Цель урока: средствами измерительного комплекса L-микро показать, как может быть получен индукционный ток и от чего зависит величина и направление ЭДС индукции.
Задачи урока:
- Образовательные:
- диагностика знаний учащихся,
- демонстрация различных способов получения ЭДС индукции
- Развивающие:
- дать учащимся представление о средствах измерения изменяющихся во времени физических величин,
- объяснить, как можно получить ЭДС индукции,
- научить учащихся находить связь между характеристиками полученных осциллограмм и условиями проведения опытов.
- Воспитательные:
- научить чётко и ясно оформлять свои мысли, развивать культуру общения,
- показать, что при формировании научного представления о процессах и явлениях природы важная роль отводится опытам.
Тип урока: комбинированный.
Оборудование:
- компьютер, удовлетворяющий техническим требованиям измерительного комплекса L-микро,
- программное обеспечение L-микро, раздел «Электродинамика»,
- блок согласования с компьютером,
- приставка «Осциллограф»,
- катушка индуктивности и штатив,
- полюсовые магниты,
- плакат с изображением осциллограмм ЭДС индукции.
Длительность урока: 2 урока.
Этапы урока:
1. Организационный
Подготовка класса к уроку, сообщение цели и задач урока.
2. Актуализация и диагностика знаний
Ставится задача через понятия и формулы
магнитного потока и ЭДС индукции подвести
учащихся к анализу способов получения
индукционного тока. Формулы Ф = ВSCos
(1)
и 
инд = – 
(2) записаны на
доске.
Беседа с классом по вопросам:
– От каких величин зависит магнитный поток
пронизывающий плоский замкнутый контур?
– При неизменной магнитной индукции и площади
плоского контура как нужно расположить контур по
отношению к направлению магнитного поля, чтобы
получить а) максимальный и б) нулевой
магнитный поток?
– Изменение во времени каких величин приводит к
возникновению ЭДС индукции?
– Как можно изменить величину магнитного
потока через плоский замкнутый контур, если
магнитное поле создаётся полосовым магнитом?
– Предложите способ изменения площади
замкнутого проводящего контура.
– Что нужно делать с замкнутым проводящим
контуром в поле постоянного полосового магнита,
для того, чтобы, не изменяя площадь контура,
получить индукционный ток?
– Перечислите, какими движениями полосового
магнита при неизменном положении проводящего
замкнутого контура можно получить индукционный
ток.
3. Презентация
Даётся информация о возможностях измерительного комплекса «L – микро», краткое объяснение назначения приборов и устройств. Ставится задача через полученные опытным путём зависимости ЭДС индукции от времени определить, от чего зависит её направление и величина.
4. Выполнение демонстраций
4.1. Приборы и устройства, используемые при демонстрации опытов, показаны на рисунке 1.
Катушку индуктивности закрепляли с помощью штатива. Изменение магнитного потока проводилось с помощью перемещения полосового постоянного магнита относительно катушки индуктивности. Возникающая в катушке индуктивности ЭДС индукции подавалась на вход приставки «Осциллограф», которая через блок согласования передавала изменяющийся во времени электрический сигнал на компьютер и фиксировалась на мониторе. Запуск осциллографа осуществлялся от исследуемого сигнала в режиме развертки «ждущая» при уровне сигнала на порядок меньшим, чем максимальное значение ЭДС индукции. Это позволяло наблюдать ЭДС индукции практически полностью от момента начала изменения магнитного потока.
Рис.1.
а) Приборы и устройства для проведения опытов по электромагнитной индукции
б) Осциллограмма изменения во времени ЭДС индукции при свободном полёте полосового магнита через отверстие катушки индуктивности.
4.2. В соответствии с формулами (1) и (2) выполнялось 3 группы опытов:
– магнит поворачивали на 90о, располагая его над
катушкой индуктивности,
– магнит перемещали горизонтально над катушкой
индуктивности,
– магнит свободно падал, пролетая через
отверстие катушки индуктивности.
4.3. Результаты опытов представлены на рисунке 2.
Использованы приведённые значения ЭДС
индукции и и
= 
. В опытах в) и г)
размеры полосового магнита различались в 5
раз.
Рис.2
Изменение ЭДС индукции во времени для различных способов изменения магнитного потока
4.4 . После выполнения демонстраций на доске закрепляется заранее приготовленный плакат, соответствующий рисунку 2. и учащимся отвечают на следующие вопросы:
- По какой причине возникает ЭДС индукции в каждом из опытов 1), 2) , 3)?
- Как, используя правило Ленца, объяснить
различие в характере зависимости и и(t) для
опытов 1) и 2) и их сходство для опытов 2) и 3)?
- Изменится ли знак ЭДС индукции, если в опыте 1) магнит переводить из вертикального положения в горизонтальное?
- Изменится ли знак ЭДС индукции в каждом из опытов, если поменять местами полюса полосового магнита? Если изменится, то почему?
- Почему в опыте 2) график зависимости и и(t) симметричный
относительно оси времени. А в опыте 3) нет? Что
нужно изменить в опыте 2), чтобы график и и(t) стал
несимметричным?
- Одинаковые или различающиеся площади под
кривыми и и(t)
для положительных и отрицательных значений и и?
- В опытах 3) и 4) в интервале времени от 0.10 с до 0.15 с
наблюдается различие в зависимости и и(t). Чем объяснить это
различие, учитывая то, что в опытах 3) и 4) были
использованы магниты, значительно различающиеся
по размерам?
4.5. По каждому из вопросов учитель ставит учащимся задачу, используя формулы (1) и (2), а также правило Ленца подойти к правильному ответу по схеме:
- Установить, убывает или возрастает магнитный поток через катушку индуктивности,
- Определить, куда направлено магнитное поле, создаваемое полосовым магнитом,
- В соответствии с правилом Ленца и результатами ответов на предыдущие 2 вопроса направить вектор магнитной индукции, создаваемой индукционным током катушки,
- По правилу «буравчика», исходя из направления магнитного поля индукционного тока, найти направление ЭДС индукции.
5. Домашнее задание
1. Изобразить качественно ?и(t) для
катушки, длина обмотки которой значительно
больше размеров магнита, используя данные опытов
3) и 4).
2. Рассмотреть качественно задачу свободного
падения точечного полосового магнита вдоль оси
вертикально расположенной катушки, ответив на
вопросы:
- С одинаковым ли ускорением будет падать магнит при замкнутой и разомкнутой обмотке катушки?
- В случае замкнутой обмотки катушки одинаковы ли ускорения магнита при подлёте к катушке, движении внутри катушки и вылете из неё?
6. Подведение итогов урока
– На уроке была продемонстрирована
возможность визуального наблюдения характера
зависимости ЭДС индукции от времени. Какие
приборы и устройства необходимы для
демонстрации по теме урока, а какие
являются общими, пригодными и для других опытов?
– Перечислите, какими способами может быть
получена ЭДС индукции ?
– За счёт чего изменяется магнитный поток в
генераторах тока?
– Какие опыты и обсуждения вам наиболее
запомнились?
Литература:
- Лаборатория «L-микро». Демонстрационный эксперимент по физике.
- А.В. Агапов и др., Физика вокруг нас. Качественные задачи по физике, Дом педагогики, М., 1998.
- Г.Я. Мякишев, Б.Б .Буховцев Физика-11 кл., Просвещение, 2003.