Електромагнітна індукція. Досліди М. Фарадея. Напрям індукційного
струму.
Мета. Ознайомити учнів з явищем
електромагнітної індукції.
Показати роль експерименту як методу наукового пізнання, що лежить в основі
цього відкриття.
З’ясувати причини виникнення індукційного струму в нерухомих і рухомих
провідниках.
Порівняти вихрове електричне поле з уже відомими полями в електродинаміці.
Показати значення цього явища для фізики і техніки. Сформувати в учнів
знання про індукційне електричне поле.
Розвиваюча мета. Розвивати інтелектуальні і
творчі здібності в процесі самостійного набування нових знань, виконання
експериментальних досліджень. Навчити використанню, вмінню аналізувати і
узагальнювати результати дослідження.
Виховна мета. Виховання переконаності в
можливості пізнання законів природи, в необхідності висловити власну позицію, з
повагою відноситься до думки опонента, співпрацювати в процесі сумісного
виконання задач, поваги до творців науки і техніки.
Тип уроку. Урок вивчення нового матеріалу.
Проводиться як урок – симпозіум з
елементами дослідницької роботи. Вивчення нового матеріалу
організовується шляхом залучення учнів:
ü в пізнавальну діяльність;
ü в інформаційно – комунікаційну діяльність, що проявляється в використанні
мультимедійних ресурсів;
ü в рефлексійну діяльність, тобто оцінювання своєї роботи.
Наочність та обладнання. Мультимедійний комплекс. Презентація з даної
теми. Прилади і матеріали для проведення дослідів з ЕМІ. Відеоролик про цікаві факти з
біографії Майкла Фарадея. Таблички для учасників симпозіуму. Листи оцінювання
знань учнів. Шляхові листи з теми.
«Перетворити
магнетизм в
електрику»
Майкл Фарадей
Хід уроку
I. Організаційний момент.
Підготовка учнів до роботи на уроці. Повна підготовка класу і
обладнання. Швидке включення учнів у діловий ритм.
Шановні учасники, гості. Сьогодні у нас урок симпозіум з елементами
дослідницької роботи, який ми проведемо в науково – дослідницькому інституті. Ви станете співробітниками цього інституту.
Симпозіум – це нарада або конференція з певних наукових питань. На симпозіумі
експерти у цій галузі можуть поділитися своїми поглядами та досвідом. Окрім
усних доповідей буде проходити дослідницька робота, на якій всі учасники
конференції можуть себе проявити і
висунути свої міркування. Організатори симпозіуму запрошують усіх бажаючих
взяти участь у роботі конференції.
Всі результати своєї роботи ви оцінюєте самостійно і запишете в лист оцінювання.
Кожна ваша відповідь на різних
етапах уроку повинна бути занотована в листі оцінювання.
ІІ.
Оголошення теми уроку.
Наше завдання з`ясувати суть
явища електромагнітної індукції, показати значення цього явища в науці і
техніці, розглянути виникнення індукційного електричного поля в системі
відліку, рухомій відносно магнітного поля, або при зміні магнітного поля.
Завдання уроку найкраще сказати словами Майкла Фарадея «Перетворити магнетизм в
електрику».
ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.
Явище, якому присвячений цей розділ,
поширене в природі і застосовується людиною в різних електротехнічних пристроях
і машинах. Завдяки існуванню електромагнітної індукції енергія механічного руху
на електростанціях перетворюється на енергію електричного струму, без якого
важко уявити собі сучасне життя. Докладне вивчення цього явища дало змогу
створити численні засоби зв'язку — телефон, телеграф, радіо, телебачення тощо.
Учення про
електромагнітну індукцію - одне з тих фундаментальних питань фізики, на яких
грунтується дія багатьох важливих сучасних технічних установок. Явище
електромагнітної індукції разом з явищем руху провідника із струмом у
магнітному полі є тією основою, на базі якої створено електричні генератори,
двигуни й трансформатори. Тому якісне засвоєння фізичних основ виникнення електрорушійної сили індукції має
важливе значення для розуміння матеріалу
наступної теми про виробництво, передавання й використання електричної енергії.
Крім
практичного значення для життя людини, електромагнітна індукція дає чудовий
пізнавальний матеріал, що демонструє органічну єдність явищ, які ми називаємо
електричними і магнітними. Навіть поняття електромагнітного поля знайшло місце
в науці як відображення об'єктивної реальності лише після вивчення явища
електромагнітної індукції.
Ми живемо у вік
техніки і електрики. Я думаю ніхто із нас не уявляє своє життя без оточуючої нас техніки:
телевізорів, магнітофонів, холодильників, комп’ютерів, мобільного зв’язку. Ні
один із цих електронних приладів не може працювати без електричної енергії.
Питання до
класу:
Де виробляється електрична енергія?
За допомогою якого пристрою виробляється електрична енергія?
А за рахунок чого виробляється електрична енергія в генераторах?
Створюється проблемна
ситуація.
IV. Перевірка
домашнього завдання, актуалізація і корекція опорних знань
Викладач. Кожний
науковий співробітник повинен мати відповідні знання, щоб мати право приймати участь у симпозіумі та проводити
дослідницьку роботу. Пропоную перевірити свої знання за допомогою тесту.
Ви повинні одержати сертифікат на дозвіл
проведення дослідницької роботи.
Учні виконують
тест, який у них розміщено у шляховому листі.
1.
Якою буквою позначається магнітна індукція?
A. U ; Б. N; B. B; Г. L.
2.
Яка сила діє на електрони рухомого провідника?
А. Ньютона; Б. Ампера; В. Лоренца.
3. Магнітне поле - це поле, яке
існує навколо…
А. Не знаю; Б. …рухомих зарядів та
провідника зі струмом;
В. …нерухомих зарядів.
4. Лінії магнітної індукції відрізняються від ліній напруженості
електростатичного поля тим, що вони ...
А. ... перетинаються одна з одною.
Б. ... замкнуті.
В. ... починаються на південному полюсі магніту.
Г. ... закінчуються на північному полюсі магніту.
5. Куди напрямлена сила
Ампера, що діє на провідник?
А. Вгору; Б. Вправо ; В. Вниз; Г. Вліво.
6. Куди напрямлена сила Лоренца,
що діє на протон з боку магнітного поля?
А. Вгору; Б. Вправо ; В. Вниз; Г. Вліво.
А. Вгору; Б. Вправо ; В. Вниз;
Г. Вліво.
Відповіді до тесту: 1. В 2. В 3.
Б 4. Б
5. Г 6. В
V. Сприймання
й усвідомлення учнями фактичного матеріалу
1.
Історія відкриття явища електромагнітної індукції.
Після відкриття у 1820 р. датським фізиком X. Ерстедом зв'язку
магнітного поля з електричним струмом М. Фарадей записав у своєму науковому
щоденнику програму досліджень коротким реченням: «Перетворити магнетизм на
електрику». Після тривалих
наукових пошуків він у 1831 р. одержав перші
позитивні результати
стосовно поставленого завдання: внаслідок
взаємодії провідників із магнітним полем по них проходив електричний
струм.
Однак, до розуміння електромагнітної
індукції як фізичного явища вчені йшли довгим і тернистим шляхом. Найбільша
заслуга у вивченні цього явища належить відомому англійському фізику Майклу Фарадею — неперевершеному майстрові проведення фізичного експерименту.
Результати його досліджень покладено в основу фундаментальної теорії
електромагнітного поля, яка свого часу стала новим кроком у пізнанні природи,
відкрила нові шляхи вивчення її законів.
Майкл Фарадей, як і багато інших передових природодослідників того часу,
стихійно стояв на позиціях матеріалізму. Він писав: «матерія є скрізь, і немає проміжного
простору, не зайнятого нею.»
У своїх
дослідженнях Фарадей керувався ідеєю про взаємозв’язок і єдність явищ про взаємоперетворюваність «сил природи». У цих
положеннях у наявному вигляді простежується закон збереження і перетворення
енергії. З цих позицій цілком зрозуміле
поставлене Фарадеєм у 1821р і розв’язане через 10 років завдання «
перетворити магнетизм в електрику». Кажуть, що
начебто для нагадування про це завдання Фарадей завжди носив із собою
магніт. Часто розповідаючи про відкриття Фарадеєм електромагнітної індукції, усі говорять приблизно так: Десять років працював
Фарадей над цією проблемою, та ось одного разу
опустившись в котушку магніт, виявив, що гальванометр показує струм. Усе
здається таким простим і легким.
Насправді все було по іншому .У вивченні
магнетизму робилися лише перші кроки.
У
1820 році Ерстед виявив, що під дією струму повернулася магнітна стрілка. Це
явище вразила вчених. Того самого разу Агаро відкрив «намагнічування струмом »,
а Ампер виявив «взаємодію струмів». З’явилася
ідея Ерстеда і його послідовники
в тому числі Ампер і Араго, вивчали взаємодію електрики і магнетизму.
Взаємозв’язок електрики і магнетизму був очевидний. Ідея добування електрики за
рахунок магнетизму «літала» в повітрі. Це завдання намагались вирішити різні вчені, у тому числі Ампер і
Колладон, але безуспішно. Фарадей же шукав і добився того , що магнітна стрілка неперервно оберталась навколо
провідника зі струмом. Це відкриття
являло собою надзвичайно важливий вклад
в науку про електрику і принесло Фарадею
світове визнання.
2. Цікаві факти з біографії Майкла Фарадея.
Перегляд відеоролика про Майкла
Фарадея
3Дослідницька
робота. Демонстрація дослідів з явища електромагнітної індукції
Тепер переходимо до практичної частини симпозіуму. В нашу
фізичну лабораторію поступило завдання. Необхідно провести дослідження. Тема
нашого дослідження – «Методи індукування струму» Проведемо
найважливіші досліди, які можна легко виконати на сучасному лабораторному
обладнанні. Щоб зрозуміти, як
Фарадею вдалося «перетворити магнетизм в електрику» виконаємо досліди Фарадея,
використовуючи прилади для проведення дослідів. Ми маємо дослідити:
ü Коли виникає індукційний струм?
ü Від чого залежить величина струму?
ü Від чого залежить напрям струму?
Обговорення
дослідів і відповіді на запитання поставлені на початку проведення дослідження.
4. Фізична суть явища
електромагнітної індукції.
Індукційне електричне поле.
Явище електромагнітної індукції полягає:
Під час будь – якої зміни
магнітного потоку, що пронизує контур провідника, в останньому виникають
сторонні сили (дія яких характеризується електрорушійною силою індукції):
ü Якщо контур провідника замкнутий, то в ньому виникає струм, який
називається індукційним;
ü Якщо контур розімкнутий, то на його кінцях виникає різниця потенціалів.
5.
Практичне значення явища електромагнітної індукції.
(Прводиться
обговорення питання в класі)
Щоб оцінити практичне значення відкриття Фарадея, оглянемося навколо себе. Ми живемо у вік електричних моторів і генераторів. Електроенергія, що подається в наші будинки по проводам, виробляється
електрогенераторами, дія яких заснована на явищі електромагнітної індукції.
Електрогенератори, що встановлені в автомобілях, влітаках, на морських і
річкових суднах. По принципу електромагнітної індукції працює багато
вимірювальних приладів, не тільки наукових, а й побутових – наприклад лічильник
витрат електроенергії.
А скільки в нашому житті пристроїв, що приводяться в дію
електромоторами! Електродвигуни працюють в дитячих іграшках і в вентиляторах, в
холодильниках і пральних машинах.
Електродвигуном приводиться в дію жорсткий диск нашого домашнього
комп’ютера тощо.
6.
магнітний потік
Щоб дати точне кількісне пояснення розглянутого явища, вводиться величина -
потік магнітної індукції (або, як кажуть, магнітний потік).
7.
Напрям індукційного струму. Правило Ленца
Демонструється прояв сили Лоренца, та
створюється на основі цього проблемна ситуація. Формулюється правило Ленца та
розглядається алгоритм знаходження напряму індукційного струму.
VI. Осмислення зв'язків і залежностей між елементами
вивченого матеріалу
Теоретична частина і дослідження завершено. В будь-якому науковому інституті
після закінчення теоретичної частини та дослідницької роботи проводиться
обговорення результатів. Продовжуємо наш симпозіум.
1.
Хто з учених
провів ефективні досліди з електромагнітної індукції?
2.
Які методи
одержання індукційного струму?
Виконуючи дослідження з явища електромагнітної індукції ми одержали струм:
Рухаючи магніт відносно котушки;
(так, ні)
Рухаючи котушку відносно магніту;(так,
ні)
Замикаючи і розмикаючи коло; (так,
ні)
Обертаючи рамку в середині магніту; (так,
ні)
Переміщуючи бігунок реостату; (так,
ні)
Рух однієї котушки відносно другої. (так,
ні)
3.Сформулювати визначення явища
електромагнітної індукції.
4 Знаходимо напрям індукційного.
5.
VII.
Узагальнення і
систематизація знань.
Як
легко і просто ми провели дослідження. Так
за рахунок чого виробляється електрична енергія в генераторах? (За рахунок
зміни магнітного потоку через котушку генератора).
Пристрій і принцип роботи
генератора більш детально вивчимо на наступних уроках.
Ми з вами справилися з завданнями уроку, але за однією з легенд Майклу Фарадею
це вдалося зробити не просто. Легенда:
Майкл Фарадей розміщував гальванометр і котушку з’єднану з ним в різних
кімнатах, щоб прилади не діяли один на один. Опустивши магніт в котушку він
ішов дивитися покази гальванометра. Стрілка стояла на нулі. Яку помилку робив
Фарадей?
VIII.
Підсумки уроку.
Ми прийшли до
висновку, що магнітне поле створює індукційний струм. Відхилення стрілки
гальванометра вказує на індукційний струм в колі котушки. Як тільки рух
припиняється, струм зникає.
Вітаю вас,
ви перетворили магнетизм в електрику.
Учні здають листи оцінювання.
Коментоване виставлення оцінок. Відмічаються активні учні під час роботи на
уроці, вказуються причини невдач. Підвести підсумок уроку ми можемо словами
Майкла Фарадея «Спостерігати, вивчати і
працювати».
IX. Повідомлення домашнього завдання.
Опрацювати § 27, дайте
відповіді на запитання (ст. 122).
Виконати завдання І(2,4) , ІV у шляховому листі.
Додатки
1. Лист оцінювання
(П.І.)________________________________________________
№
п/п
|
Навчальні елементи
|
Загальна
кількість балів
|
|
1.
|
Перевірка домашнього завдання,
актуалізація і корекція опорних знань
|
||
2.
|
Сприймання й усвідомлення
фактичного матеріалу
|
||
3.
|
Осмислення зв'язків і залежностей
між елементами вивченого матеріалу
|
||
4.
|
Узагальнення і систематизація знань
|
||
5.
|
Активність на уроці.
|
||
Всього балів
|
Немає коментарів:
Дописати коментар