Цель: через понятия и формулы магнитного потока и ЭДС индукции подвести учащихся к пониманию правила определения направления индукционного тока.
Оборудование:
- доска интерактивная SMART
- программное обеспечение L-микро, раздел «Электродинамика»,
- блок согласования с компьютером,
- приставка «Осциллограф»,
- катушка индуктивности и штатив,
- полосовые магниты,
ХОД УРОКА
У: Вспомним, что такое магнитный поток.
Д:
1) формула; Ф = В S Cosα;
2) число линий поля через площадку
У: Чтобы стало всем понятно, нарисуйте, как вы поняли, что такое магнитный поток.
Д: Используя инструменты интерактивной доски, изображаем линии поля, проходящие через площадь контура (рис.1, рис 2).
Рис. 1
Рис. 2
У: Кто может увеличть магнитный поток? Покажите как. (Д: увеличивают число линий магнитной индукции, увеличивают площадь кольца) (рис 3, рис 4)
Рис. 3
Рис. 4
У: Значит, чтобы уменьшить магнитный
поток нужно…
Д: Уменьшить число линий, уменьшить
площадь кольца. То есть, для «управления»
магнитным потоком можно изменять по величине
магнитное поле и площадь контура.
У: Нарисуйте магнитный поток
Д: Его вообще не будет!
– Нет будет! Линии поля рисуюся непрерывно, и
охватывают весь магнит. Мы же для удобства рисуем
только их часть.
– На лабораторной работе опилки собирались и
у северного полюса и у южного. Так что магнитный
поток здесь тоже будет.
У: Тогда как переворот магнита повлиял
на магнитный поток?
Д: Наверное ни как. Если магнит и
площадь взять как и на предыдущем рисунке то
по величине ни чег не изменится. Ф = ВS
У: Как же показать, что магнит
развернулся?
Д: Поставить знак «–»
У: Расположите кольцо и магнит так, что
бы поток через кольцо был равен 0.
Д: рис 5
Рис. 5
У: В формуле магнитного потока стоит соsα. Из справочника по математике
Рис. 6
Где этот угол на рисунке, между какими двумя
направлениями? Поток может быть равен 0, если угол
будет 90o, это же перпендикуляр. А у нас
кольцо и магнит параллельны (рис. 6).
Д: У линий поля есть направление, а у
площади нет.
У: Вспомните, как задается этот угол по
тексту в пособии.
Д: Там нарисован перпендикуляр к
рамке
Значит угол между вектором магнитного поля и
нормалью. (рис. 7)
Рис. 7
У: Проверьте себя – нарисуйте максимальный поток, выносим все возможные варианты на доску. (рис 8)
Рис. 8
Д: Второй и третий не подходят. Там поток получается отрицательный.
Д: Ну и, что? Число линий то одинаково,
значит и поток одинаковый. В опытах с магнитами,
опилкам было все равно к какому полюсу
приставать – к северному или южному.
У: Тогда, вообще, зачем нам знать знак
потока, угол. Поток все равно понятно, где
максимальный?
Д: ?
У: Демонстрация опыта Фарадея с
катушкой и магнитом.
Д: В опытах Фарадея! Мы же видели, что
направление тока меняется, в зависимости от того,
как вносим или выносим магнит.
У: Запишите закон Фарадея
математическим выражением.
Д: E = – 
,
У: Давайте попытаемся разобраться со
знаками в этом законе. Если мы хотим получить
«положительное» направление тока, то …
Д: Поток должен убывать. Тогда ∆Ф < 0 и в
итоге получиться плюс.
Д: Он может и нарастать, но со знаком
минус
У: Нарисуйте, как должен двигаться
магнит.
Рис. 9
Д: Магнит вставляем в катушку, число
линий увеличивается, значит поток нарастает
только с противоположным знаком. Можно проверить
на числах (рис. 9).
Д: Магнит вынимаем из катушки так, чтобы
поток был положительный, а изменение потока
будет отрицательно.
У: В эксперименте направление тока в
обоих случаях совпадает. Значит, наш анализ
формул верен.
У: Воспользуемся современным
оборудованием, которое позволяет посмотреть как
меняется направление тока не только по
направлению, но и по величине со временем.
Даётся информация о возможностях измерительного
комплекса «L-микро», краткое объяснение
назначения приборов и устройств.
Выполнение демонстраций
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.
Сквозь катушку кидаем не маркированный
магнит. На экране вычерчивается график
зависимости величины ЭДС от времени. Но
аналогично будет вести себя и график зависимости
тока от времени.
Учащиеся видят, что магнит, пролетая сквозь
катушку, вызывает в ней появление индукционного
тока. (рис. 10)
Рис. 10
У: Зарисуйте схематично график в тетрадь.
Домашнее задание: записать, что происходило с магнитным потоком на трех этапах: магнит подлетает к катушке, движется внутри, вылетает из неё. Зарисовать свой вариант опыта, с указанием полюсов движущегося магнита.