Цілі уроку:
Тип уроку:вивчення нового матеріалу
Методи навчання:Метод проблемного викладу, частково-пошуковий.
Форми організації пізнавальної діяльності:
Обладнання:електронна дошка, презентація, мультимедійний курс Фізика: повний курс.7-11 класи (під ред. В. Акопяна), смуговий магніт, сполучні дроти, гальванометр, міліамперметр, котушки, джерело струму, ключ, дротяні мотки, магніт дугоподібний, прилад для демонстрації правила Ленца.
План уроку
| Етапи уроку | Час, хв | Прийоми та методи |
| Створення проблемної ситуації, історичні відомості | 8 хв | Створення проблемної ситуації викладачем. Демонстрації, які підводять до мети уроку. |
| Вивчення нового матеріалу в ході експериментальної роботи у групах (явище ЕМІ, правило Ленца) | 2 хв | Експеримент. Спостереження. Виділення головного. Формулювання висновків. |
| Вивчення нового матеріалу (правила визначення спрямування індукційного струму, закон електромагнітної індукції). | 20 хв | Розмова. Відповіді на запитання. |
| Підбиття підсумків. Домашнє завдання. | 5 хв | Виділення головного. Оцінювання (Взаємооцінювання) "Ланцюжок". |
Хід уроку
1. Створення проблемної ситуації (далека перспектива)
Здрастуйте, хлопці! На слайді (Слайд 1) презентації зображені опори ЛЕП у різних країнах: у Фінляндії, наприклад, у вигляді оленів. Але опори не змінюють змісту: всі ЛЕП призначені для передачі електричного струмуна великі відстані, і всі ЛЕПи – високовольтні.
Чому всі лінії електропередач високовольтні?
(Відповіді учнів, зазвичай - “Тече струм високої напруги”).
Навіщо підвищують напругу? (Слайд 2). Подивіться на схему передачі електроенергії: трансформатор підвищує і так висока напруга, а в побуті, в освітлювальної мережінеобхідно всього 220В! То навіщо підвищують напругу? ( Відповіді учнів)
Поки ми розмовляли з вами через дротяний моток протікав електричний струм.
Демонстрація 1:Дрітовий моток закріплений у лапці штатива, по ньому пропускають електричний струм.
(Відповіді учнів, зазвичай - “Провідник, яким тече струм нагрівається. Це теплова дія струму”).
Молодці, правда! Струм, що тече по ЛЕП, нагріває лінію (провід) відбувається втрата енергії: частина електричної енергії перетворюється на теплову. Втрати теплової енергії необхідно мінімізувати. (Слайд 3) Давайте згадаємо закон Джоуля-Ленца: зменшити теплові втратиможна зменшивши, наприклад, силу струму. Прилад, який зменшує силу струму і водночас підвищує напругу в стільки ж разів (і навпаки), практично без втрати потужності було винайдено в 1878 році російським ученим П.М. Яблучковим і був названий трансформатором.
Давайте підіб'ємо невеликий підсумок: щоб зменшити теплові втрати при передачі електроенергії на великі відстані необхідно знизити силу струму, а цю роль виконає трансформатор, що підвищує, але одночасно з цим він у стільки ж разів підвищить напругу. Ось чому всі лінії електропередач є високовольтні.
2. Створення проблемної ситуації (ближня перспектива)
Але на якому принципі побудовано роботу трансформатора?
(Учні не можуть відповідати)
Його робота заснована на явищі електромагнітної індукції, яке було відкрито Майклом Фарадеєм у 1831 році та є найбільшим відкриттям ХIХ століття. (Слайд 4)
На цьому явищі побудовано принцип роботи індукційних печей (ОМД, сталеплавильне виробництво) та лагів, індукційних варильних панелей (Технолог), металодетекторів, трансформаторів (Зварювальник) та генераторів змінного струму (Технічне обслуговування електричного та електромеханічного обладнання). Ваша майбутня професія (спеціальність) нерозривно пов'язана з цим явищем: без електричного струму, що виробляється генераторами на ЕС, неможлива робота верстатів (Станочник), електромагнітів (Машиніст крана), електричних печейта плит (Технолог) і т.д.
Демонстрація 2.Моток закріплений у лапці штативу, ним пропускають електричний струм, підносять магніт.
Яку дію електричного струму можна побачити?
(Відповіді учнів, зазвичай - “Магнітне. Якщо по провіднику тече струм, навколо провідника виникає магнітне поле”). Молодці!
Правильно. Якщо електричний струм породжує собою магнітне поле, то чи може своє чергу, магнітне поле породити електричний струм?
У 1821 році цим питанням був спантеличений Майкл Фарадей. "Перетворити магнетизм на електрику" було написано у нього в щоденнику. Через 10 років, 29 серпня 1831 року це завдання було вирішено.
Напишіть тему уроку. ЯВИЩЕ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ. ПРАВИЛО ЛЕНЦЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ.
Давайте експериментально встановимо, за яких умов магнітне поле може породити електричний струм у провіднику (контурі).
(Учні виконують експериментальні завдання з груп).
Підіб'ємо підсумки роботи наших груп:
1 група (Відповіді учнів). (Слайд 5) (відповіді учнів 1 групи доповнюються відповідями учнів з інших груп)
Висновок: У провідному замкненим контурі виникає електричний струм , якщо контур знаходиться в змінному магнітному полі або рухається в постійному у часі полі так, що число ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється.
З історії питання: Майже одночасно з Фарадеєм отримати електричний струм у котушці за допомогою магніту намагався швейцарський фізик Колладон. Працюючи він користувався гальванометром, легка магнітна стрілка якого містилася всередині котушки приладу. Щоб магніт не безпосередньо впливав на стрілку, кінці котушки, куди вводили магніт, були виведені в сусідню кімнату і там приєднані до гальванометра. Вставивши магніт у котушку, Колладон ішов у сусідню кімнату і засмучено переконувався, що гальванометр не показував струму. Варто було б йому весь час поряд з гальванометром, а когось попросити зайнятися магнітом, чудове відкриття було б зроблено. Але цього не сталося. Магніт, що спочиває щодо котушки, не викликає в ній струму.
Введемо поняття магнітного потоку. (Слайд 6)
Магнітний потік фізична величина, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції B на площу S косинус кута? між векторами та
1 Вб = 1 Тл * 1м 2
Магнітний потік 1 Вебер створюється магнітним полем з індукцією 1 Тл через поверхню площею 1 м 2 розташовану перпендикулярно вектору магнітної індукції.
Струм, що виникає в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур, називають індукційним струмом.
2 група (Відповіді учнів).
Висновок: Розмір індукційного струму залежить (Слайд 7)
Загальний висновок роботи 1 та 2 групи:
Явище виникнення індукційного струму в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур, називають явищем електромагнітної індукції.
3 група (Відповіді учнів). (Слайд 8).Правило Ленца.
Досліджуючи явище електромагнітної індукції, Е. X. Ленц у 1833 р. встановив загальне правилодля визначення напряму індукційного струму:
Індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє тій зміні магнітного потоку, яким був викликаний.
Напрямок індукційного струму.
Правило правої руки
Якщо праву руку розташувати так, щоб вектор B входив у долоню, а відігнутий на 90 про великий палець був направлений по руху провідника, чотири пальця руки вкажуть напрямок індукційного струму провіднику.
При поясненні матеріалу можна використовувати мультимедійний курс Фізика: повний курс.7-11 класи (за ред. В.Акопяна) (урок “Явище електромагнітної індукції”)
Закон електромагнітної індукції
Відомо, що в ланцюзі з'являється електричний струм у тому випадку, коли на вільні заряди провідника діють сторонні сили. Роботу цих сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду вздовж замкнутого контуру називають електрорушійною силою. Отже, при зміні магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, в останньому з'являються сторонні сили, дія яких характеризується ЕРС, званої ЕРС індукції.
~ і =, то = - для 1 витка = * N- для N витків
Відповідно до правила Ленца:
= - *N - для N витків
ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.
Діти, сьогодні ми познайомилися з явищем електромагнітної індукції (ЕМІ). Робота багатьох приладів заснована на цьому явищі, особливу роль слід відвести генераторам змінного струму, в яких механічна енергія перетворюється на електричну. Без електричного струму життя сучасної людини уявити практично неможливо, так само як і Ваше майбутню роботу: індукційні варильні панелі - Технолог, індукційні печі- ЗМД, трансформатор - Зварювальник і т.д.
Підіб'ємо підсумок уроку, відповімо на запитання:
Запитання:
1. У чому полягає явище електромагнітної індукції?
2. Що називають магнітним потоком?
3. Як пов'язана робота верстатника (машиніста крана, машиніста локомотива тощо) з явищем ЕМІ?
4. Чому закон електромагнітної індукції формулюється для ЕРС, а чи не для сили струму? Сформулюйте закон ЕМІ.
5. Чому в законі електромагнітної індукції стоїть знак мінус?
6. Як визначити напрямок індукційного струму?
Сьогодні ми плідно працювали, проводили досліди, хлопці оціните роботу кожної групи: роботу своєї групи та роботу студентів в інших групах.
(Обговорення, діалог учнів)
3. Домашнє завдання:
8-11, конспект, стор. 27 (навести приклади виникнення індукційного струму, використовуючи дві котушки на загальному сердечнику), підготувати повідомлення (Металодетектори, поїзд на магнітній подушці, індукційні печі, індукційні варильні панелі).
Ланцюжок:
Як завжди, виходимо з класу по "ланцюжку" (необхідно назвати фізичну величину та одиниці виміру фізичної величини).
Додаток 1
Додаток 2
Додаток 3
Конспект уроку з фізики у 8 класі.
Тема. Правило Ленца.
Цілі:
освітні:
Сформулювати правило Ленца визначення напрями індукційного струму;
Сформувати навички застосування правила Ленца;
розвиваючі:
Розвивати вміння спостерігати, зіставляти, порівнювати та узагальнювати результати експериментів;
Розвивати вміння знаходити вирішення проблеми;
виховні:
- виховувати пізнавальну потребу та інтерес до предмета;
Розширювати кругозір учнів.
Обладнання: прилад для демонстрації правила Ленца, смугові та дугоподібні магніти, гальванометр, котушка, екран, ноутбук, проектор, роздатковий матеріал (картки-завдання), презентація.
Хід уроку.
I. Організаційний момент.
Англійський філософ Герберт Спенсер колись сказав: «Дороги не ті знання, які відкладаються в мозку, як жир, дорогі ті, що перетворюються на розумові м'язи!»
Ці слова будуть епіграфом до уроку, на якому ми маємо попрацювати «мозковими м'язами».
ІІ. Перевірка домашнього завдання.
Експрес-тест.
Явище електромагнітної індукції.
1. При всуванні магніту північним полюсом у котушку.
2. При висуванні магніту північним полюсом з котушки.
В. в котушці в деяких випадках виникає індукційний струм
3. При висуванні магніту південним полюсом з котушки.
А. в котушці не виникає індукційний струм
Б. у котушці виникає індукційний струм
В. в котушці в деяких випадках виникає індукційний струм
4. При всуванні магніту південним полюсом у котушку.
А. в котушці виникає індукційний струм
Б. у котушці не виникає індукційний струм
В. в котушці в деяких випадках виникає індукційний струм
5. Якщо магніт нерухомий щодо котушки…
А. в котушці не виникає індукційний струм
Б. у котушці виникає індукційний струм
В. в котушці в деяких випадках виникає індукційний струм
6. Якщо рухати котушку щодо нерухомого магніту…
А. в котушці виникає індукційний струм
Б. у котушці не виникає індукційний струм
В. в котушці іноді виникає індукційний струм
7. Сила індукційного струму більша за...
А. повільно всунути магніт у котушку
Б. швидко висувати магніт із котушки
В. повільно висувати магніт із котушки
А. напрями руху магніту щодо котушки (вносять магніт або видаляють)
Б. від того, яким полюсом вносять або видаляють магніт
В. напрями руху магніту щодо котушки (вносять магніт або видаляють) і від того, яким полюсом вносять або видаляють магніт
9. Явище електромагнітної індукції…
А. це явище виникнення електричного струму у замкнутому контурі при зміні зовнішнього магнітного полявсередині котушки
Б. це явище виникнення електричного струму в замкнутому контурі
В. це явище виникнення магнітного поля у замкнутому контурі
10. Явище електромагнітної індукції виявив…
А. Ерстед
В. Фарадей
Робота у парах: взаємоперевірка.
(Кожен учень відповіді дає у двох примірниках: один - для взаємоперевірки, другий здають для перевірки вчителем).
10 вірних відповідей – «5», 8-9 – «4», 7 – «3», 6 – «3-», 5 і менше – «2».
Психологічна розрядка - здоров'язбереження.
"П'ятірки" - поплескали в долоні.
«Четвірки» - поплескали в долоні.
«Трійки» – зітхнули.
«Двійки» – глибоко зітхнули.
III . Мотивація навчальної діяльності.
Герман Людвіг Фердинанд Гельмгольц - німецький фізик про відкриття Майкла Фарадея сказав: «До тих пір, поки люди користуються благами електрики, вони завжди будуть з вдячністю згадувати ім'я Фарадея».
Фарадей вказав причину виникнення індукційного струму - це магнітне поле, що змінюється. Крім того, для кожного конкретного випадку (кожного досвіду) вказував напрямок індукційного струму.
Як ви вважаєте, якщо причина виникнення струму одна, то існує загальний підхіддо визначення напряму індукційного струму, а чи не кожного випадку?
Можлива відповідь.Існує.
Дійсно, є правило, що визначає напрямок індукційного струму.
IV . Цілепокладання.
Яку мету ми ставимо собі на уроці?
Можлива відповідь.Вивчити правило, яке дозволить визначати напрямок індукційного струму.
V. Повідомлення теми уроку.
(Записали в зошит)
VI . Вивчення нового матеріалу.
Після відкриття Фарадеєм явища електромагнітної індукції ряд вчених запропонували досить складні «правила», що дозволяють у окремих випадках визначати напрямок індукційного струму.
Уважно вивчивши всі роботи в цій галузі, російський фізик, один з основоположників електротехніки, Емілій Християнович Ленц у 1832 р. поставив низку оригінальних дослідів, а в листопаді 1833-го виступив в Академії наук з доповіддю «Про визначення напрямку гальванічних струмів, що збуджуються ».
Ми з вами теж можемо встановити це правило за допомогою простого досвіду.
Прилад являє собою два алюмінієві кільця з'єднані алюмінієвою поперечиною. Одне з цих кілець має розріз (не замкнуте), друге кільце суцільне. Поперечина встановлена на вістря голки, яка закріплена на підставці.
Досвід 1. Внести магніт у кільце з розрізом.
Що спостерігаєте?
Відповідь.Жодних змін не спостерігається.
Досвід 2. Внести магніт північним полюсом у суцільне кільце.
Що спостерігаєте?
Відповідь.Кільце йде від магніту.
Досвід 3. Витягнути магніт із суцільного кільця.
Що спостерігаєте?
Відповідь.Кільце слідує за магнітом.
Досліди 4-5. Повторити досвід всуваючи та висуваючи магніт із суцільного кільця південним полюсом.
Що спостерігаєте?
При внесенні магніту південним полюсом суцільне кільце віддаляється від магніту. При винесенні магніту з кільця кільце слідує за ним.
Таким чином, при внесенні в суцільне кільце будь-якого полюса магніту кільце віддаляється від нього, а при висуванні магніту з кільця будь-яким полюсом кільце слідує за магнітом.
Пояснимо явища, що спостерігаються.
Евристична розмова.
Демонстрації. Що відбувається, якщо в котушку всунути магніт?
Відповідь.У котушці з'являється індукційний струм.
Що відбувається, якщо в кільце всунути магніт?
Відповідь.У кільці з'являється індукційний струм.
До чого призводить виникнення індукційного струму?
Відповідь.Навколо кільця зі струмом виникає магнітне поле.
Отже, кільце набуває властивостей магніту, і ми спостерігали взаємодію магніту з кільцем-магнітом.
Як взаємодіють полюси магнітів?
Відповідь.Різноіменні полюси притягуються, однойменні відштовхуються.
Оскільки кільце відштовхується від магніту, то слід, що кільце і магніт звернені один до одного однойменними полюсами.
Демонстрації. Що скажемо про напрямок індукційного струму при всуванні та висуванні магніту з котушки?
Відповідь.Виникає струм при всуванні магніту має один напрямок, а при висуванні - протилежний.
При висуванні магніту з кільця кільце слід за магнітом. Напрямок струму змінилося протилежне, і кільце тепер звернене протилежним з магнітом полюсом.
Фізкультхвилинка.
На уроці дамо попрацювати і м'язам очей, і м'язам пальців, і м'язам рук.
Продовжимо. Зобразимо механізм того, що відбувається.
Що собою являють магнітні лініїмагнітного поля смугового магніту?
Відповідь.Магнітні лінії смугового магніту – замкнуті лінії, що виходять із північного полюса входять у південний.
Застосуємо правило правої руки для кільця: якщо направити великий палець правої руки у напрямку магнітних ліній, то чотири зігнуті пальці вкажуть напрямок струму в кільці.
Тепер розглянемо, що відбувається, якщо висувати магніт із кільця.
У кільці з розрізом індукційний струм немає, кільце з магнітом не взаємодіє.
Відсуваючись від магніту, що наближається, кільце протидіє збільшенню зовнішнього магнітного поля, що проходить крізь нього. Слідуючи за магнітом, що віддаляється, кільце протидіє зменшенню зовнішнього магнітного поля, що проходить крізь нього.
Таким чином, ми прийшли до того ж висновку, що і в 1833 Емілій Християнович Ленц:
Індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє зміні зовнішнього магнітного поля, яке викликало цей струм.
Правило Ленца є наслідком закону збереження енергії.
V . Закріплення дослідженого матеріалу.
Повторимо етапи застосування правила Ленца визначення напрями індукційного струму:
1. З'ясовуємо, наближаємо чи видаляємо магніт від замкнутого контуру. Тобто з'ясовуємо, як змінюється магнітне поле через замкнутий контур.
2. Показуємо магнітні лінії цього (зовнішнього) магнітного поля.
3. Показуємо магнітні лінії магнітного поля індукційного струму:
Якщо зовнішнє магнітне поле збільшується, магнітні лінії магнітного поля індукційного струму направляємо протилежно магнітним лініям зовнішнього магнітного поля;
Якщо зовнішнє магнітне поле зменшується, магнітні лінії магнітного поля індукційного струму направляємо як спрямовані магнітні лінії зовнішнього магнітного поля.
4. Застосовуючи правило правої руки, визначаємо напрямок індукційного струму.
VI . Домашнє завдання.
§22 (вчити).
Завдання. Як спрямований індукційний струм у кільці:
а) магніт всувати в кільце південним полюсом;
б) магніт висувати з кільця південним полюсом.
VII . Рефлексія.
Як попрацювали мозковими м'язами?
"Відмінно!" - поплескали;
Чи відчули «красу» правила Ленца?
"Все вийшло!" - поплескали;
"Не дуже ..." - глибоко зітхнули.
