Электромагнитная индукция
план-конспект урока по физике (9 класс) по теме

Явление электромагнитной индукции.

Цели урока:

1. Изучить материал учебника по данной теме.
2. Усвоить понятия: индукционный ток, электромагнитная индукция, эдс, магнитный поток.
3. Уяснить физическую природу электромагнитной индукции.
4. Научиться выполнять опыты по получению индукционного тока.
5. Приобрести навыки решения задач на правило правой руки.
6. Видеть применение электромагнитной индукции в технике.
7. Объяснить устройство и принцип действия простых электромагнитных устройств.
8. Проверить полученные знания через тестирование.
9. Сделать анализ своей работы на уроке.

Приборы и материалы: гальванометр, катушка с сердечником, магнит, соединительные провода, тесты по теме « Электромагнитная индукция.» ,модель телеграфа, модель трансформатора, плакат генератора электрического тока, схема громкоговорителя, учебник.

План урока:
1) Опыты : получение индукционного тока.

Движение магнита относительно катушки ( и наоборот)

Движение катушки с током относительно другой катушки.

Изменение тока в первичной катушке( размыкание, замыкание цепи)

2) Разбор по картинкам вращения рамки с током в однородном и неоднородном магнитных полях.

3) Понятия индукционного тока, эдс, электромагнитной индукции.

4) Природа эдс.

5) Способы получения индукционного тока.

6) Понятие электромагнитной индукции.

7) Определение магнитного потока.

8) Нахождение направления индукционного тока.( по правилу правой руки)

9) Решение задач на правило правой руки.

10) Доклад « Открытие электромагнитной индукции.»

11) Тесты по теме «Электромагнитная индукция.»

12) Доклад « Применение электромагнитной индукции.»

13) Рефлексия учебной деятельности.

,,

          Явление электромагнитной индукции.

   Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током.

Явление электромагнитной индукции

- возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока , пронизывающего контур.

                  НАПРАВЛЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА

Прямолинейный проводник

Направление индукционного тока определяется по правилу правой руки:

Если поставить правую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, отставленный на 90 градусов большой палец указывал направление вектора скорости, то выпрямленные 4 пальца покажут направление индукционного тока в проводнике,,

 Открытие электромагнитной индукции

Фарадей, будучи еще молодым ученым, так же как и Эрстед, думал, что все силы природы связаны между собой и, более того, что они способны превращаться друг в друга. Интересно, что эту мысль Фарадей высказывал еще до установления закона сохранения и превращения энергии. Фарадей знал об открытии Ампера, о том, что он, говоря образным языком, превратил злектричество в магнетизм. Раздумывая над этим открытием, Фарадей пришел к мысли, что если “электричество создает магнетизм” , то и наоборот, “магнетизм должен создавать электричество”. И вот еще в 1823 г. он записал в своем дневнике: “Обратить магнетизм в электричество”. В течение восьми лет Фарадей работал над решением поставленной задачи. Долгое время его преследовали неудачи . . Говорят, он постоянно носил в жилетном кармане магнит, который должен был напоминать ему о поставленной задаче. Через десять лет в результате упорного труда и веры в успех задача была решена. Им было сделано открытие, лежащее в основе устройства всех генераторов электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. Другие источники: гальванические элементы, аккумуляторы, термо- и фотоэлементы дают ничтожную долю вырабатываемой энергии.

Электрический ток, рассуждал Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Для этого достаточно положить кусок внутрь катушки. Не может ли магнит в свою очередь вызвать появление электрического тока или изменить его величину? Долгое время ничего обнаружить не удавалось.

Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий любопытный факт. Почти одновременно с Фарадеем швейцарский физик Колладон также пытался получить электрический ток с помощью магнита. При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, в которую Колладон вдвигал магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вдвинув магнит в катушку, Колладон шел в эту комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр показывает нуль. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром и попросить кого-нибудь заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит мог лежать преспокойно внутри нее сотни лет, не вызывая в катушке тока.

С подобного рода случайностями сталкивался и Фарадей, потому что он неоднократно пытался получить электрический ток при помощи магнита и при помощи тока в другом проводнике, но безуспешно.

Открытие электромагнитной индукции, как назвал сам Фарадей это явление (по-русски слово «индукция» означает наведение), было сделано 29 августа  В 1831 году англичанином Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции. Его опыт, в котором ток в одном проводнике появлялся благодаря другому, без прямого контакта между ними, некоторыми людьми воспринимался как цирковой фокус, а некоторыми как откровенное шарлатанство.

 Вот краткое описание первого опыта: «На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута, и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопчатобумажной нитью, Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин... При замыкании цепи удавалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, несмотря на то, что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи» (М. Фарадей, «Экспериментальные исследования по электричеству», I серия).

1 2 Во-первых, Фарадей обнаружил явление электромагнитной индукции для случая, когда катушки намотаны на один и тот же барабан. Если в одной катушке возникает или пропадает электрический ток в результате подключения к ней или отключения от нее гальванической батареи, то в другой катушке в этот момент возникает кратковременный ток. Этот ток обнаруживается гальванометром, который присоединен ко второй катушке.

Затем Фарадей установил также наличие индукционного тока в катушке, когда к ней приближали или удаляли от нее катушку, в которой протекал электрический ток.

Наконец, третий случай электромагнитной индукции, который обнаружил Фарадей, заключался в том, что в катушке появлялся ток, когда в нее вносили или же удаляли из нее магнит.

Явление электромагнитной индукции используется, прежде всего, для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели применяются генераторы переменного тока (индукционные генераторы).
    

     Простейшим генератором переменного тока является проволочная рамка, вращающаяся равномерно   в однородном магнитном поле с индукцией В 

 Для промышленного производства электроэнергии на электрических станциях используются синхронные генераторы (турбогенераторы, если станция тепловая или атомная, и гидрогенераторы, если станция гидравлическая). Неподвижная часть синхронного генератора называется статором, а вращающаяся – ротором (рис. 4.6). Ротор генератора имеет обмотку постоянного тока (обмотку возбуждения) и является мощным электромагнитом. Постоянный ток, подаваемый на обмотку возбуждения через щеточно-контактный аппарат, намагничивает ротор, и при этом образуется электромагнит с северным и южным полюсами.
     На статоре генератора расположены три обмотки переменного тока, которые смещены одна относительно другой на 1200 и соединены между собой по определенной схеме включения.
     При вращении возбужденного ротора с помощью паровой или гидравлической турбины его полюсы проходят под обмотками статора, и в них индуцируется изменяющаяся по гармоническому закону электродвижущая сила. Далее генератор по определенной схеме электрической сети соединяется с узлами потребления электроэнергии.
     Если передавать электроэнергию от генераторов станций к потребителям по линиям электропередачи непосредственно (на генераторном напряжении, которое относительно невелико), то в сети будут происходить большие потери энергии и напряжения (обратите внимание на соотношения , ). Следовательно, для экономичной транспортировки электроэнергии необходимо уменьшить силу тока. Но так как передаваемая мощность при этом остается неизменной, напряжение должно увеличиться во столько же раз, во сколько раз уменьшается сила тока.
     У потребителя электроэнергии, в свою очередь, напряжение необходимо понизить до требуемого уровня. Электрические аппараты, в которых напряжение увеличивается или уменьшается в заданное количество раз, называются трансформаторами. Работа трансформатора также основана на законе электромагнитной индукции.

 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Катушка замкнута на гальванометр. 

а) В катушку вдвигают постоянный магнит. 

б) Катушку надевают на постоянный магнит.

Электрический ток возникает 

только в случае а)   только в случае б)

в обоих случаях     ни в одном из перечисленных случаев

 Медное кольцо, находящееся в магнитном поле, поворачивается из положения, когда его плоскость параллельна линиям магнитной индукции, в перпендикулярное положение. Модуль магнитного потока при этом: 

   увеличивается  уменьшается  не изменяется равен 0

    3.      За 3 секунды магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, равномерно увеличился с 6 Вб до 9 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке? 

1 В   2 В   3 В   0 В

    4.   Магнитный поток в 1 Вб может быть выражен в системе СИ  как 

Н/м2      Тл/м2     Тл/с     Тл/м

    5.   Постоянный прямой магнит падает сквозь алюминиевое кольцо. Модуль ускорения падения магнита. 

равен g          больше g               меньше g

в начале пролета кольца меньше g, в конце больше g.

    6.  В короткозамкнутую катушку вдвигают постоянный магнит: один раз быстро, второй раз медленно. Сравните значения заряда, переносимого индукционным током. 

       g1 = g2    g1>g2    g1не знаю  

    7.  Изменяясь во времени, магнитное поле порождает 

 вихревое электрическое поле   электростатическое поле   

постоянное магнитное поле          гравитационное поле

    8.  Тонкое медное кольцо площадью 100 см2 расположено во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца параллельна линиям магнитной индукции. За 1 секунду магнитная индукция равномерно увеличивается с 1 мТл до 2 мТл. Модуль ЭДС индукции, возникающей при этом в контуре, равен 

0,0001В       0,001 В       0,1 В         0 В

     9.    Медное кольцо находится во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца перпендикулярна линиям магнитной индукции. Индукция магнитного поля равномерно увеличивается. Индукционный ток в кольце 

увеличивается    уменьшается равен 0   постоянен

    10. Сила тока в катушке с индуктивностью 1 Гн увеличилась в 2 раза. Магнитный поток через катушку 

  увеличился в 2 раза         увеличился в 4 раза 

  уменьшился в 2 раза          уменьшился в 4 раза