1-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

3. Электромагнитное поле

УРОК 5/32

Тема. Явление электромагнитной индукции

Цель урока: ознакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Опыты Фарадея

Английский физик Майкл Фарадей, узнав об опытах Эрстеда, занялся поисками связи магнитных явлений с электрическими. Он поставил перед собой задачу: «Если электрический ток создает магнитное поле, то нельзя ли с помощью магнитного поля получить электрический ток?» Поиски Фарадея продолжались с 1821 до 1831 года. Он провел значительную работу и проявил находчивость, настойчивость и упорство, пока, наконец, не получил электрический ток с помощью магнитного поля. Фарадей доказал, что магнитное поле может порождать электрический ток, открыв явление электромагнитной индукции. На этом явлении основана сегодня действие генераторов электрического тока на всех электростанциях Земли.

Можно провести ряд опытов, которые являются современными вариантами опытов Фарадея.

Опыт 1. Замыкаем катушку на гальванометр и вводим в нее постоянный магнит. Во время движения магнита стрелка гальванометра отклоняется, что свидетельствует о наличии электрического тока.

Если оставить магнит неподвижным, а двигать катушку, то электрический ток в катушке возникает только во время ее движения.

Опыт 2. Если взять две катушки и надеть их на общий сердечник, то в случае изменения силы тока в одной катушке в другой катушке можно наблюдать появление тока.

Опыт 3. Если вращать замкнутую катушку вблизи полюса магнита, то в катушке возникает электрический ток.

Опыт 4. Если разместить вблизи полюса магнита замкнутый контур и изменять его площадь, то в контуре возникает электрический ток.

2. Поток магнитной индукции

Проанализировав перечисленные выше опыты, можно заметить, что в замкнутом проводящем контуре ток возникает лишь тогда, когда меняется число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром. Физическую величину, которую наглядно можно рассмотреть как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих эту поверхность, называют потоком магнитной индукции (или магнитным потоком).

Ø Поток магнитной индукции Ф - это физическая величина, характеризующая распределение магнитного поля по поверхности, ограниченной замкнутым контуром, и численно равна произведению магнитной индукции B на площадь S поверхности и на косинус угла а между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности:

Ф = BScos.

Единица потока магнитной индукции в СИ - вебер:

1 Вб = 1 Тл · м2.

Магнитный поток 1 Вб создает однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

3. Явление электромагнитной индукции

Исходя из формулы Ф = BScos, все опыты можно условно разделить на три группы:

а) опыты, в которых изменяется индукция магнитного поля B;

б) опыты, в которых изменяется площадь контура S;

в) опыты, в которых изменяется угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к площадке.

На основании выполненных исследований можно подвести учащихся к выводу: для возбуждения электрического тока в замкнутом контуре необходимо изменять магнитный поток через этот контур.

Явление электромагнитной индукции заключается вот в чем:

Ø индукционный ток в замкнутом контуре возникает при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром.

Существуют две причины возникновения индукционного тока:

1) во время движения контура в магнитном поле;

2) во время нахождения недвижимого контура в переменном магнитном поле.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Что общего во всех опытах, позволяющих выявить индукционный ток?

2. В чем заключаются различия в получении индукционного тока в опытах Фарадея?

3. Как нужно двигать магнит или катушку, чтобы в ней возник индукционный ток?

4. При движении магнита внутри катушки индукционный ток не возникает?

Второй уровень

1. Может возникнуть индукционный ток в неподвижной замкнутой катушке без движения магнита? Подтвердите ваш ответ примером.

2. Замкнутое металлическое кольцо движется в однородном магнитном поле поступательно. Возникает ли индукционный ток в кольце? Почему?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Будет ли возникать индукционный ток в коловому витке, что находится в однородном магнитном поле, если: а) перемещать виток поступательно; б) вращать виток вокруг оси, проходящей через его центр перпендикулярно к плоскости витка; в) вращать виток вокруг оси, лежащей в его плоскости?

2. Как надо ориентировать проволочную рамку в однородном магнитном поле, чтобы магнитный поток через рамку равен нулю? был максимальным?

2). Учимся решать задачи

1. Линии магнитной индукции однородного магнитного поля вертикальные. Магнитный поток через горизонтальный контур площадью 50 см2, если магнитной индукции 60 мТл?

2. Линии магнитной индукции однородного магнитного поля образуют угол 30° с вертикалью. Модуль магнитной индукции равен 0,2 Тл. Какой магнитный поток пронизывает горизонтальное проволочное кольцо радиусом 10 см?

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Поток магнитной индукции Ф - это физическая величина, характеризующая распределение магнитного поля по поверхности, ограниченной замкнутым контуром, и численно равна произведению магнитной индукции B на площадь S поверхности и на косинус угла а между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности.

Ф = BScos.

• Магнитный поток 1 Вб создает однородное магнитное поле с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции:

1 Вб = 1 Тл · 1 м2.

• Явление электромагнитной индукции: при любом изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром, в замкнутом контуре возникает индукционный ток.

Домашнее задание

1. Подр-1: § 21 (п. 1, 2, 3); подр-2: § 12 (п.1, 2).

2. Сб.: № 8.10; 8.11; 8.32; 8.40.