Урок в 11-м классе по теме "Индуктивность в цепи переменного тока"

Разделы: Физика

Дидактическая цель: создание условий для восприятия, осмысления и первичного закрепления новой учебной информации.

Задачи:

  • познавательная – знать понятие индуктивного сопротивления, его влияние на силу тока в цепи, уметь объяснять зависимость индуктивного сопротивления от частоты переменного тока и индуктивности; строить графики зависимости силы тока и напряжения от времени;
  • воспитательная – создание ситуации для самостоятельного решения проблемных ситуаций;
  • развивающая – развитие мышления через решение качественных и экспериментальных задач.

Ход урока

  1. Введение:

"Незнающие пусть научатся, а знающие вспомнят еще раз." Античный афоризм.

Этот афоризм выбран мной не случайно. Дело в том, что сегодня при изучении нового материала нам все время придется вспоминать старый, который мы изучали с начала года. Вы имеете представление о переменном токе, трансформаторе, ферромагнетиках, индуктивности, законе электромагнитной индукции, самоиндукции и так далее. Сегодня все это мы вспомним еще раз.

  1. Новый материал.

На прошлом уроке мы на опыте убедились, что конденсатор влияет на силу переменного тока. Чем больше емкость, тем больше сила тока. Сегодня на опыте мы убедимся, что катушка индуктивности, включенная в сеть переменного тока, тоже влияет на силу тока в ней.

Опыт 1: дроссельная катушка, электрическая лампа 60 Вт, сеть 220 В.

Вывод: В цепи с катушкой индуктивности яркость свечения лампы меньше; ток нарастает медленно

Вопрос 1: Как можно объяснить наблюдаемый эффект?

Объясняется это явлением самоиндукции. По правилу Ленца при замыкании цепи возникает вихревое электрическое поле, препятствующее нарастанию тока, поэтому ток нарастает медленно. А так как ток переменный и частота его 50 Гц, то ток просто не успевает достичь своего максимального значения, поэтому свечение лампы слабее.

Вопрос 2: как еще можно уменьшить яркость свечения лампы?

На опыте №2 мы можем убедиться, что максимальное значение силы тока зависит от индуктивности, т.к. индуктивность зависит от свойств катушки: ее формы и размеров, числа витков и наличия сердечника.

Найдем силу тока в цепи с катушкой, активным сопротивлением которой можно пренебречь. Для этого предварительно найдем связь между напряжением на катушке и ЭДС самоиндукции в ней.

Работа с учебником (В.А. Касьянов “Физика-11”) §41, страница 149.

Задание: самостоятельно разберитесь с выводом формул для еi и U и сделайте вывод о том, существует ли сдвиг фаз между I и U и какой?

Вопрос 1: как вы понимаете слова: колебания напряжения опережают колебания тока на π/2?

Вопрос 2: можно ли включать катушку индуктивности в цепь постоянного тока? Почему?

Вывод: в цепи переменного тока могут быть различные сопротивления, которые по-разному влияют на силу тока в цепи. Учесть это влияние часто бывает трудной инженерной задачей. Те из вас, кто поступит в технические ВУЗы, столкнутся с этим при изучении сопромата.

  1. Детская презентация

Закон Ома для цепи переменного тока. Векторная диаграмма.

  1. Проверка усвоения
  1. Видеоролик: “Открытая физика”

Опыт 1:

  • почему потухла лампа?
  • чем отличается брусок с зеленой меткой, от бруска с красной?

Опыт 2:

  • что мы получили, замкнув сердечник?
  • почему уменьшается яркость лампы в 1 обмотке?
  • почему начинает светиться лампа во вторичной обмотке?
  • потребляется ли энергия от сети, если 1 лампа не светится?
  1. Тест

Задание1: Как изменится амплитуда колебаний силы тока, протекающего через катушку, активное сопротивление которой равно 0, если при неизменной амплитуде напряжения частоту колебаний увеличить в 2 раза?

  • увеличивается в 2 раза;
  • уменьшается в 2 раза;
  • увеличивается в 4 раза;
  • уменьшается в 4 раза
  • не изменяется.

Задание 2: При электрических колебаниях в колебательном контуре сила тока в катушке с индуктивностью 1 Гн изменяется по закону: i = 2 cos100t(А). Чему равна амплитуда колебаний напряжения на катушке?

  • 0,02 В
  • 2 В
  • 200 В
  • 2*104 В

Задание 3: Какой из приведенных графиков выражает зависимость индуктивного сопротивления в цепи переменного тока от частоты?

Задание 4: В момент, когда напряжение на катушке достигает максимума, сила тока…

  • максимальна
  • равна 0
  • равна половине амплитуды
  • остается постоянной

Задание 5: Если в катушку, последовательно соединенную с лампой, медленно вводить железный сердечник, то накал лампы…

  • увеличивается
  • уменьшается
  • не изменяется
  • лампа погаснет
  1. Решение задач

Задача 1: Амплитуда переменного напряжения на концах катушки равна 628 В, амплитуда силы тока 1 А, частота тока 50 Гц. Чему равна индуктивность катушки?

Задача 2: Катушка с индуктивностью 0,08 Гн присоединена к источнику переменного тока частотой 1000 Гц. При этом вольтметр показывает 100 В. Определить амплитуду тока в цепи.

  1. Итог урока: мы убедились в том, что в цепи переменного тока существуют три различных сопротивления: активное, индуктивное и емкостное. Каждое из этих сопротивлений по-своему влияет на силу тока в цепи. Это влияние необходимо учитывать в технике при расчете цепей переменного тока.
  2. Домашнее задание: §41, повторить §39, 40.