Цель: расширить представление учащихся о явлении ЭМИ; разъяснить сущность явления самоиндукции; ознакомить учащихся с одной из характеристик проводника – индуктивностью; показать практическое значение приобретенных знаний.
Демонстрации:
Самоиндукция при замыкании и размыкании цепи.
Ход урока
Организационный момент
Проверка домашнего задания.
Актуализация опорных знаний.
В чем заключается явление ЭМИ?
Как определяется направление индукционного тока?
Как формулируется закон ЭМИ?
Почему в электрической цепи с катушкой с большим количеством витков сила тока увеличивается постепенно? (Начать с: почему лампа 2 зажглась позже?)
^ Изучение нового материала
электрический ток в контуре, меняющийся со временем, определённым образом воздействует
сам на себя. (слайд 2 ).
Слайд 3. Каждый проводник, по которому протекает электрический ток, находится в собственном магнитном поле. Как направлен ток в данном случае? (щелчок мыши)
Определите направление магнитного поля данного тока. (щелчок мыши)
Предположим, что сила тока в контуре возрастает. Пусть ток течёт против часовой
стрелки; тогда магнитное поле этого тока направлено вверх и увеличивается (щелчок мыши)
Таким образом, наш контур оказывается в изменяющемся (переменном) магнитном поле своего собственного тока. Магнитное поле в данном случае возрастает (вместе с током) и потому порождает
вихревое электрическое поле , линии которого направлены по часовой стрелке в соответствии с
правилом Ленца.
Вихревое электрическое поле направлено против тока, препятствуя его возрастанию; оно как бы «тормозит» ток.(Щелчок мыши)
Поэтому при замыкании любой цепи ток устанавливается не мгновенно
Слайд 4. Предположим теперь, что сила тока в контуре уменьшается. Магнитное поле тока также убывает и порождает вихревое электрическое поле, направленное против часовой стрелки.
Теперь вихревое электрическое поле направлено в ту же сторону, что и ток; оно поддерживает ток, препятствуя его убыванию.
Слайд 5. Так почему в электрической цепи с катушкой с большим количеством витков сила тока увеличивается постепенно? (Щелчок мыши)
^ При замыкании любой цепи ток устанавливается не мгновенно - требуется некоторое время, чтобы преодолеть тормозящее действие возникающего вихревого электрического поля.
Что происходит при размыкании цепи? (Щелчок мыши)
Слайд 6. Другой вариант. Демонстрация.
При замыкании цепи работает электрический звонок и горит неоновая лампа, а лампа накаливания не горит. Если исключить из цепи звонок, то загорается лампа накаливания, а неоновая лампа гаснет. Почему?
Когда работает звонок, происходит замыкание и размыкание цепи. Вследствие возникновения при замыкании ЭДС самоиндукции, направленной против ЭДС генератора тока, и быстрого затем размыкания цепи волосок лампы накаливания не успевает разогреться. Возникающая при частом размыкании значительная по величине ЭДС самоиндукции поддерживает горение неоновой лампы. Если из цепи исключить звонок, то в цепи будет течь постоянный ток, – загорается лампа накаливания.
^ Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в этом же самом проводнике, в котором изменяется ток.
Явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике.
^
Слайд 7. Индуктивность - физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1с.
Слайд 8. Проявление самоиндукции: При выключении тока между подвижными контактами проскакивает искра
Учет явления самоиндукции:
Применение явления самоиндукции
Работа ламп дневного света (щелчок мыши по кнопке справа - Слайд 12 )
Электрические колебания в колебательном контуре
Закрепление нового материала.
Подведение итогов урока. Задание домой
Дополнительные задания
«Физика - 11 класс»
Самоиндукция.
Если по катушке идет переменный ток, то:
магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется во времени,
а в катушке возникает ЭДС индукции .
Это явление называют самоиндукцией
.
По правилу Ленца при увеличении тока напряженность вихревого электрического поля направлена против тока, т.е. вихревое поле препятствует нарастанию тока.
При уменьшения тока напряженность вихревого электрического поля и ток направлены одинаково, т.е.вихревое поле поддерживает ток.
Явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике.
В механике:
Инерция приводит к тому, что под действием силы тело приобретает определенную скорость постепенно.
Тело нельзя мгновенно затормозить, как бы велика ни была тормозящая сила.
В электродинамике:
При замыкании цепи за счет самоиндукции сила тока нарастает постепенно.
При размыкании цепи самоиндукция поддерживает ток некоторое время, несмотря на сопротивление цепи.
Явление самоиндукции выполняет очень важную роль в электротехнике и радиотехнике.
Энергия магнитного поля тока
По закону сохранения энергии энергия магнитного поля
, созданного током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока (например, гальванический элемент) на создание тока.
При размыкании цепи эта энергия переходит в другие виды энергии.
При замыкании
цепи ток нарастает.
В проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против электрического поля, созданного источником тока.
Чтобы сила тока стала равной I, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля.
Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока.
При размыкании
цепи ток исчезает.
Вихревое поле совершает положительную работу.
Запасенная током энергия выделяется.
Это обнаруживается, например, по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью.
Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле
Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока.
Плотность энергии магнитного поля (т. е. энергия единицы объема) пропорциональна квадрату магнитной индукции: w м ~ В 2 ,
аналогично тому как плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности электрического поля w э ~ Е 2 .
Тема урока : САМОИНДУКЦИЯ .
Цели урока :
Обучающая : ознакомить уч-ся с явлением самоиндукции, сформировать знания по данному явлению.
Развивающая: активизировать мышление школьников, развивать мотивацию изучения физики.
Воспитательная : воспитывать интерес к предмету.
Ход урока:
Тип урока : комбинированный.
I Организационная часть.
II Этап постановки целей и задач урока: на данном уроке мы узнаем, как и кем было открыто явление самоиндукции, рассмотрим опыт, с помощью которого продемонстрируем это явление, определим, что самоиндукция - это частный случай электромагнитной индукции. В конце урока введем физическую величину, показывающую зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и форм проводника и от среды, в которой находится проводник, т.е. индуктивность.
III Этап актуализации опорных знаний:
Вопросы классу:
1. Как формулируется закон эл.магнитной индукции.?
2. Записать закон эл. магнитной индукции?
3.Что означает знак "- "?
4. Почему закон эл.магнитной индукции формулируется для ЭДС,а не для тока7
5. Какое поле называют " вихревым"?
6.Что такое токи Фуко?
IV
Этап изучения нового материала:
Самоиндукция
а. Биографические сведения об ученом открывшем явление
Основы электродинамики были заложены Ампером в 1820 году. Работы Ампера вдохновили многих инженеров на конструирование различных технических устройств, таких как электродвигатель (конструктор Б.С. Якоби), телеграф (С. Морзе), электромагнит, конструированием которого занимался известный американский ученый Генри.
Джозеф Генри (рис. 1) прославился благодаря созданию серии уникальных мощнейших электромагнитов с подъемной силой от 30 до 1500 кг при собственной массе магнита 10 кг. Создавая различные электромагниты, в 1832 году ученый открыл новое явление в электромагнетизме – явление самоиндукции. Именно этому явлению посвящен данный урок.
Рис. 1. Джозеф Генри
Джозеф Генри -1832г.
б. Демонстрация схемы цепи:
Генри изобретал плоские катушки из полосовой меди, с помощью которых добивался силовых эффектов, выраженных более ярко, чем при использовании проволочных соленоидов. Ученый заметил, что при нахождении в цепи мощной катушки ток в этой цепи достигает своего максимального значения гораздо медленнее, чем без катушки.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки Д. Генри
Рис. 3. Различный накал лампочек в момент включения цепи
При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, вторая - с заметным опозданием.
ЭДС индукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего значения.
При размыкании ключа ток в цепи уменьшается ЭДС индукции в цепи мало, а индукционный ток направлен в ту же сторону, что и собственный ток витка. Это приводит к замедлению убывания собственного тока -вторая лампа гаснет не сразу.
Вывод: при изменении тока в проводнике возникает электромагнитная индукция в том же проводнике, что порождает индукционный ток, направленный таким образом, чтобы препятствовать любому изменению собственного тока в проводнике. В этом заключается явление самоиндукции. Самоиндукция- это частный случай электромагнитной индукции. Формулы для нахождения потока магнитной индукции и ЭДС самоиндукции.
Основные выводы: Самоиндукция- это явление возникновения электромагнитной индукции в проводнике при изменении силы тока, протекающего сквозь этот проводник.
Электродвижущая сила индукции прямо пропорциональна скорости изменения тока, протекающего сквозь проводник, взятого со знаком минус. Коэффициент пропорциональности называют индуктивностью , которая зависит от геометрических параметров проводника:
Проводник имеет индуктивность, равную 1 Гн, если при скорости изменения тока в проводнике, равной 1 А в секунду, в этом проводнике возникает электродвижущая сила самоиндукции, равной 1В.
С явлением самоиндукции человек сталкивается ежедневно. Каждый раз, включая или выключая свет, мы тем самым замыкаем или размыкаем цепь, при этом возбуждая индукционные токи. Иногда эти токи могут достигать таких больших величин, что внутри выключателя проскакивает искра, которую мы можем увидеть.
Просмотр фрагмента диска " Самоиндукция в быту и технике "
V Этап закрепления нового материала.
Вопросы классу:
1. Что называют самоиндукцией?
2. Как направлены по отношению к току линии напряженности вихревого электрического поля в проводнике при увеличении и уменьшении силы тока?
3. Что называют индуктивностью?
4. Что принимают за единицей индуктивности?
5. Чему равна ЭДС самоиндукции?
Решение задач: Марон, стр. 23 В1. Рымкевич № 931, 932, 934, 935, 926.
VI Домашнее задание : п. 15, упр. Марон, стр.102 (1-й В 1-6)
План–конспект урока по физике «Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока» (8 класс)
Тема урока: Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля.
Цель : Формирование понятия явления самоиндукции, его проявлении в цепях электрического тока. Применение самоиндукции в электротехнических устройствах.
Задачи:
Образовательные: Повторить знание учащихся о явление электромагнитной индукции, углубить их; на этой основе изучить явление самоиндукции.
Воспитательные: Воспитать интерес к предмету, трудолюбие и умение внимательно оценивать ответы товарищей. Показать значение причинно- следственных связей в познаваемости явлений.
Развивающие: Развитие физического мышления учащихся, расширение понятийного аппарата учащихся, формирование умений анализировать информацию, делать выводы из наблюдений и опытов.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Оборудование: Катушка индуктивности с сердечником – демонстрационная, источник питания, ключ, две лампочки на 3,5 В, реостат на 100 Ом, неоновая лампочка на 200В.
Опыты: 1) опыт по наблюдению явления самоиндукции при замыкании цепи; 2) опыт по наблюдению явления самоиндукции при размыкании цепи;
План урока:
Организационный момент.
Актуализация опорных знаний.
Мотивация.
Изучение нового материала.
Закрепление.
Домашнее задание.
Ход урока
Организационный момент. (1 мин)
Актуализация опорных знаний.
Что называют явлением электромагнитной индукции?
Какая гипотеза Фарадея привела к открытию электромагнитной индукции?
Как Фарадей открыл явление электромагнитной индукции?
При каких условиях возникает индукционный ток в катушке?
Отчего зависит направление индукционного тока?
Чем объясняется отталкивание алюминиевого кольца при введение в него магнита и притяжение к магниту при его удалении из кольца?
Почему разрезанное алюминиевое кольцо не взаимодействует с движущимся магнитом?
Сформулируйте правило Ленца.
Как с помощью правила Ленца определить направление индукционного тока в проводнике?
3 . Мотивация.
Основы электродинамики были заложены Ампером в 1820 году. Работы Ампера вдохновили многих инженеров на конструирование различных технических устройств, таких как электродвигатель (конструктор Б.С. Якоби), телеграф (С. Морзе), электромагнит, конструированием которого занимался известный американский ученый Генри. Создавая различные электромагниты, в 1832 году ученый открыл новое явление в электромагнетизме – явление самоиндукции. Об этом мы будем говорить на этом уроке.
4.Изучение нового материала .
Рассмотрим частный случай электромагнитной индукции: возникновение индукционного тока в катушке при изменении силы тока в ней.
Для этого проведём опыт, изображённый на рисунке. Замкнём цепь ключом Кл. Лампа Л1 загорится сразу, а Л2 - с опозданием приблизительно в 1 с. Причина запаздывания заключается в следующем. Согласно явлению электромагнитной индукции, в реостате и в катушке возникают индукционные токи. Они препятствуют увеличению силы тока I 1 и I 2 (это следует из правила Ленца и правила правой руки). Но в катушке К индукционный ток будет значительно больше, чем в реостате Р, так как катушка имеет гораздо большее число витков и сердечник, т. е. обладает большей индуктивностью, чем реостат.
В проделанном опыте мы наблюдаем явление самоиндукции.
Явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в катушке при изменении силы тока в ней. При этом возникающий индукционный ток называется током самоиндукции. Это явление было открыто Джозефом Генри, практически одновременно с открытием явлением электромагнитной индукции Фарадеем.
Самоиндукция при размыкании электрической цепи и энергия магнитного поля. Появление мощного индукционного тока при размыкании цепи свидетельствует о том, что магнитное поле тока в катушке обладает энергией. Именно за счёт уменьшения энергии магнитного поля совершается работа по созданию индукционного тока. В этот момент вспыхивает лампа Лн которая, при нормальных условиях, загорается при напряжении 200В. А накопилась эта энергия раньше, при замыкании цепи, когда за счёт энергии источника тока совершалась работа по преодолению тока самоиндукции, препятствующего увеличению тока в цепи, и его магнитного поля.
Индуктивность
- это величина, равная ЭДС самоиндукции при изменении силы тока в проводнике на 1 А за 1 с. Единица индуктивности - генри (Гн). 1 Гн = 1 В с/А. 1 генри - это индуктивность такого проводника, в котором возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт при скорости изменения силы тока 1 А/с. L называют индуктивностью. Демонстрация различных катушек индуктивности применяемых в радиотехнике и электротехнике. Используем раздаточный материал для просмотра учащимися. (катушки индуктивности)
Люминесцентная лампа – это газоразрядные источники света. Их световой поток формируется за счет свечения люминофоров, на которые воздействует ультрафиолетовое излучение разряда. Его видимое свечение обычно не превышает 1-2%. Люминесцентные лампы (ЛЛ) получили широкое применение в освещении помещений разного типа. Их световая отдача в разы больше, чем у привычных ламп накаливания. В качестве выключателя используют устройство – стартёр. Стартер представляет собой небольшую газоразрядную лампу тлеющего разряда. Стеклянная колба наполняется инертным газом (неон или смесь гелий-водород) и помещается в металлический или пластмассовый корпус. При включении схемы на напряжение сети оно полностью окажется приложенным к стартеру. Электроды стартера разомкнуты, и в нем возникает тлеющий разряд. В цепи будет проходить небольшой ток (20-50 мА). Этот ток нагревает биметаллические электроды, и они, изгибаясь, замкнут цепь, и тлеющий разряд в стартере прекратится. После зажигания лампы в цепи установится ток, равный номинальному рабочему току лампы. Этот ток обусловит такое падение напряжения на дросселе, что напряжение на лампе станет примерно равным половине номинального напряжения сети. Так как стартер включен параллельно лампе, то напряжение на нем будет равно напряжению на лампе и в связи с тем, что оно недостаточно для зажигания тлеющего разряда в стартере, его электроды останутся разомкнутыми при горении лампы.
5. Закрепление.
1. Какое явление изучалось на проделанном опыте.
2. В чём заключается явление самоиндукции?
3. Может ли возникнуть ток самоиндукции в прямом проводнике с током? Если нет, то объясните почему; если да, то при каком условии.
4. За счёт уменьшения какой энергии совершалась работа по созданию индукционного тока при размыкании цепи?
5. Какие факты доказывают, что магнитное поле обладает энергией?
6. Что такое индуктивность?
7. Назовите единицу индуктивности в СИ и как она называется?
8. Что такое дроссель и для чего он нужен при работе люминесцентной лампы?
Задача1. Какова индуктивность катушки, если при постепенном изменении в ней силы тока от 5 до 10А за 0,1 с возникает ЭДС самоиндукции, равная 20В?
