Разработка урока по теме Электромагнитная индукция 11 класс

В школах закрытого типа обучаются осуждённые в возрасте от 18 до 30 лет. Обучение ведётся без домашнего задания. Продолжительность урока 80 мин. В школе отсутствует интернет поэтому на уроках используется DVD-диск
Урок физики
Класс: 11
Уровень: базовый
Профиль: общеобразовательный
Тип урока: комбинированный
Тема урока: Электромагнитная индукция (ЭМИ)
Цели урока:
Обучающая:
обучить распознаванию признаков ЭМИ, объяснению явления ЭМИ на основе закона ЭМИ, правила Ленца;
обеспечить усвоение учащимися признаков явления ЭМИ на основе применения закона ЭМИ, правила Ленца;
Развивающая:
формировать умение выделять существенные признаки ЭМИ
развивать познавательного интереса к предмету через практическую направленность.
Воспитательная:
воспитывать убеждённость в возможности познании законов природы;
воспитывать чувства гражданственности, патриотизма, гордости за успехи наших соотечественников.
Ход урока
Организационный (3 мин)
Задача этапа:
подготовить учащихся к работе на уроке
Проверка знаний по предыдущей теме:
Задача этапа:
проверить знания понятий: магнитное поле, источник магнитного поля, вектор магнитной индукции;
проверить знания обозначений: вектор магнитной индукции.
Фронтальный опрос (10 мин.):
Что мы знаем о постоянных магнитах? (северный и южный магнитные полюса, одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются, вокруг магнита существует магнитное поле, которое характеризуется вектором магнитной индукцией).
Как направлен вектор магнитной индукции? (выходит из северного полюса и входит в южный полюс).
Что является источником магнитного поля? (движущая заряженная частица).
Каким способом ещё можно получить магнитное поле? (вокруг проводника с током существует магнитное поле).
Кто впервые обнаружил электрическое поле вокруг проводника с током? (1820г Эрстед)
Кто объяснил наличие магнитных свойств проводника с током? (А.М.Ампер)
Как определить направление магнитного поля вокруг проводника с током? (по правилу буравчика (правило правой руки))
Объяснение нового материала – 35 мин:
Задача этапа:
ввести понятия ЭМИ, магнитный поток, объяснение этого явления с помощью закона ЭМИ, правила Ленца.
На прошлом уроке мы говорили, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, т.е. электричество порождает магнетизм. Возникает вопрос: а можно с помощью магнита получить электричество?
Ответ: возможно.
Только вот как?
Это удалось в 1831г. английскому исследователю М Фарадею. Данное явление получило название электромагнитная индукция. И сегодня целью нашего урока будет:
Познакомиться с явлением ЭМИ.
Рассмотрим это явление и выясним его особенности.
Опыт №1 катушка-моток, магнит, миллиамперметр.
В ходе эксперимента мы видим, что миллиамперметр показывает в катушке наличие тока. Что индуцирует (наводит) ток в катушке?
Ответ: движение магнита.
Опыт № 2 при движении магнита перпендикулярно плоскости катушки, при котором магнит то приближается, то удаляется от катушки, фиксируем наличие тока.
Опыт №3 при движении магнита параллельно плоскости фиксируем отсутствия тока
Опыт № 4 при вращении магнита перпендикулярно плоскости катушки ток в катушке тоже отсутствует.
Из этих опытов следует вывод, что важно не движение магнита, а что то другое. Что?
Давайте вспомним, что характеризует магнит.
Ответ: магнитными линиями, касательные в каждой точке совпадает с вектором магнитной индукции.
Т.е. можно представить, что из магнита идёт поток магнитных линий. Т.е. можно ввести физическую величину характеризующий поток магнитных линий. Эта величина так и называется магнитный поток, обозначается буквой Ф. Давайте найдём определение этой величины в учебнике стр56. Прочитаем, … запишем. От каких величин зависит магнитный поток согласно определению? (от площади мотка, от вектора магнитной индукции, от их взаимного расположения). Магнитный поток измеряется в 1Вб = 1 Тл * 1м2 . Вильгельм Вебер – немецкий физик.
Итак, при приближении к магниту магнитный поток увеличивается, при удалении – уменьшается.
Вернёмся к нашим экспериментам. В опыте №2 мы фиксировали наличие тока, когда магнитный поток …
Ответ: увеличивается или уменьшается.
Т.е. изменяется. В опыте № 3 магнитный поток меняется, но…
Ответ: не пересекает катушку.
И тока нет. В опыте №4 магнитный поток пересекает катушку, но не изменяется. И опять тока не наблюдаем. Исходя из опытов, делаем вывод, что для того, чтобы появлялся ток в катушке необходимо, чтобы магнитный поток…
Ответ: изменялся и пересекал катушку.
Находим в учебнике определение электромагнитной индукции. Читаем, записываем.
М.Фарадею удалось не только открыть явление ЭМИ, но и рассмотреть способы получения индукционного тока.
Фрагмент фильма №1 (3мин 40с)
Давайте проанализируем данный фрагмент:
Каким способом можно получить индукционный ток?
- движение катушки или магнита относительно друг друга. При этом мы получали изменяющийся магнитный поток, пересекающий катушку.
- в момент замыкания и размыкания цепи постоянного тока. Во второй катушке не включённой в цепь возникал индукционный ток за счёт изменяющегося магнитного потока, созданного изменяющимся в момент включения и выключения постоянного тока.
- в цепи постоянного тока при изменении тока с помощью реостата в катушке включенной в цепь создавалось изменяющееся магнитный поток, который пересекал вторую катушку, не включённую в цепь.
Причины возникновения индукционного тока
В случае, когда проводник движется в постоянно магнитном поле, индукционный ток возникает в проводнике, т.к. в проводнике есть свободные заряды. А мы знаем, что магнитное поле действует на движущиеся вместе с проводником заряды.
В других случаях, когда проводник неподвижен, сила Лоренца не действует на неподвижные заряды. В этом случае индукционный ток возникает только за счёт изменения магнитного поля, т.е. изменяющееся со временем магнитное поле порождает электрическое поле, которое и приводит в движение свободные заряды.
Главное отличие электрического поля, порождённого переменным магнитным полем является то, что это поле возникает в замкнутом контуре. Значит линии напряжённости замкнуты. Такое поле называют вихревым.
Если в замкнутом контуре возникает индукционный ток, значит, в контуре на свободные заряды действуют сторонние силы ЭДС.
Используя закон Ома для полной цепи, получаем: εi= Ii R. Используя это соотношение, М.Фарадей опытным путём установил закон ЭМИ. Посмотрим опыты.
Фрагмент фильма №2 (3мин 50с)
Итак, отчего зависит ЭДС индукции?
От величины магнитного потока, от скорости изменения магнитного потока, от числа витков в катушке.
Давайте найдём формулировку закона ЭМИ в учебнике, читаем, записываем.
При проведении опытов мы видели, что направление индукционного тока менялось. Как вы думаете, а направление тока как-то связано с изменяющимся магнитным потоком?
Возможно.
Действительно это так. Данную закономерность выявил наш русский учёный Э.Х.Ленц, оно так и называется – правило Ленца. Найдём в учебнике данное правило прочитаем, записываем. Понятно вам, о чём говорится в правиле?
Нет.
Чтобы разобраться с этим правилом давайте посмотрим следующий фрагмент.
Фрагмент фильма №3 (1мин 50с)
В этом фрагменте все опыты проводились только с южным полюсом, хотя подобный результат можно получить и с северным полюсом. Посмотрим.
Опыт №5
Приближая северный полюс магнита к разомкнутому контуру, коромысло не движется. Приближая северный полюс магнита к замкнутому контуру, мы видим, как коромысло отталкивается. Когда магнит приближается, не важно каким полюсом, магнитный поток увеличивается. Согласно правилу Ленца, в замкнутом контуре возникает ток такого направления, что своим магнитным полем стремится скомпенсировать это увеличение, т.е. мешает этому увеличению. Если мы приближаем манит к контуру северным полюсом, то мы видим, что коромысло отталкивается. Значит, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что создаёт магнитное поле, имеющее северный полюс со стороны магнита, т.е. направление векторов магнитной индукции контура и магнита противоположны. Зная направление магнитного поля контура, по правилу правой руки определяем направление индукционного тока – против часовой стрелки. Когда магнит удаляется, не важно каким полюсом, магнитный поток уменьшается. Согласно правилу Ленца, в замкнутом контуре возникает ток такого направления, что своим магнитным полем стремится скомпенсировать это уменьшение, т.е. мешает этому уменьшению. Если мы удаляем магнит от контура северным полюсом, то мы видим, что коромысло притягивается. Значит, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что создаёт магнитное поле, имеющее южный полюс со стороны магнита, т.е. направление векторов магнитной индукции контура и магнита совпадают. Зная направление магнитного поля контура, по правилу правой руки определяем направление индукционного тока – по часовой стрелки.
Вопросы есть?
Нет.
Закрепление нового материала – 30 мин:
Задача этапа:
Повторение раннее изученный материал: направление вектора магнитной индукции постоянного магнита, правило правой руки. Закрепление нового материала: явления ЭМИ, правило Ленца.
Выполняем лабораторную работу. Записываем в тетрадях:
Тема: Изучение явления электромагнитной индукции и проверка правила Ленца.
Исходя из темы работы, сформулируем цель работы:
Изучить явление ЭМИ и проверить правило Ленца.
Цель: продолжить знакомство с явлением ЭМИ, «вывести» экспериментально правило Ленца для определения направления индукционного тока.
Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный.
Ход работы:
В тетради готовим таблицу:
Первый столбец – номер опыта.
Второй – способ получения индукционного тока.
Третий – направление индукционного тока.
Четвёртый – направление вектора магнитной индукции поля, созданного током.
Пятый – направление вектора магнитной индукции магнита.
Шестой – изменение магнитного потока дугообразного магнита.
№ Способ получения индукционного тока Ii Вi Вм ΔФм
1 Внесение в катушку северного полюса магнита. 2 Удаление из катушки северного полюса магнита. 3 Внесение в катушку южного полюса магнита. 4 Удаление из катушки южного полюса магнита. Подключаем катушку к зажимам миллиамперметра и выполняем действия, указанные во втором столбце таблицы. Выполняем первые две строки вместе, две последние заполнять будете самостоятельно.
При выполнении опытов магнит перемещаем с одной и той же стороны катушки, положение которой не меняется.
Работу выполняем по плану:
Определяем изменение магнитного потока.
Итак, при внесении в катушку северного полюса магнита магнитный поток …
Увеличивается.
Ставим в последнем столбце знак плюс.
Определяем направление вектора магнитной индукции дугообразного магнита.
При нашем расположении магнита направление вектора магнитной индукции магнита будет …
Выходит из северного полюса, значит влево.
Ставим в пятом столбце стрелку направленную влево.
Определяем направление вектора магнитной индукции, созданного индукционным током катушки.
Тогда по правилу Ленца в катушке должен возникать ток такого направления, что своим магнитным полем стремиться скомпенсировать это увеличение, т.е. мешает этому увеличению. Значит, с этой стороны катушки образуется …
Т.к. катушка отталкивается – северный полюс.
В четвёртой колонке рисуем стрелку направленную вправо.
Определяем направление индукционного тока в катушке.
Тогда по правилу правой руки, определяем направление тока в катушке - …
Против часовой стрелки.
Рисуем в третьем столбце.
Заполняем вторую строчку по предложенному плану. При удалении из катушки северного магнитного полюса магнита магнитный поток …
Уменьшается.
Ставим в последнем столбце знак минус.
При этом направление вектора магнитной индукции магнита меняется?
Нет.
Ставим в пятом столбце стрелку направленную влево, как и в первой строке. Тогда по правилу Ленца в катушке должен возникать ток такого направления, что своим магнитным полем стремиться скомпенсировать это уменьшение, т.е. мешает этому уменьшению. Значит, с этой стороны катушки образуется …
Т.к. катушка притягивается – южный полюс.
В четвёртой колонке рисуем стрелку направленную влево. Тогда по правилу правой руки, определяем направление тока в катушке - …
По часовой стрелке.
Ещё раз проведём опыт с северным полюсом магнита. Обратите внимание на отклонение стрелки миллиамперметра при внесении и удалении северного полюса магнита. Проведите исследование с южным полюсом результаты опыта занесите в таблицу самостоятельно. Сделайте вывод о проделанной работе.
Таблица в тетради должна выглядеть следующим образом.
№ Способ получения индукционного тока Ii Вi Вм ΔФм
1 Внесение в катушку северного полюса магнита. Против часовой → ← +
2 Удаление из катушки северного полюса магнита. По часовой ← ← -
3 Внесение в катушку южного полюса магнита. По часовой ← → +
4 Удаление из катушки южного полюса магнита. Против часовой → → -
Подведение итогов – 2 мин.
В конце урока предлагаем учащимся обсудить урок: что понравилось, что хотелось бы изменить, оценить свое участие в уроке.
Учебник Физика 11класс для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) Мнемозина Москва 2012г.
Современный гуманитарный университет, 2002 ООО «Телекомпания СГУ ТВ» 2005 г. Москва Сборник демонстрационных опытов для средней общеобразовательной школы. Школьный физический эксперимент. Электромагнитная индукция.
Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7 – 11 классах общеобразовательных учреждений. Под редакцией В.А.Бурова и Г.Г. Никифорова «Просвещение» «Учебная литература» Москва 1996г.