Цели урока:
Тип урока: изучение нового материала
Методы обучения: Метод проблемного изложения, частично-поисковый.
Формы организации познавательной деятельности:
Оборудование: электронная доска, презентация, мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В. Акопяна), полосовой магнит, соединительные провода, гальванометр, миллиамперметр, катушки, источник тока, ключ, проволочные мотки, магнит дугообразный, прибор для демонстрации правила Ленца.
План урока
| Этапы урока | Время, мин | Приемы и методы |
| Создание проблемной ситуации, исторические сведения | 8 мин | Создание проблемной ситуации преподавателем. Демонстрации, подводящие к цели урока. |
| Изучение нового материала в ходе экспериментальной работы в группах (явление ЭМИ, правило Ленца) | 2 мин | Эксперимент. Наблюдение. Выделение главного. Формулировка выводов. |
| Изучение нового материала (правила определения направления индукционного тока, закон электромагнитной индукции). | 20 мин | Беседа. Ответы на вопросы. |
| Подведение итогов. Домашнее задание. | 5 мин | Выделение главного. Оценивание (взаимооценивание) “Цепочка”. |
Ход урока
1. Создание проблемной ситуации (дальняя перспектива)
Здравствуйте, ребята! На слайде (Слайд 1) презентации изображены опоры ЛЭП в разных странах: в Финляндии, например в виде оленей. Но опоры не меняют содержание: все ЛЭП предназначены для передачи электрического тока на большие расстояния, и все ЛЭПы – высоковольтные.
Почему все линии электропередачи высоковольтные?
(Ответы обучающихся, как правило - “Течет ток высокого напряжения” ).
Зачем повышают напряжение? (Слайд 2). Посмотрите на схему передачи электроэнергии: трансформатор повышает и без того высокое напряжение, а в быту, в осветительной сети необходимо всего 220В! Так зачем повышают напряжение? (Ответы обучающихся)
Пока мы вели с вами беседу через проволочный моток протекал электрический ток.
Демонстрация 1: Проволочный моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток.
(Ответы обучающихся, как правило - “Проводник, по которому течет ток нагревается. Это тепловое действие тока” ).
Молодцы, верно! Ток, текущий по ЛЭП, нагревает линию (провод) происходит потеря энергии: часть электрической энергии превращается в тепловую. Потери тепловой энергии необходимо минимизировать. (Слайд 3) Давайте вспомним закон Джоуля-Ленца: уменьшить тепловые потери можно уменьшив, например, силу тока. Прибор, который уменьшает силу тока и одновременно с этим повышает напряжение во столько же раз (и наоборот), практически без потери мощности был изобретен в 1878 году русским ученым П.Н. Яблочковым и был назван трансформатором.
Давайте подведем небольшой итог: чтобы уменьшить тепловые потери при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо понизить силу тока, а эту роль выполнит повышающий трансформатор, но одновременно с этим он во столько же раз повысит напряжение. Вот почему все линии электропередач высоковольтные.
2. Создание проблемной ситуации (ближняя перспектива)
Но на каком принципе построена работа трансформатора?
(Обучающиеся затрудняются с ответом)
Его работа основана на явлении электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году и является величайшим открытием ХIХ века. (Слайд 4)
На этом явлении построен принцип работы индукционных печей (ОМД, сталеплавильное производство) и лагов, индукционных варочных панелей (Технолог), металлодетекторов, трансформаторов(Сварщик) и генераторов переменного тока(Техническое обслуживание электрического и электромеханического оборудования). Ваша будущая профессия (специальность) неразрывно связана с этим явлением: без электрического тока вырабатываемого генераторами на ЭС невозможна работа станков (Станочник), электромагнитов (Машинист крана), электрических печей и плит (Технолог) и т.д.
Демонстрация 2. Моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток, подносят магнит.
Какое действие электрического тока можно заметить?
(Ответы обучающихся, как правило - “Магнитное. Если по проводнику течет ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле” ). Молодцы!
Верно. Если электрический ток порождает собой магнитное поле, то не может ли в свою очередь, магнитное поле породить электрический ток?
В 1821 году этим вопросом был озадачен Майкл Фарадей. “Превратить магнетизм в электричество” было написано у него в дневнике. Через 10 лет, 29 августа 1831 года эта задача была решена.
Запишите тему урока. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.
Давайте экспериментально установим, при каких условиях магнитное поле может породить электрический ток в проводнике (контуре).
(Обучающиеся выполняют экспериментальные задания по группам).
Подведем итоги работы наших групп:
1 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 5) (ответы обучающихся 1 группы дополняются ответами обучающихся из других групп)
Вывод: В проводящем замкнутом контуре возникает электрический ток , если контур находится в переменном магнитном поле или движется в постоянном во времени поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.
Из истории вопроса: Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда вводили магнит, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывал тока. Стоило бы ему все время находится рядом с гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.
Введем понятие магнитного потока. (Слайд 6)
Магнитный поток - физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции B на площадь S косинус угла? между векторами и
1 Вб = 1 Тл*1м 2
Магнитный поток в 1 Вебер создается магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.
Ток, возникающий в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют индукционным током.
2 группа (Ответы обучающихся).
Вывод: Величина индукционного тока зависит (Слайд 7)
Общий вывод работы 1 и 2 группы:
Явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют явлением электромагнитной индукции.
3 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 8). Правило Ленца.
Исследуя явление электромагнитной индукции, Э. X. Ленц в 1833 г. установил общее правило для определения направления индукционного тока:
Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван.
Направление индукционного тока.
Правило правой руки
Если правую руку расположить так, чтобы вектор B входил в ладонь, а отогнутый на 90 о большой палец был направлен по движению проводника, то четыре пальца руки укажут направление индукционного тока проводнике.
При объяснении материала можно использовать мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В.Акопяна) (урок “Явление электромагнитной индукции”)
Закон электромагнитной индукции
Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, когда на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работу этих сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой. Следовательно, при изменении магнитного потока, через поверхность, ограниченную контуром, в последнем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции.
~ и =, то = - для 1 витка = * N- для N витков
В соответствии с правилом Ленца:
= - *N - для N витков
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Ребята, сегодня мы познакомились с явлением электромагнитной индукции (ЭМИ). Работа многих приборов основана на этом явлении, особенную роль следует отвести генераторам переменного тока, в которых механическая энергия превращается в электрическую. Без электрического тока жизнь современного человека представить практически невозможно, так же как и Вашу будущую работу: индукционные варочные панели – Технолог, индукционные печи - ОМД, трансформатор – Сварщик и т.д.
Подведем итог урока, ответим на вопросы:
Вопросы:
1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?
2. Что называют магнитным потоком?
3. Как связана работа станочника (машиниста крана, машиниста локомотива и т. д.) с явлением ЭМИ?
4. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока? Сформулируйте закон ЭМИ.
5. Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак “минус”?
6. Как определить направление индукционного тока?
Сегодня мы плодотворно работали, проводили опыты, ребята оцените работу каждой группы: работу своей группы и работу студентов в других группах.
(Обсуждение, диалог обучающихся)
3. Домашнее задание:
8-11, конспект, стр. 27 (привести примеры возникновения индукционного тока, используя две катушки на общем сердечнике), подготовить сообщения (Металлодетекторы, поезд на магнитной подушке, индукционные печи, индукционные варочные панели).
Цепочка:
Как обычно, выходим из класса по “цепочке” (необходимо назвать физическую величину и единицы измерения физической величины).
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Конспект урока по физике в 8 классе.
Тема. Правило Ленца.
Цели:
образовательные:
Сформулировать правило Ленца для определения направления индукционного тока;
Сформировать навыки применения правила Ленца;
развивающие:
Развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;
Развивать умение находить решение проблемы;
воспитательные:
- воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету;
Расширять кругозор учащихся.
Оборудование: прибор для демонстрации правила Ленца, полосовой и дугообразный магниты, гальванометр, катушка, экран, ноутбук, проектор, раздаточный материал (карточки-задания), презентация.
Ход урока.
I. Организационный момент.
Английский философ Герберт Спенсер когда-то сказал: «Дороги не те знания, которые откладываются в мозгу, как жир, дороги те, которые превращаются в умственные мышцы!»
Эти слова будут эпиграфом к уроку, на котором нам предстоит поработать «мозговыми мышцами».
II. Проверка домашнего задания.
Экспресс-тест.
Явление электромагнитной индукции.
1. При вдвигании магнита северным полюсом в катушку…
2. При выдвигании магнита северным полюсом из катушки…
В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток
3. При выдвигании магнита южным полюсом из катушки…
А. в катушке не возникает индукционный ток
Б. в катушке возникает индукционный ток
В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток
4. При вдвигании магнита южным полюсом в катушку…
А. в катушке возникает индукционный ток
Б. в катушке не возникает индукционный ток
В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток
5. Если магнит неподвижен относительно катушки…
А. в катушке не возникает индукционный ток
Б. в катушке возникает индукционный ток
В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток
6. Если двигать катушку относительно недвижного магнита…
А. в катушке возникает индукционный ток
Б. в катушке не возникает индукционный ток
В. в катушке иногда возникает индукционный ток
7. Сила индукционного тока больше…
А. медленно вдвигать магнит в катушку
Б. быстро выдвигать магнит из катушки
В. медленно выдвигать магнит из катушки
А. направления движения магнита относительно катушки (вносят магнит или удаляют)
Б. от того, каким полюсом вносят или удаляют магнит
В. направления движения магнита относительно катушки (вносят магнит или удаляют) и от того, каким полюсом вносят или удаляют магнит
9. Явление электромагнитной индукции…
А. это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении внешнего магнитного поля внутри катушки
Б. это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре
В. это явление возникновения магнитного поля в замкнутом контуре
10. Явление электромагнитной индукции обнаружил…
А. Эрстед
В. Фарадей
Работа в парах: взаимопроверка.
(каждый учащийся ответы дает в двух экземплярах: один - для взаимопроверки, второй сдают для проверки учителем).
10 верных ответов - «5», 8-9 - «4», 7 - «3», 6 - «3-», 5 и меньше - «2».
Психологическая разрядка - здоровьесбережение.
«Пятерки» - похлопали в ладоши.
«Четверки» - похлопали в ладоши.
«Тройки» - вздохнули.
«Двойки» - глубоко вздохнули.
III . Мотивация учебной деятельности.
Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц - немецкий физик об открытии Майкла Фарадея сказал: «До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея».
Фарадей указал причину возникновения индукционного тока - это изменяющееся магнитное поле. Кроме того, для каждого конкретного случая (для каждого опыта) указывал направление индукционного тока.
Как вы думаете, если причина возникновения тока одна, то существует общий подход к определению направления индукционного тока, а не каждого случая?
Возможный ответ. Существует.
Действительно, есть правило, определяющее направление индукционного тока.
IV . Целеполагание.
Какую цель мы ставим перед собой на уроке?
Возможный ответ. Изучить правило, которое позволит определять направление индукционного тока.
V. Сообщение темы урока.
(записали в тетрадь)
VI . Изучение нового материала.
После открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции ряд ученых предложили довольно сложные «правила», позволяющие в частных случаях определять направление индукционного тока.
Внимательно изучив все работы в этой области, российский физик, один из основоположников электротехники, Эмилий Христианович Ленц в 1832 г. поставил ряд оригинальных опытов, а в ноябре 1833-го выступил в Академии наук с докладом «Об определении направления гальванических токов, возбуждаемых электродинамической индукцией».
Мы с вами тоже можем установить это правило при помощи несложного опыта.
Прибор представляет собой два алюминиевых кольца соединены алюминиевой перекладиной. Одно из этих колец имеет разрез (не замкнутое), второе кольцо сплошное. Перекладина установлена на острие иглы, которая закреплена на подставке.
Опыт 1. Внести магнит в кольцо с разрезом.
Что наблюдаете?
Ответ. Никаких изменений не наблюдается.
Опыт 2. Внести магнит северным полюсом в сплошное кольцо.
Что наблюдаете?
Ответ. Кольцо уходит от магнита.
Опыт 3. Вытянуть магнит из сплошного кольца.
Что наблюдаете?
Ответ. Кольцо следует за магнитом.
Опыты 4-5. Повторить опыт вдвигая и выдвигая магнит из сплошного кольца южным полюсом.
Что наблюдаете?
При внесении магнита южным полюсом в сплошное кольцо удаляется от магнита. При вынесении магнита из кольца кольцо следует за ним.
Таким образом, при внесении в сплошное кольцо любого полюса магнита кольцо удаляется от него, а при выдвигании магнита из кольца любым полюсом кольцо следует за магнитом.
Объясним наблюдаемые явления.
Эвристическая беседа.
Демонстрация. Что происходит, если в катушку вдвигать магнит?
Ответ. В катушке возникает индукционный ток.
Что происходит, если в кольцо вдвигать магнит?
Ответ. В кольце возникает индукционный ток.
К чему приводит возникновение индукционного тока?
Ответ. Вокруг кольца с током возникает магнитное поле.
Итак, кольцо приобретает свойства магнита, и мы наблюдали взаимодействие магнита с кольцом-магнитом.
Как взаимодействуют полюсы магнитов?
Ответ. Разноименные полюсы притягиваются, одноименные - отталкиваются.
Поскольку, кольцо отталкивается от магнита, то следует, что кольцо и магнит обращены друг к другу одноимёнными полюсами.
Демонстрация. Что скажем о направлении индукционного тока при вдвигании и выдвигании магнита из катушки?
Ответ. Возникающий ток при вдвигании магнита имеет одно направление, а при выдвигании – противоположное.
При выдвигании магнита из кольца кольцо следует за магнитом. Направление тока изменилось на противоположное, и кольцо теперь обращено противоположным с магнитом полюсом.
Физкультминутка.
На уроке дадим поработать и мышцам глаз, и мышцам пальцев, и мышцам рук.
Продолжим. Изобразим механизм происходящего.
Что собой представляют магнитные линии магнитного поля полосового магнита?
Ответ. Магнитные линии полосового магнита – замкнутые линии, выходят из северного полюса входят в южный.
Применим правило правой руки для кольца: если направить большой палец правой руки по направлению магнитных линий, то четыре согнутых пальца укажут направление тока в кольце.
Теперь рассмотрим, что происходит, если выдвигать магнит из кольца.
В кольце с разрезом индукционный ток не возникает, кольцо с магнитом не взаимодействует.
Отодвигаясь от приближающегося магнита, кольцо противодействует увеличению проходящего сквозь него внешнего магнитного поля. Следуя за удаляющимся магнитом, кольцо противодействует уменьшению проходящего сквозь него внешнего магнитного поля.
Таким образом, мы пришли к тому же выводу, что и в 1833 году Эмилий Христианович Ленц:
возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению внешнего магнитного поля, которое вызвало этот ток.
Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.
V . Закрепление изученного материала.
Повторим этапы применения правила Ленца для определения направления индукционного тока:
1. Выясняем, приближаем или удаляем магнит от замкнутого контура. То есть, выясняем, как изменяется магнитное поле через замкнутый контур.
2. Показываем магнитные линии этого (внешнего) магнитного поля.
3. Показываем магнитные линии магнитного поля индукционного тока:
Если внешнее магнитное поле увеличивается, то магнитные линии магнитного поля индукционного тока направляем противоположно магнитным линиям внешнего магнитного поля;
Если внешнее магнитное поле уменьшается, то магнитные линии магнитного поля индукционного тока направляем как направлены магнитные линии внешнего магнитного поля.
4. Применяя правило правой руки, определяем направление индукционного тока.
VI . Домашнее задание.
§22 (учить).
Задание. Как направлен индукционный ток в кольце:
а) магнит вдвигать в кольцо южным полюсом;
б) магнит выдвигать из кольца южным полюсом.
VII . Рефлексия.
Как поработали мозговыми мышцами?
«Отлично!» - похлопали;
Почувствовали «красоту» правила Ленца?
«Все получилось!» - похлопали;
«Не очень…» - глубоко вздохнули.
