Разработване на урока "Опитите на Фарадей. Електромагнитна индукция"

В този урок ще проведем лабораторна работа № 4 „Изследване на явлението електромагнитна индукция" Целта на този урок ще бъде изучаването на явлението електромагнитна индукция. Като се използва необходимо оборудванеЩе проведем лабораторна работа, в края на която ще научим как правилно да изучаваме и дефинираме това явление.

Цел - проучване явления на електромагнитна индукция.

Оборудване:

1. Милиамперметър.

2. Магнит.

3. Макара.

4. Източник на ток.

5. Реостат.

6. Ключ.

7. Намотка от електромагнит.

8. Свързващи проводници.

Ориз. 1. Експериментално оборудване

Нека започнем лабораторната работа, като сглобим инсталацията. За да сглобим веригата, която ще използваме в лабораторната работа, ще свържем намотка към милиамперметър и ще използваме магнит, който ще приближаваме или отдалечаваме от намотката. В същото време трябва да помним какво ще се случи, когато се появи индуцираният ток.

Ориз. 2. Експеримент 1

Помислете как да обясним явлението, което наблюдаваме. Как магнитният поток влияе на това, което виждаме, по-специално на произхода на електрическия ток. За да направите това, погледнете поддържащата фигура.

Ориз. 3. Линии магнитно полепостоянен лентов магнит

Обърнете внимание, че линиите на магнитния поток излизат от Северен полюс, влизат в южния полюс. Освен това броят на тези линии и тяхната плътност са различни в различните части на магнита. Моля, имайте предвид, че посоката на магнитното поле също се променя от точка на точка. Следователно можем да кажем, че промяната в магнитния поток води до възникването на електрически ток в затворен проводник, но само когато магнитът се движи, следователно магнитният поток, който прониква в зоната, ограничена от завоите на тази намотка, се променя .

Следващият етап от нашето изследване на електромагнитната индукция е свързан с определянето посока на индукционния ток. За посоката на индукционния ток можем да съдим по посоката, в която се отклонява стрелката на милиамперметъра. Нека използваме дъгообразен магнит и да видим, че когато магнитът се приближи, стрелката ще се отклони в една посока. Ако сега магнитът се премести в другата посока, стрелката ще се отклони в другата посока. В резултат на експеримента можем да кажем, че посоката на движение на магнита също определя посоката на индукционния ток. Нека отбележим също, че посоката на индукционния ток също зависи от полюса на магнита.

Моля, имайте предвид, че големината на индукционния ток зависи от скоростта на движение на магнита и в същото време от скоростта на промяна на магнитния поток.

Втората част от нашата лабораторна работа ще бъде свързана с друг експеримент. Нека да разгледаме дизайна на този експеримент и да обсъдим какво ще направим сега.

Ориз. 4. Експеримент 2

Във втората верига по принцип нищо не се е променило по отношение на измерването на индукционния ток. Същият милиамперметър, прикрепен към намотка от намотка. Всичко си остава както в първия случай. Но сега ще получим промяна в магнитния поток не поради движението на постоянен магнит, а поради промяна в силата на тока във втората намотка.

В първата част ще изследваме присъствието индуциран токпри затваряне и отваряне на веригата. И така, първата част от експеримента: затваряме ключа. Моля, имайте предвид, че токът във веригата се увеличава, стрелката се е отклонила в една посока, но имайте предвид, че сега ключът е затворен и милиамперметърът не показва електрически ток. Факт е, че няма промяна в магнитния поток, вече говорихме за това. Ако сега ключът се отвори, милиамперметърът ще покаже, че посоката на тока се е променила.

Във втория експеримент ще проследим как индуциран токкогато електрическият ток във втората верига се промени.

Следващата част от експеримента ще бъде да се наблюдава как ще се промени индукционният ток, ако големината на тока във веригата се промени с помощта на реостат. Знаеш, че ако се променим електрическо съпротивлениевъв веригата, тогава, следвайки закона на Ом, електрическият ток също ще се промени. Тъй като електрическият ток се променя, магнитното поле ще се променя. В момента, в който плъзгащият контакт на реостата се движи, магнитното поле се променя, което води до появата на индукционен ток.

За да завършим лабораторията, трябва да разгледаме как се създава индуциран електрически ток в генератор на електрически ток.

Ориз. 5. Генератор на електрически ток

Основната му част е магнит, а вътре в тези магнити има намотка с определен брой навити навивки. Ако сега завъртите колелото на този генератор, в намотката на бобината ще се индуцира индуктивен електрически ток. Експериментът показва, че увеличаването на броя на оборотите води до факта, че електрическата крушка започва да гори по-ярко.

Списък на допълнителната литература:

Аксенович Л. А. Физика в гимназия: Теория. Задачи. Тестове: Учебник. надбавка за институции, осигуряващи общо образование. среда, образование / L.A. Aksenovich, N.N. Ракина, К. С. Фарино; Изд. К. С. Фарино. - Мн.: Адукация и вяхване, 2004. - С. 347-348. Мякишев Г.Я. Физика: Електродинамика. 10-11 клас. Учебник за разширено изучаване на физика / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. - М .: Bustard, 2005. - 476 с. Пуришева Н.С. Физика. 9 клас. Учебник. / Пуришева Н.С., Важеевская Н.Е., Чаругин В.М. 2-ро изд., стереотип. - М.: Дропла, 2007.

Контролни въпроси

1. Какво е електрически капацитет?

2. Дефинирайте следните понятия: променлив ток, амплитуда, честота, циклична честота, период, фаза на трептене

Лабораторна работа 11

Изследване на явлението електромагнитна индукция

Цел на работата:изучаване на явлението електромагнитна индукция .

Оборудване:милиамперметър; макара; дъгообразен магнит; захранване; намотка с желязна сърцевина от сгъваем електромагнит; реостат; ключ; свързващи проводници; модел генератор на електрически ток (един).

Напредък

1. Свържете бобината към клемите на милиамперметъра.

2. Наблюдавайки показанията на милиамперметъра, приближете един от полюсите на магнита към бобината, след това спрете магнита за няколко секунди и след това отново го приближете до бобината, като го натиснете в нея (фиг.). Запишете дали в намотката е възникнал индуциран ток, докато магнитът се движи спрямо намотката; докато е спряно.

3. Запишете дали магнитният поток F, преминаващ през намотката, се е променил по време на движението на магнита; докато е спряно.

4. Въз основа на вашите отговори на предходния въпрос направете и запишете заключение за условието, при което се е появил индуциран ток в намотката.

5. Защо магнитният поток, преминаващ през тази намотка, се промени, когато магнитът се приближи до намотката? (За да отговорите на този въпрос, помнете, първо, от какви величини зависи магнитният поток Ф и, второ, дали големината на вектора на индукция B на магнитното поле на постоянен магнит е еднаква в близост до този магнит и далеч от него.)

6. За посоката на тока в бобината може да се съди по посоката, в която стрелката на милиамперметъра се отклонява от нулевото деление.
Проверете дали посоката на индукционния ток в бобината ще бъде една и съща или различна, когато същият магнитен полюс се приближава и отдалечава от нея.

7. Приближете полюса на магнита към намотката с такава скорост, че стрелката на милиамперметъра да се отклони с не повече от половината от граничната стойност на скалата му.

Повторете същия опит, но при по-висока скорост на магнита, отколкото в първия случай.

При по-висока или по-ниска скорост на движение на магнита спрямо намотката, магнитният поток F, преминаващ през тази намотка, променя ли се по-бързо?

При бърза или бавна промяна на магнитния поток през намотката възникна ли в нея по-голям ток?

Въз основа на вашия отговор на последния въпрос направете и запишете заключение за това как модулът на силата на индукционния ток, възникващ в намотката, зависи от скоростта на промяна на магнитния поток F, преминаващ през тази намотка.

8. Сглобете инсталацията за експеримента според чертежа.

9. Проверете дали възниква индуциран ток в бобина 1 в следните случаи:

а. при затваряне и отваряне на веригата, в която е свързана намотка 2;

b. когато през намотка 2 протича постоянен ток;

° С. при увеличаване и намаляване на тока, протичащ през намотка 2, чрез преместване на плъзгача на реостата на съответната страна.

10. В кой от случаите, изброени в параграф 9, се променя магнитният поток, преминаващ през намотката? Защо се променя?

11. Наблюдавайте възникването на електрически ток в модела на генератора (фиг.). Обяснете защо се появява индуциран ток в рамка, въртяща се в магнитно поле.

Контролни въпроси

1. Формулирайте закона за електромагнитната индукция.

2. Кой и кога е формулирал закона за електромагнитната индукция?

Лаборатория 12

Измерване на индуктивност на бобината

Цел на работата:Изучаване на основните закони на електрическите вериги променлив токи познаване на най-простите методи за измерване на индуктивност и капацитет.

Кратка теория

Под влияние на променлива електродвижеща сила(EMF) в електрическа верига, в нея възниква променлив ток.

Променливият ток е ток, който променя посоката и големината си. В тази работа се разглежда само такъв променлив ток, чиято стойност се променя периодично според синусоидалния закон.

Разглеждането на синусоидалния ток се дължи на факта, че всички големи електроцентрали произвеждат променливи токове, които са много близки до синусоидалните токове.

Променливият ток в металите е движението на свободни електрони в една или в обратна посока. При синусоидален ток естеството на това движение съвпада с хармонични вибрации. По този начин синусоидалният променлив ток има период T- време на едно пълно трептене и честота v- броят на пълните трептения за единица време. Има връзка между тези количества

AC веригата, за разлика от DC веригата, позволява включването на кондензатор.

https://pandia.ru/text/80/343/images/image073.gif" alt="http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/Image443 .gif" width="89" height="24">,!}

Наречен импедансили импедансвериги. Следователно израз (8) се нарича закон на Ом за променлив ток.

В тази работа активна съпротива Рнамотка се определя с помощта на закона на Ом за участък от DC верига.

Нека разгледаме два специални случая.

1. Във веригата няма кондензатор. Това означава, че кондензаторът е изключен и вместо това веригата е затворена от проводник, чийто потенциален спад е практически нулев, т.е. Uв уравнение (2) е равно на нула..gif" alt="http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/Image474.gif" width="54" height="18">.!}

2. Във веригата няма намотка: следователно.

Когато от формули (6), (7) и (14), съответно, имаме

Студентът трябва:

да може да:боравят и използват физически инструменти в лабораторната работа; изследват явлението електромагнитна индукция - определят какво определя големината и посоката на индукционния ток; използвайте необходимото справочници;

зная:методи за измерване на мощността, консумирана от електрически уред; зависимостта на мощността, консумирана от електрическата крушка, от напрежението на нейните клеми; изследвайте зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата.

Наличност на професия

Оборудване и инструменти:милиамперметър, намотка-намотка, дъгообразен магнит, лентов магнит, източник на постоянен ток, две намотки с ядра, реостат, ключ, дълъг проводник, свързващи проводници.

Раздавателни материали:

Кратки теоретични материали по темата за лабораторната работа

Индукционният ток в затворен контур възниква, когато магнитният поток се променя през зоната, ограничена от контура. Промяната на магнитния поток през веригата може да се извърши по два начина: различни начини:

1) промяна във времето на магнитното поле, в което се намира неподвижната верига, когато магнитът се натиска в намотката или когато се издърпва;

2) движението на тази верига (или нейните части) в постоянно магнитно поле (например при поставяне на намотка върху магнит).

Указания за изпълнение на лабораторна работа

Свържете бобината към клемите на милиамперметъра и след това я поставете върху и извън северния полюс на дъговидния магнит при различни скорости (вижте фигурата) и за всеки случай отбележете максималната и минималната сила на индуцирания ток и посоката на отклонение на стрелката на уреда.

Фигура 9.1

1. Обърнете магнита и бавно натиснете южния полюс на магнита в намотката и след това го издърпайте. Повторете експеримента при по-висока скорост. Обърнете внимание къде се е отклонила стрелката на милиамперметъра този път.

2. Сгънете два магнита (с формата на лента и дъга) с еднакви полюси и повторете опита с на различни скоростидвижение на магнити в намотка.

3. Свържете дълъг проводник, навит на няколко навивки, към клемите на милиамперметъра вместо намотката. Докато плъзгате намотките от тел върху и извън полюса на дъговидния магнит, отбележете максималната сила на индуцирания ток. Сравнете го с максималната сила на индукционния ток, получена при експерименти със същия магнит и намотка, и открийте връзката индуцирана емфвърху дължината (броя навивки) на проводника.

4. Анализирайте своите наблюдения и направете изводи относно причините, от които зависи големината на индукционния ток и неговата посока.

5. Сглобете веригата, показана на фигура 1. Намотките с вмъкнати в тях сърцевини трябва да са разположени близо една до друга и така, че осите им да съвпадат.

6. Направете следните експерименти:

а) задайте плъзгача на реостата в позиция, съответстваща на минималното съпротивление на реостата. Затворете веригата с ключа, като наблюдавате стрелката на милиамперметъра;

б) отворете веригата с ключа. Какво се промени?

в) поставете плъзгача на реостата в средно положение. Повторете експеримента;

г) поставете плъзгача на реостата в положение, съответстващо на максималното съпротивление на реостата. Затворете и отворете веригата с ключа.

7. Анализирайте наблюденията си и направете изводи.

Лабораторна работа №10

УСТРОЙСТВО И РАБОТА НА ТРАНСФОРМАТОРА

Студентът трябва:

да може да:определя коефициента на трансформация; използвайте необходимата справочна литература;

зная:устройство и принцип на действие на трансформатора.

Наличност на професия

Оборудване и инструменти:източник на регулируемо променливо напрежение, сгъваем лабораторен трансформатор, волтметри за променлив ток (или авометър), ключ, свързващи проводници;

Материали за раздаване:данни насокиза извършване на лабораторна работа.

План на урока

Тема на урока: Лабораторна работа: „Изследване на явлението електромагнитна индукция“

Вид на урока - смесен.

Вид дейност комбинирани.

Учебни цели на урока: изучаване на явлението електромагнитна индукция

Цели на урока:

Образователни:изучаване на явлението електромагнитна индукция

Развитие. Развийте способността за наблюдение, формирайте представа за процеса на научно познание.

Образователни. Развивайте се познавателен интерескъм темата, развийте способността да слушате и да бъдете чути.

Планирано образователни резултати: допринасят за затвърждаване на практическата насоченост в обучението по физика, развиват уменията за прилагане на придобитите знания в различни ситуации.

Лични: с насърчаване на емоционалното възприемане на физически обекти, способността за слушане, ясно и точно изразяване на мислите, развиване на инициативност и активност при решаване на физически проблеми и развиване на способността за работа в групи.

Метасубект: стрразвиват способността за разбиране и използване на визуални средства (чертежи, модели, диаграми). Развиване на разбиране за същността на алгоритмичните инструкции и способността да се действа в съответствие с предложения алгоритъм.

Тема: около овладяване на физически език, способност за разпознаване на паралелни и последователни връзки, способност за навигация електрическа схема, събирайте диаграми. Способност за обобщаване и правене на изводи.

Прогрес на урока:

1. Организиране на началото на урока (маркиране на отсъстващите, проверка на готовността на учениците за урока, отговаряне на въпроси на учениците за домашна работа) - 2-5 мин.

Учителят информира учениците за темата на урока, формулира целите на урока и запознава учениците с плана на урока. Учениците записват в тетрадките си темата на урока. Учителят създава условия за мотивиране на учебната дейност.

Усвояване на нов материал:

Теория. Феноменът на електромагнитната индукциясе състои в възникването на електрически ток в проводяща верига, която или е в покой в ​​променливо магнитно поле, или се движи в постоянно магнитно поле по такъв начин, че броят на линиите на магнитна индукция, проникващи във веригата, се променя.

Магнитното поле във всяка точка в пространството се характеризира с вектора на магнитната индукция B. Нека затворен проводник (верига) бъде поставен в еднородно магнитно поле (виж фиг. 1.)

Снимка 1.

нормално сключва ъгъл с равнината на проводникас посоката на вектора на магнитната индукция.

Магнитен потокФ през повърхност с площ S е количество, равно на произведението на големината на вектора на магнитната индукция B от площта S и косинуса на ъгъламежду векториИ .

Ф=В S cos α (1)

Определя се посоката на индуктивния ток, възникващ в затворен контур при промяна на магнитния поток през негоПравилото на Ленц: Индуктивният ток, възникващ в затворена верига, със своето магнитно поле противодейства на промяната в магнитния поток, която го причинява.

Правилото на Ленц трябва да се прилага по следния начин:

1. Задайте посоката на линиите на магнитна индукция B на външното магнитно поле.

2. Разберете дали потокът на магнитната индукция на това поле се увеличава през повърхността, ограничена от контура (Е 0), или намалява ( F 0).

3. Задайте посоката на линиите на магнитна индукция B" магнитно поле

индуктивен ток Iизползвайки правилото на gimlet.

При промяна на магнитния поток през повърхност, ограничена от контур, в последния се появяват външни сили, чието действие се характеризира с ЕДС, т.нар.Едс на индукция

Съгласно закона за електромагнитната индукция, индуцираната ЕДС в затворен контур е равна по големина на скоростта на промяна на магнитния поток през повърхността, ограничена от контура:

Инструменти и оборудване:галванометър, захранване, бобини със сърцевина, дъгообразен магнит, ключ, свързващи проводници, реостат.

Работен ред:

1. Получаване на индукционен ток. За да направите това ви трябва:

1.1. Използвайки фигура 1.1., сглобете верига, състояща се от 2 намотки, едната от които е свързана към източник на постоянен ток чрез реостат и превключвател, а втората, разположена над първата, е свързана към чувствителен галванометър. (виж Фиг. 1.1.)

Фигура 1.1.

1.2. Затворете и отворете веригата.

1.3. Уверете се, че индукционният ток възниква в една от намотките в момента на затваряне на електрическата верига на намотката, неподвижна спрямо първата, като същевременно наблюдавате посоката на отклонение на стрелката на галванометъра.

1.4. Преместете намотка, свързана към галванометър, спрямо намотка, свързана към източник на постоянен ток.

1.5. Уверете се, че галванометърът открива появата на електрически ток във втората намотка, когато тя се движи, и посоката на стрелката на галвометъра ще се промени.

1.6. Извършете експеримент с намотка, свързана към галванометър (вижте фиг. 1.2.)

Фигура 1.2.

1.7. Уверете се, че индуцираният ток възниква, когато постоянният магнит се движи спрямо намотката.

1.8. Направете заключение за причината за възникване на индуциран ток при проведените опити.

2. Проверка на изпълнението на правилото на Ленц.

2.1. Повторете експеримента от точка 1.6 (фиг. 1.2.)

2.2. За всеки от 4-те случая на този експеримент начертайте диаграми (4 диаграми).

Фигура 2.3.

2.3. Проверете изпълнението на правилото на Ленц във всеки случай и попълнете Таблица 2.1, като използвате тези данни.

Таблица 2.1.

3. Направете заключение за извършената лабораторна работа.

4. Отговори на въпросите за сигурност.

Контролни въпроси:

1. Как трябва да се движи затворена верига в еднородно магнитно поле, постъпателно или ротационно, за да възникне индуктивен ток в нея?

2. Обяснете защо индуктивният ток във веригата има такава посока, че магнитното му поле предотвратява промяната в магнитния поток, която го е причинила?

3. Защо в закона за електромагнитната индукция има знак „-“?

4. Магнетизирана стоманена пръчка пада през магнетизиран пръстен по своята ос, чиято ос е перпендикулярна на равнината на пръстена. Как ще се промени токът на ринга?

Допускане на лабораторни упражнения 11

1.Как се казва мощностна характеристикамагнитно поле? Графичното му значение.

2. Как се определя големината на вектора на магнитната индукция?

3. Определете единицата за измерване на индукцията на магнитното поле.

4.Как се определя посоката на вектора на магнитната индукция?

5. Формулирайте правилото на гимлета.

6. Запишете формулата за изчисляване на магнитния поток. Какво е неговото графично значение?

7. Определете единицата за измерване на магнитния поток.

8. Какво е явлението електромагнитна индукция?

9. Каква е причината за разделянето на зарядите в проводник, движещ се в магнитно поле?

10. Каква е причината за разделянето на зарядите в неподвижен проводник, намиращ се в променливо магнитно поле?

11. Формулирайте закона за електромагнитната индукция. Запишете формулата.

12. Формулирайте правилото на Ленц.

13. Обяснете правилото на Ленц, основано на закона за запазване на енергията.

Цел на работата: Да се ​​изследва явлението електромагнитна индукция.
Оборудване: Милиамперметър, намотка, дъгообразен магнит, източник на енергия, намотка с желязна сърцевина от разглобяем електромагнит, реостат, ключ, свързващи проводници, модел на генератор на електрически ток (по един на клас).
Насоки за работа:
1. Свържете бобината към клемите на милиамперметъра.
2. Наблюдавайки показанията на милиамперметъра, доближете един от полюсите на магнита към намотката, след това спрете магнита за няколко секунди и след това отново го приближете до намотката, като го натиснете в нея (фиг. 196). Запишете дали в намотката е възникнал индуциран ток, докато магнитът се движи спрямо намотката; докато е спряно.

Запишете дали магнитният поток F, преминаващ през намотката, се е променил, докато магнитът се движи; докато е спряно.
4. Въз основа на вашите отговори на предходния въпрос направете и запишете заключение за условието, при което се е появил индуциран ток в намотката.
5. Защо магнитният поток, преминаващ през тази намотка, се промени, когато магнитът се приближи до намотката? (За да отговорите на този въпрос, запомнете, първо, от какви стойности зависи магнитният поток Ф и, второ, е еднакъв
е големината на вектора на индукция B на магнитното поле на постоянен магнит близо до този магнит и далеч от него.)
6. За посоката на тока в бобината може да се съди по посоката, в която стрелката на милиамперметъра се отклонява от нулевото деление.
Проверете дали посоката на индукционния ток в намотката ще бъде еднаква или различна, когато същият магнитен полюс се приближава и отдалечава от нея.

4. Приближете полюса на магнита към намотката с такава скорост, че стрелката на милиамперметъра да се отклони с не повече от половината от граничната стойност на скалата му.
Повторете същия опит, но при по-висока скорост на магнита, отколкото в първия случай.
При по-висока или по-ниска скорост на движение на магнита спрямо намотката, магнитният поток F, преминаващ през тази намотка, променя ли се по-бързо?
Когато магнитният поток през намотката се промени бързо или бавно, по-голям ли беше токът в нея?
Въз основа на вашия отговор на последния въпрос направете и запишете заключение за това как модулът на силата на индукционния ток, възникващ в намотката, зависи от скоростта на промяна на магнитния поток F, преминаващ през тази намотка.
5. Сглобете инсталацията за експеримента съгласно фигура 197.
6. Проверете дали възниква индуциран ток в бобина 1 в следните случаи:
а) при затваряне и отваряне на веригата, в която е свързана намотка 2;
б) при протичане на постоянен ток през намотка 2;
в) чрез увеличаване и намаляване на тока, протичащ през намотка 2, чрез преместване на плъзгача на реостата към съответната страна.
10. В кой от случаите, изброени в параграф 9, се променя магнитният поток, преминаващ през намотка 1? Защо се променя?
11. Наблюдавайте възникването на електрически ток в модела на генератора (фиг. 198). Обяснете защо се появява индуциран ток в рамка, въртяща се в магнитно поле.
Ориз. 196