Первый урок в теме "Электромагнетизм". На изучение данного явления отводится 5 часов.
Цель: изучить понятие электромагнитной индукции.
Учащиеся должны знать:
- понятие электромагнитной индукции;
- понятие индукционный ток;
- правило Ленца;
Учащиеся должны уметь:
- применять правило Ленца для определения направления индукционного тока;
- объяснять явления на основе электромагнитной индукции.
Оборудование и материалы для урока: портрет Фарадея, Ленца, приборы для демонстрации электромагнитной индукции (два гальванометра, источники тока: ВС-24, РНШ; разборный трансформатор и принадлежности к нему, полосовые магниты - 2 шт., ключ, реостат на 15 Ом, замкнутое алюминиевое кольцо)
Этапы урока:
1. Организационный этап
Урок начинается с проверки изученного материала
Проверочный тест:
1. Как взаимодействуют два параллельных проводника, если электрический ток в них протекает в одном направлении:
А) сила взаимодействия равна нулю;
Б) проводники притягиваются;
В) проводники отталкиваются;
Г) проводники поворачиваются в одном направлении.
2. В каком случае вокруг движущегося электрона возникает магнитное поле?
1) электрон движется равномерно и прямолинейно;
2) электрон движется равномерно;
3) электрон движется равноускоренно.
А) 1,2 и 3;
Б) 1 и 3;
В) 1 и 2;
Г) такого случая нет.
3. Какая физическая величина имеет единицу 1 Тесла?
А) магнитный поток;
Б) магнитная индукция;
В) индуктивность.
4. Поток магнитной индукции через поверхность площадью S определяется по формуле:
А) BS;
Б) BStga;
В) 
;
Г) BScosa.
5. Замкнутый контур площадью S повернули на 60 ? в однородном магнитном поле индукцией В. При этом магнитный поток, пронизывающий этот контур:
А) увеличился в 2 раза;
Б) уменьшился в 2 раза;
В) не изменился.
6. В замкнутом контуре площадью S, находящемся в однородном магнитном поле увеличили силу тока в 3 раза. Магнитный поток, пронизывающий этот контур, при этом:
А) уменьшился в 3 раза;
Б) увеличился в 3 раза;
В) не изменился.
7. В однородном магнитном поле индукцией 1 Тл перпендикулярно ему расположены два замкнутых контура площадью 10 и 20 см2 соответственно. Магнитный поток, пронизывающий первый контур, по сравнению с магнитным потоком, пронизывающим второй контур:
А) в 2 раза больше;
Б) в два раза меньше;
В) одинаков по значению.
Ответьте на вопросы:
- что называется магнитным потоком?
- каковы способы изменения магнитного потока?
- что такое электрический ток?
- каковы условия его существования?
2. Мотивационный этап
Опыт: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром. (рис.1)
Проблема: Откуда появился ток в замкнутом контуре?
(предположения учащихся)
При затруднении учащимся можно дать несколько подсказывающих вопросов:
- что из себя представляет контур? (ответ: контур замкнутый)
- что существует вокруг полосового магнита? (ответ: вокруг магнита существует магнитное поле)?
- что появляется, когда в контур вносят (выносят) магнит? (ответ: замкнутый контур пронизывает магнитный поток)
- что происходит с магнитным потоком при внесении (вынесении) магнита в замкнутый контур? (ответ: магнитный поток изменяется)
Рис.1
Причина возникновения электрического тока в замкнутом контуре - изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур.
3) Этап получения новых знаний (построен на основе решения экспериментальных задач)
Учитель: Это явление впервые было обнаружено Майклом Фарадеем в 1820 году. Оно было названо явлением электромагнитной индукцией.
Опр.: Электромагнитная индукция - физическое явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.
Учитель: Давайте послушаем сообщение о М. Фарадее и его открытии данного явления. (сообщение учащихся)[4]
Опр.: Ток, возникающий в замкнутом контуре, называется индукционным .
Учитель: Рассмотрим все случаи возникновения индукционного тока в замкнутом контуре. Для этого показываю серию опытов, учащиеся должны попытаться объяснить и указать причину возникновения индукционного тока.
Опыт 1: внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром.
Рис. 2
Причина возникновения тока: изменение магнитной индукции.
Опыт 2: поворот рамки одного гальванометра, соединенного с другим гальванометром.
Причина возникновения тока: поворот рамки в магнитном поле.
Опыт 3: замыкание (размыкание) ключа; перемещение движка реостата. (рис.3)
Причина возникновения тока: изменение магнитной индукции.
Рис. 3
Отчего зависит величина и направление индукционного тока?
Опыт: внесение (вынесение) магнита в замкнутый контур сначала с одним магнитом, затем с двумя магнитами. (рис. 4)
Рис. 4
Вывод: величина тока зависит от величины магнитной индукции.
Опыт: внесение (вынесение) магнита сначала северным полюсом, затем южным полюсом. (рис. 5)
Рис. 5
Вывод: направление тока зависит от направления магнитного поля.
Опыт: вносим магнит сначала медленно, затем быстро.
Вывод: величина тока зависит от скорости внесения магнита.
Учитель: Для определения направления индукционного тока в замкнутом контуре используется правило Ленца: Индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
Применим данное правило для следующих случаев: (рис. 6)
Рис. 6
(два случая учитель разбирает сам, два остальных случая учащиеся выполняют самостоятельно в тетрадях, двух учеников можно вызвать к доске).
Демонстрация правила Ленца
4) Этап закрепления полученных знаний:
Решение качественных задач: [2]
Сквозь отверстие катушки падает магнит. С одинаковыми ли ускорениями он движется при замкнутой и разомкнутой обмотках катушки?
В вертикальной плоскости подвешено на двух нитях медное кольцо. В него один раз вдвигается стальной стержень, другой раз - магнит. Влияет ли движение стержня и магнита на положение кольца?
Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле вокруг оси, параллельной линиям напряженности поля. Будет ли в ней возникать индукционный ток?
Как надо перемещать в магнитном поле Земли замкнутый проволочный прямоугольник, чтобы в нем наводился ток?
Кольцо из проволоки, приведенное в быстрое вращение между полюсами электромагнита, заметно нагревается. Объясните это явление. Будет ли нагреваться при тех же условиях кольцо, имеющее разрез.
Экспериментальная задача: рис.7 - в стальной сердечник трансформатора, подключенного к напряжению 220В (РНШ) вносят замкнутый контур с лампочкой. Почему загорается лампочка при этом?
Рис. 7
Экспериментальная задача: рис.8- Замкнутое алюминиевое кольцо насаживают на стальной сердечник трансформатора, подключенного к РНШ. При увеличении напряжения до 220 В кольцо постепенно поднимается. Замкнутое кольцо заменяют кольцом с зазором, и наблюдают, что кольцо не поднимается. Почему?
Рис. 8
5) Заключительный этап: объявление оценок за урок, домашнее задание.
Примечание: на последующих уроках изучается закон Фарадея-Максвелла, причины возникновения электромагнитной индукции, явление самоиндукции и применение электромагнитной индукции, учащиеся выполняют лабораторную работу "Изучение явления электромагнитной индукции".
По окончании изучения данной темы учащиеся выполняют проверочную работу.
Литература.
- Учебник "Физика 11" Касьянов В.А.
- Сборник качественных задач по физике Тульчинский М.Е.
- Сборник заданий и самостоятельных работ. Физика 11. Кирик Л.А., Дик Ю.И.
- Энциклопедия "Сто великих ученых"