Открытый урок по теме: Электромагнитная индукция. «От производной к производству или история одного открытия»
статья по физике на тему

Открытый урок по теме:

Электромагнитная индукция.

«От производной к производству или история одного открытия»

Цель:

А) Повторить и обобщить понятия электричество и магнетизм объединив их в раскрытие сущности явления электромагнитной индукции и получение на основе этого  явления переменного тока, создание генераторов.

Б) Воспитание патриотизма учащихся на основе создания первых генераторов переменного тока русскими учеными электротехниками П.М. Яблочковым и М.О.Доливо-Добровольским. Воспитание гордости за свой родной город, город энергетиков, в котором расположена крупнейшая в республике электростанция.

Ход урока

      Организационный момент (Приветствие гостей, пояснение цели, объяснение темы. Вступительное слово учителя)

Ашихмин Александр. На предыдущих уроках мы изучили электрический ток, его действия и свойства, величины, которыми он характеризуется. Изучили магнитное поле, его свойства и признаки и заметили, что между ними есть общее. Давайте вспомним, что такое электрический ток?

Барсукова Марина. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. Главной характеристикой электрического тока является его сила. Обозначенная I, равная отношению заряда, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени:    применения любой величины во времени можно выразить  через производную, т.е. .

Ашихмин Александр.  Все знают эти физические формулы, но я все же напомню откуда это получается. Как вы все знаете, производной функции f является предел отношения приращения функции к приращению аргумента при Δх стремящемся к нулю. На основе этого выведем некоторые физический формулы. Все знают, что vср(Δt)=Δx/Δt. Обычно характер движения бывает таким, что при малых Δt средняя скорость практически не меняется, т.е. движение с большой степенью точности можно считать равномерным. Другими словами, значение средней скорости при Δt →0 стремится к некоторому вполне определенному значению, которое и называют мгновенной скоростью v(t0). Т.е. если взять предел отношения Δx/Δt при Δt →0, мы получаем, что Δx/Δt → v(t0). Из этого и получается всем известное выражение . Таким же образом выводится выражение (как нам известно ).

Барсукова Марина. При протекании тока по проводу вокруг этого провода существует магнитное поле – это впервые обнаружил  ученый Эрстед. Эрстед сделал вывод электрический ток порождает магнитное поле. Прочитав это сообщение в научном журнале английский ученый Майкл Фарадей задал себе вопрос: «Нельзя ли наоборот с помощью магнитного поля получить электрический ток  и записал в свою рабочую тетрадь: «Превратить магнетизм в электричество». Магнитное поле – это особый вид материи, существующий вокруг провода с током, способное действовать на проводник с током с некоторой силой, которую впервые рассчитал   французский ученый  Андри Ампер, а так же на движущуюся заряженную частицу. Магнитное поле характеризуется физической величиной  магнитной индукцией: обозначается буквой «В» - это величина векторная, имеет  численное значение и направление, может принимать как положительное, так и отрицательные значения. У нас имеется датчик магнитного поля, посмотрим изменение этой величины на экране. Вблизи полюсов магнита она увеличивается, при удалении от полюсов уменьшается. А так же магнитное поле  может существовать вокруг некоторых веществ: железо, никель, кобальт, их называют ферромагнетики. Фарадей изучил подробно и электрический ток и магнитное поле и попытался их объединить, а что это был за человек?

Гилязеева Руфина. История открытия электромагнитной индукции и биография Фарадея.

Ашихмин Александр. Сейчас опыты Фарадея может повторить каждый школьник. Самый простой из них: взять катушку и подключить ее к гальванометру (гальванометр – это прибор, показывающий наличие тока) и вводить внутрь катушки магнит. При движении магнита вниз стрелка гальванометра отклоняется в одну сторону, при движении вверх – в другую. Отклонение стрелки – это доказательство появления электрического тока. Отклонение стрелки то в одну, то в другую сторону доказывает, что направление самого тока  изменяется.

Ток, полученный таким способом,  называется индукционным, а явление возникновения электрического тока с помощью изменяющегося магнитного поля называется электромагнитной индукцией.  Слово  индукция –  означает возникновение, возбуждение.

Если магнит останавливается – стрелка тоже останавливается. Но можно двигать саму катушку, а магнит оставлять неподвижным. Эффект тот же. Вывод: только изменяющиеся во времени магнитное поле способно создать электрический ток.

Когда Фарадей продемонстрировал это открытие перед научным королевским обществом, стрелка гальванометра отклонялась на небольшой угол, тогда некоторые коллеги высказались: «Какой толк от такого тока? Что с его помощью можно сделать?». Фарадей ответил: «Когда родился маленький ребенок, что он умеет делать?». Так и открытие, его надо дорабатывать, усиливать, а потом применять.

Сайфутдинова Ляйсан. Изменяющееся во времени магнитное поле характеризуется изменяющимся магнитным потоком т.е. изменяющиеся во времени магнитный поток создает  электродвижущую силу:  изменения    это – закон эк маг индукции – знак «-» говорит о направлении тока. Е – ЭДС – способна создать электрический ток. Магнитный поток вычисляется по формуле  B – вектор магнитной индукции, S  - площадь контура катушка, α – угол между нормалью и вектором В.

Если контур с током поворачивать, то   α= 2π – 1 оборот, если вращать во времени с частотой n, то α = 2πnt. Мы знаем, что 2πn=ω, где ω-циклическая частота, значит Ф = ВScos2πnt = ВScosωt, тогда по закону электромагнитной индукции Е = е = - Ф’ =  - (ВScosωt)’ = ВS sinωt = Em

ЭДС – полученная способом электромагнитной индукции- переменная, обозначается маленькой буквой е. Ток полученный индукционным способом – переменный.

Определение: Электрический ток, величина и направление которого периодически изменяются, называется переменным, напряжение такого тока тоже переменны. Рассмотреть свойства функций y = Sin x, y = Cos x. С помощью оборудования лаборатории L-микро на экране компьютера получить синусоиду. На основе знаний свойств функций сформулировать определение переменного тока. От источника переменного тока получить на экране синусоиду тока. Сравнивая свойства функции y = Sin x и определение переменного тока сделать вывод.

Ашихмин Александр. На основе явления электромагнитной индукции,  а именно на вращении рамки или обмотки в магнитном поле, созданы генераторы. Их создатели – русские ученые-электротехники П.Н. Яблочков и М.О. Доливо-Добровольский. (можно показать модель генератора).

Валиев Рустам. П.Н. Яблочков(краткая биография)

Клочкова Анжелика. М.О. Доливо-Добровольский(краткая биография)

Ашихмин Александр. На основе явления электромагнитной индукции созданы и работают электродвигатели. Первый электродвигатель, пригодный для промышленного применения создал русский ученый-электротехник Б.С. Якоби.

Яковлева Кристина. Б.С. Якоби(краткая биография)

Ашихмин Александр. Генератор – это главная часть, основа любой электростанции. Электрический двигатель – это основа любого производства. Электрические станции бывают тепловые (ГЭС, ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС), солнечные, приливные, ветряные, атомные. Нам повезло, мы живем в городе энергетиков, у нас есть своя электростанция – Заинская ГРЭС мощностью 2,4 млн кВт.

Вафина Миляуша. Заинская ГРЭС(история строительства, принцип работы)

Ашихмин Александр. В соседнем городе Набережные Челны имеестя гидроэлектростанция – Нижнекамская ГЭС мощностью 1,2 млн кВт. Вот парадокс: расположена в Набережных Челнах, а называется Нижнекамская. На самом деле она так называется, потому что расположена в нижнем течении Камы.

Слободин Максим. Нижнекамская ГЭС (принцип работы)

Ашихмин Александр. В республике Татарстан, кроме Заинской ГРЭС, Нижнекамской ГЭС, есть Урусинская ГРЭС (маломощная). Наши станции входят в единую энергосистему страны. Они обеспечивают электроэнергией не только свою республику, но и другие регионы. 2,4 млн кВт Заинской ГРЭС и 1,2 млн кВт Нижнекамской ГЭС – много это или мало? Назовем исторические цифры. В 1913 году в России общая мощность всех электростанций составляла 1,1 млн кВт, в 1920 году был принят план ГОЭЛРО (государственный план электрификации России). По этому плану намечалось построить 10-15 электростанций общей мощностью 1,75 млн кВ, но план был перевыполнен и к 1935 году общая мощность всех построенных электростанций составила 4,1 млн кВт. Так наши станции по сравнению с ними в десятки раз мощнее!!!

      Электроэнергия идет на производство и в жилые дома. До открытия Фарадея ни одной электростанции в мире не было, так как не было основы для ее создания. Электричество можно было вырабатывать только с помощью батареек и аккумуляторов, а значит и расход электроэнергии был сильно ограничен. На выставке представлены приборы освещения 19 века – вот, что могло существовать. (20 век) . На экране компьютера снимки.

    Со строительством электростанций мир преобразился. Стало другим освещение и производство. На примере одного открытия мы убедились в том, что знания важны не сами по себе, а только если их применять в жизни. Они изменяют жизнь, делают ее лучше, насыщеннее, страну богаче. Мы также убедились еще раз, что изучение физики невозможно без знаний математики, а производство не существует без научных достижений. А в науке не имеет значение национальность. Мы гордимся, что рядом с Фарадеем, Эрстедом, Ампером звучат имена наших изобретателей и ученых, что наша станция в регионе самая крупная. Мы закончим школу и поступим в вузы и техникумы и получим высшее профессиональное образование и будем трудиться и славить наш город, республику, страну.

Заключительное слово учителя. Помните, что страна считается экономически развитой, если каждые 10-15 лет потребление электроэнергии удваивается. В 90-ые годы в нашей стране был такой спад производства, что отмечался как раз таки не рост, а падение потребляемой электроэнергии, закрывались многие производства. В школу 12-15 лет не поступало ни одного нового прибора. А сейчас в 2000-ые годы правительством принят ряд важных национальных проектов, в том числе образование, и на ваших глазах изменяется школа, город, республика, страна… Идет рост производства, а значит в ближайшие годы должна сказаться нехватка электроэнергии, и нужно будет строить новые электростанции. И это хорошо.