Задачи урока: восстановить в памяти учащихся сведения об электромагнитной индукции, известные из курса физики 9 класса; дать точное количественное объяснение явления «электромагнитная индукция»; изучить величину – поток магнитной индукции (магнитный поток), правило Ленца; показать учащимся научную и практическую важность этого великого открытия; познакомить их с развитием физических идей, сыгравших такую большую роль в естествознании; развивать внимание, умения и навыки решать задачи по теме урока;  воспитать трудолюбие, патриотизм.

Тип урока: урок изучения новых знаний.

Оборудование: источник тока, гальванометр, прямой проводник, катушки, постоянный магнит, ключ, соединительные провода, магнитная стрелка, буравчик,  презентация.

Ход урока

Организационная часть урока.

Здравствуйте, ребята!

Здравствуйте, коллеги!

Вас приветствует учитель физики 11-А класса Виноградовской школы, Анна Георгиевна – участница конкурса «Учитель года».

Улыбнитесь друг другу, улыбнемся друг другу.

Актуализация опорных знаний. (Интеллектуальная разминка.

Цель: настроить ученика на работу.)

 Физика – наука экспериментальная. Перейдем к эксперименту.

 - Что произойдет с магнитной стрелкой, если цепь замкнуть?

(Демонстрация опыта Эрстеда)

- Объясните это явление?

(Магнитная стрелка изменит свою ориентацию вблизи проводника с током, этот эксперимент  Г.Х.Эрстеда, который был проведен в 1820г. Причина изменения ориентации стрелки – это электрический ток, т.е. направленное движение заряженных частиц в проводнике или  магнитное поле проводника с током.)

Мотивация обучения.

         1820 год. Эрстед обнаружил поворот магнитной стрелки под действием тока. Араго открыл «намагничивание» током. Ампер обнаружил  «взаимодействие» токов. Взаимосвязь электричества и магнетизма была очевидной, и идея получения электричества за счет магнетизма «носилась» в воздухе.

         Эту задачу пытался решить ряд ученых Ампер, Колладон, Гельмгольц, Фарадей.

         Из курса истории, вы знаете, что в середине XIX века Англия превратилась в «мастерскую мира». Работает его «величество пар», развивается и совершенствуется металлургия, различные виды транспорта.

         В 1800 году в Англии был открыт Королевский институт для распространения и применения научных знаний в повседневной жизни. С 1813 года в скромной должности ассистента работает там Фарадей. После открытия Эрстеда в 1821 году Фарадей ставит перед собой задачу «Превратить магнетизм в электричество». Долгих  трудных десять лет решал он эту проблему. Представьте себе, что ему приходилось самому изготавливать даже изолированную проволоку. Таковы были тяжелейшие условия работы. Я считаю, что это под силу трудолюбивому патриоту своей страны. 29 августа 1831 года Майкл Фарадей «превратил магнетизм в электричество». Открыл явление электромагнитной индукции.

         Запишем число. Тему урока.

         (Прежде чем приступить к изучению нового материала, применяю прием «Ассоциативный куст»)

- Назовите ассоциации, которые вызывает у вас явление электромагнитной индукции.

Магнитный поток и правило Ленца, это тоже ассоциации.

Задачи урока: изучить физическую величину магнитный поток, количественно охарактеризовать явление электромагнитной индукции с помощью магнитного потока и изучить правило Ленца.

Изучение нового материала.

Чтобы дать количественное объяснение этого явления введем величину поток магнитной индукции (или магнитный поток).    

         Представим себе проводник в виде замкнутого кольца, которое находится в магнитном поле.

         Приведем кольцо в движение так, чтобы оно двигалось в плоскости перпендикулярной к линиям магнитного поля. При этом количество линий индукции магнитного поля, которое проходит через него будет уменьшаться и в кольце возникнет индукционный ток.

         Если кольцо проводника поместить в магнитное поле, индукция которого изменяется, то количество линий магнитной индукции, которое проходит через контур, также будет изменяться и в проводнике снова возникнет индукционный ток.

         Оба описанных случая, можно объяснить проще, если для каждого из них учитывать произведение площади кольца на значение магнитной индукции магнитного поля. Именно это произведение изменялось в обоих случаях. Фактически это произведение характеризовало поток линий магнитной индукции, который пронизывают контур определенной площади или просто магнитный поток. 

         Найдем в учебнике на странице 120 определение потока магнитной индукции.

         Поток магнитной индукции Ф  - это физическая величина, характеризующая магнитное поле, которое пронизывает определенную поверхность площадью S. Если индукция В во все х точках поверхности одинаковая, то , где α – угол между вектором магнитной индукции и нормалью n к поверхности.

Демонстрация модели: поверхность контура, нормаль, вектор В.

Единица магнитного потока – вебер,

 однородным магнитным полем с  индукцией 1Тл через поверхность площадью 1 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

(Работа над закреплением определения, формулы, единиц измерения магнитного потока в форме беседы).

Задача: Магнитный поток через контур площадью поперечного сечения 60  равен 0,3 мВб. Определите индукцию поля. Поле считать однородным. Плоскость контура расположено под углом 30 к вектору индукции.

(Решаем у доски).

(Демонстрация опытов Фарадея)

Гальванометр показывает появление тока во время перемещения (приближения или отдаления) постоянного магнита относительно неподвижного замкнутого проводника (катушки) и наоборот. Сближая или отдаляя катушку и магнит, мы получаем ток противоположных направлений.

 Происхождение магнитного поля и форма проводника не имеют значения.

Можно обойтись и без перемещения, достаточно замыкать или размыкать цепь обмотки одной неподвижной катушки (электромагнита). Тогда в другой, размещенной поблизости, возникает ток.

То же самое произойдет, если силу тока в катушке изменять с помощью реостата.

Рисунки перечисленных опытов на странице 120, рисунке 133 вашего учебника.

         Итак, долгих десять лет титанического труда, непревзойденного экспериментатора Майкла Фарадея привели к выводу: Электрический ток в замкнутом проводнике возникает только тогда, когда магнитное поле, пронизывающее проводник, меняется. Такой ток называется ИНДУКЦИОННЫМ.   Об этом вы узнали в 9 классе. А так же вы узнали, о причине возникновения индукционного тока – переменное магнитное поле всегда сопровождается возникновением в окружающем пространстве электрического поля. И явление порождения в пространстве электрического поля переменным магнитным полем, вы называли явлением электромагнитной индукции.

         Общим во всех рассмотренных опытах является то, что каждый раз изменяется магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур. Причина появления индукционного тока – это изменяющийся магнитный поток, пронизывающий проводник или контур. Поэтому, в случае, поступательного движения замкнутого проводника в однородном поле вдоль силовых линий, индукционный ток не возникает. А так же, он не возникнет, если отсутствует движение катушки и магнита относительно друг друга, т.е. они покоятся.

- На странице 120 учебника, найдите определение явления электромагнитной индукции: Явление возникновения в замкнутом проводнике электрического тока в результате изменения магнитного потока, пронизывающего контур проводника называется явлением электромагнитной индукции. Ток, возникающий в проводнике при электромагнитной индукции, называется индукционным.

         На последующих уроках вы изучите причины возникновения индукционного тока, законы, описывающие явление.  А сейчас, мы вернемся к опытам и изучим правило, с помощью которого можно определить направление индукционного тока в проводнике.

         Сам, Майкл Фарадей, анализируя проведенные опыты, установил, что направление индукционного тока в проводнике зависит от того увеличивается или уменьшается магнитный поток через замкнутый контур. А так же он установил несколько правил для определения направления индукционного тока в различных частных случаях, но общее правило ему не удалось найти.

         Его сформулировал в 1833 году русский физик Э.Х. Ленц. На странице 121 учебника прочитаем это правило: Индукционный ток в замкнутом проводнике всегда имеет такое направление, что создаваемый этим током собственный магнитный поток противодействует тем изменениям внешнего магнитного потока, которые возбуждают индукционный ток.

Чтобы лучше понять сущность этого правила, рассмотрим опыт.

 На легком горизонтальном стержне, который имеет вертикальную ось вращения, находятся два легких металлических кольца, одно из которых сплошное, а второе разрезано. Стержень посажен на тонкое стальное остриё так, чтобы трение было минимальным. Введем в сплошное кольцо постоянный магнит.

 Кольцо, как бы отталкиваясь от магнита, сместится на определенное расстояние и развернет стержень на некоторый угол. Отталкивание кольца связано с индукционным током, которое возникает в сплошном кольце. А магнитное поле индукционного тока направлено против внешнего поля постоянного магнита. Т.е. с той стороны кольца, которая обращена к магниту, появляется одноименный полюс. Одноименные полюса, как мы знаем, отталкиваются.

- А как вы думаете, в каком случае кольцо будет притягиваться к магниту? (если магнит будем отдалять от кольца)

         Направление индукционного тока в этом случае можно определить  с помощью правила букв, которое вы изучали раньше. (стр. учебника 121, рис.135)

         Правило букв: в виток следует вписать одну из букв N или  S, которыми обозначают северный и южный полюса магнитной стрелки так, чтобы стрелки на их концах совпадали с направлением тока в витке. По вписанной букве узнаем какой полюс.

         В нашем случае, правило применяем таким образом: зная полюс находим направление индукционного тока.

         Пользуясь правилом буравчика, тоже можно определить направление индукционного тока. Поступательное перемещение буравчика должно совпадать с направлением линий магнитной индукции поля индукционного тока, а направление ручки совпадает с направление индукционного тока.

        ΔФ  (со стороны магнита у кольца появляется полюс N)

        ΔФ  (со стороны магнита у кольца появляется полюс N)

Правило буравчика: Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока, то вращение его ручки показывает направление вектора магнитной индукции.

                  В отдельном случае возникновения индукционного тока в прямом проводнике, являющемся участком замкнутой цепи и движущемся во внешнем магнитном поле перпендикулярно к линиям индукции, т.е. пересекая их, направление индукционного тока можно определить по правилу правой руки. (страница учебника 121, рисунок 136)

         Правило правой руки: правую руку надо расположить в магнитном поле так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а отставленный под прямым углом большой палец совпадал с направлением перемещения проводника, тогда четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в этом проводнике.

Правило для нахождения индукционного тока в контуре:

Установить направление линий индукции внешнего магнитного поля В.
Выяснить увеличивается или уменьшается поток внешнего поля (магнитный поток) через поверхность. Так как, то при увеличении магнитного потока ΔФ, а при уменьшении магнитного потока ΔФ.
Установить направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока  (если ΔФ; если            ΔФ ).
Определить направление индукционного тока пользуясь правилом буравчика.

         Правило Ленца – следствие закона сохранения энергии.

 (Объяснение по рисунку на доске)

Закрепление изученного материала.

В каком случае в катушке, присоединенной к гальванометру, возникает электрический ток?

Укажите три способа, применяя которые можно получить электрический ток в катушке 2. 

Сравнить время падения колец, изображенных на рисунке

Определить направление индукционного тока в проводниках.

Элемент игры «Что? Где? Когда?»

(Демонстрация опыта: движение полосового магнита в катушку, присоединенную к гальванометру.)

     Ребята, представьте себе, что вы на игре «Что? Где? Когда?». Вы знатоки, я зритель. Опыт, который я демонстрирую, в один и тот же период проводили Фарадей и Колладон.

 Вопрос:  Чего не увидел Колладон, и что ему помешало это увидеть?  Минута на размышление. (Колладон не увидел отклонения стрелки гальванометра, потому что  катушка и гальванометр находились в соседних комнатах)

Подведение итогов урока. Рефлексия.

     Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы индукционных генераторов тока, индукционных плавильных печей, трансформаторов, индукционных насосов, индукционных индукторов для поверхностной закалки металлических изделий, индукционных дефектоскопов, счетчиков электроэнергии, электродинамических микрофонов. Если массивный проводник находится в изменяющемся магнитном поле, то в нем возникнут индукционные токи, которые его нагревают, и они называются токи Фуко.  (Демонстрация плавильной печи)

     Говоря словами Гельмгольца «Можно с полным правом сказать, что до тех пор, пока люди будут пользоваться благами электричества, они всегда будут вспоминать с благодарностью имя Фарадея».

(Этап завершения урока проговаривается по схеме)

На уроке я

[*]     Узнал …

[*]     Самый большой мой успех…

[*]     Самые большие трудности я почувствовал…

[*]     Я не умел, а теперь умею…

[*]     Я изменил свое отношение к…

[*]     На следующем уроке я хочу…

Домашнее задание. Выбери задание сам.

Прочитать параграф 27, выучить определения магнитного потока, явления электромагнитной индукции, правила Ленца.
Изучить параграф 27 и ответить на вопросы после этого параграфа.
Представить себя учителем и подготовиться к уроку: придумать кроссворд или систему тестов, интересные задания по изученному материалу.