1-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

3. Электромагнитное поле

УРОК 6/33

Тема. Правило Ленца

Цель урока: научить учащихся определять направление индукционного тока.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Как определять направление индукционного тока?

Из ряда опытов следует, что в разных случаях направление индукционного тока может быть различным: отброс стрелки гальванометра в некоторых опытах происходило в одну сторону, а в других - в противоположную. Найдем общее правило, по которому определяем направление индукционного тока.

Если приближать магнит к ведущего кольца, то оно начнет отталкиваться от магнита. Это отталкивание можно объяснить только тем, что в кольце возникает индукционный ток, обусловленный ростом магнитного потока через кольцо, а кольцо с током взаимодействует с магнитом.

Иначе говоря, если магнитный поток через контур увеличивается, то направление индукционного тока в контуре такой, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля направлен противоположно вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля.

В случае же удаления магнита в проводящем кольце возникает индукционный ток такого направления, что кольцо притягивается к магниту. Или иначе: если магнитный поток через контур уменьшается, то направление индукционного тока таково, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля направлен так же, как вектор магнитной индукции внешнего магнитного поля.

Общим в этих исследованиях является то, что индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда пытается компенсировать ту изменении магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Эта закономерность называется правилом Ленца, потому что она была установлена опытным путем российским физиком Емілієм Християновичем Ленцем через два года после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции.

Часто бывает удобнее воспользоваться другим формулировкой правила Ленца: во всех случаях электромагнитной индукции токи и силы направлены так, чтобы противодействовать причине их возникновения.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл - оно выражает закон сохранения энергии. Для создания индукционного тока необходима энергия, следовательно, следует выполнить дополнительную работу внешних сил. После приближения магнита к контуру или отдаления его от контура всегда возникает сила, препятствующая движению. Чтобы преодолеть это противодействие, выполняется работа.

2. Алгоритм решения задач

Во время решения задач на правило Ленца следует придерживаться такого алгоритма:

1) определить направление вектора магнитной индукции внешнего магнитного поля;

2) из условия задачи выяснить, увеличивается или уменьшается магнитный поток, пронизывающий контур;

3) определить направление вектора ' магнитной индукции магнитного поля индукционного тока: если магнитный поток увеличивается, то ’ ; если уменьшается, то ' ;

4) определить направление индукционного тока, воспользовавшись правилом правой руки.

Как пример рассмотрим решение такой задачи.

Катушки A и C надели на общий сердечник. Определите направление индукционного тока в катушке A во время перемещения ползунка реостата влево.

Решение

1) Покажем направление электрического тока в катушке C и, воспользовавшись правилом правой руки, определим направление магнитной индукции внешнего магнитного поля (магнитного поля тока в катушке C).

2) После перемещения ползунка реостата влево сопротивление реостата уменьшается, следовательно, согласно закону Ома, сила тока в цепи катушки C увеличивается, поэтому увеличивается и магнитная индукция B внешнего магнитного поля, созданного этим током. Поскольку B, те и увеличивается магнитный поток, пронизывающий катушку

3) Поскольку Ф, то вектор ' магнитной индукции магнитного поля тока в катушке A направленный противоположно вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля:

4) Зная направление вектора и воспользовавшись правилом правой руки, определим направление индукционного тока в катушке A.

Ответ: индукционный ток в катушке A направленный по передней стенке вверх.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Полосовой магнит падает сквозь проволочную катушку. Сравните время падения в случаях, когда катушка замкнута и разомкнута.

2. В две одинаковые катушки вводят с одинаковой скоростью одинаковые магниты. Которые выполнены работы, если одна катушка замкнута на гальванометр, а другая разомкнута?

2). Учимся решать задачи

1. Для каждого случая (см. рисунок) определите направление индукционного тока, возникающего в замкнутом проводящем кольце.

2. Определите направление индукционного тока в контуре А, помещенном в магнитное поле контура (см. рисунок), в случае:

а) замыкание ключа;

б) размыкание ключа;

в) перемещение ползунка реостата вправо;

г) перемещения ползунка реостата влево.

3. Направление индукционного тока в катушке A показано на рисунке а. Определите, когда возник индукционный ток во время замыкания или размыкания ключа.

4. Алюминиевое кольцо, свободно надетое на стальной сердечник, в случае замыкания ключа подскакивает вверх (см. рисунок б). Объясните причину этого явления. Будет подскакивать кольцо в случае размыкания ключа?

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда пытается компенсировать ту изменение магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Домашнее задание

1. Подр-1: § 21 (п. 4, 5); подр-2: § 12 (п. 1, 2).

2. Сб.:

Рів1 № 8.3; 8.6; 8.12; 8.13.

Рів2 № 8.28; 8.29; 8.30; 8.31.