметь катушка, чтобы при изменении магнитного потока внутри нее от 0,024 до 0,056 Вб за 0,32 с в ней создавалась средняя э.д.с. 10 В?ЭДС индукции в движущихся проводниках.1. Определить ЭДС индукции на концах крыльев самолета Ан-2, имеющих длину 12,4 м, если скорость самолёта при горизонтальном полёте 180 км/ч, а вертикальная составляющая вектора индукции магнитного поля Земли 0,5·10-4 Тл.2. Найти ЭДС индукции на крыльях самолета Ту-204, имеющих длину 42 м, летящего горизонтально со скоростью 850 км/ч, если вертикальная составляющая вектора индукции магнитного поля Земли 5·10-5 Тл. ЭДС самоиндукции1. В катушке возникает магнитный поток 0,015 Вб, когда по ее виткам проходит ток 5,0 А. Сколько витков содержит катушка, если ее индуктивность 60 мГ?2. Во сколько раз изменится индуктивность катушки без сердечника, если число витков в ней увеличить в два раза?3. Какая э.д.с. самоиндукции возникнет в катушке с индуктивностью 68 мГ, если ток 3,8 А исчезнет в ней за 0,012 с?4. Определить индуктивность катушки, если при ослаблении в ней тока на 2,8 А за 62 мс в катушке появляется средняя э.д.с. самоиндукции 14 В.5.  За сколько времени в катушке с индуктивностью 240 мГ происходит нарастание тока от нуля до 11,4 А, если при этом возникает средняя э.д.с. самоиндукции 30 В? Энергия электромагнитного поля1. По катушке с индуктивностью 0,6 Гн течет ток силой 20 А. Какова энергия магнитного поля катушки? Как изменится эта энергия при возпастании силы тока в 2 раза? в 3 раза? 2. Какой силы ток нужно пропускать по обмотке дросселя с индуктивностью 0,5 Гн, чтобы энергия поля оказалась равной 100 Дж?3. Энергия магнитного поля какой катушки больше и во сколько раз, если первая имеет характеристики: I1=10A, L1=20 Гн, вторая: I2=20A, L2=10 Гн?4.  Определить энергию магнитного поля катушки, в которой при токе 7,5 А магнитный поток равен 2,3·10-3 Вб. Число витков в катушке 120.5. Определить индуктивность катушки, если при токе 6,2 А ее магнитное поле обладает энергией 0,32 Дж.6.  Магнитное поле катушки с индуктивностью 95 мГ обладает энергией  0,19 Дж.  Чему равна сила токав катушке