Электромагнитная индукция

М. 3 ЭДС в

движущихся

проводниках

М. 4 Закон

ЭМИ

М. 5 Явление самоиндукции. Индуктивность.

Энергия магнитного поля.

М.6 Использование явления ЭМИ

ЭМИ (повторение темы)

Последовательность изучения модулей определяется:

логикой развития содержания;
тем, как каждый из модулей работает на осознание общих закономерностей;
возможностями для постепенного усложнения формируемых умений самостоятельной работы.

Разрабатывая систему заданий для данных модулей, учитывалась, что продолжительность развития познавательной самостоятельности соответствующего уровня у разных учеников неодинакова. В соответствии с этим, в классе можно выделить детей, которые могут самостоятельно осваивать материал, используя сформированные системные знания в качестве способа деятельности. Такие ученики в состоянии самостоятельно выбрать желаемый уровень усвоения, определить длительность и последовательность работы, выбрать необходимые источники информации и организовывать работу с ними, осуществить самоконтроль своей учебной деятельности.

2.3 Обучающие модули по теме: «Электромагнитная индукция»

Маршрутная карта самостоятельной работы.

Модуль №1 Явление электромагнитной индукции

Цели модуля: 1. Усвоить явление электромагнитной индукции.

2. Научиться решать качественные задачи.

Структура модуля: Индукционный ток. Способы получения индукционного тока. Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток.

Учебные цели: 1.Усвоить явление электромагнитной индукции

и условия его возникновения.

2.Уметь охарактеризовать явление по обобщен-

ному плану.

3.Усвоить понятие магнитный поток.

4.Уметь решать качественные задачи.

Основные понятия и термины: магнитное поле, индукционный

ток, магнитный поток, единицы измерения магнитного потока явление электромагнитной индукции.

Источники информации: учебник п.п.8 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.) или п.п.32- 33 (В.А.Касьянов); С.Д.Тюлякова, Г.М.Янюшкина «Система упражнений при изучении темы «Электромагнитная индукция»

Задания для самостоятельной работы.

1. Прочитайте в учебнике п.8 (Г.Я.Мякишев). По обобщенному плану расскажите о явлении электромагнитной индукции (письменно, с помощью учителя).

План:

1) Название явления;

2) Признаки;

3) Условия возникновения;

4) Определение;

5) Опыты;

6) Применение.

2. Проделать опыты Майкла Фарадея и обсудить результаты (с помощью учителя).

3. Обсудите в парах и ответьте письменно на следующие вопросы: а) Что такое магнитный поток?

б) От чего он зависит?

в) Запишите формулу магнитного потока и

единицы измерения.

4. Будет ли возникать индукционный ток в случае: а) когда замкнутый проводящий контур пересекается магнитным полем (уровень понимания);

В

б) когда в однородное магнитное поле падает кольцо;

в
) когда якорем замыкают полюса дугообразного магнита;

5. Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде прямолинейного провода?

6. При каком направлении движения контура в магнитном поле будет возникать индукционный ток?
+
+ +
+ +
Б + + В +

+ + +В

+ + + +

+ А + + Г +

6. Всегда ли при изменении потока магнитной индукции в проводящем контуре в нем возникает индукционный ток?

7. Экспериментальное задание: Продемонстрируйте явление электромагнитной индукции, имея следующее оборудование: катушку от трансформатора на 220 В, гальванометр, провода, полосовой магнит и ответьте на вопросы :

а) как будет меняться результат опыта, если два полосовых магнита сначала сложить одноименными полюсами, а затем разноименными?

б) как и почему изменяются результаты опыта, если в соленоид вставить (убрать) сердечник?

в) как будет протекать опыт, если полосовой магнит вращать вокруг продольной оси в катушке?

8. Почему телефонный провод не следует располагать вблизи проводов переменного тока и радиолиний?

9. Подземный кабель, питающий током предприятия, жилые дома и др. не разрешается прокладывать вблизи газовых, водопроводных и теплофикационных линий. Почему?

10. При ударе молнии на некотором расстоянии от удара иногда обнаруживают повреждения электроизмерительных приборов. Объясните явление.

11. Как, используя явление электромагнитной индукции, можно обнаружить обрыв провода в обмотке якоря генератора постоянного тока или стартера, который часто возникает на практике?

Задания для самоконтроля

Магнитный поток в 1 Вб может быть выражен в СИ как

1) 1Н м 2) 1 Тлм 3) 1 Тл/с

Катушка замкнута на гальванометр.

А. В катушку вдвигают постоянный магнит.

В. Катушку надевают на постоянный магнит.

Электрический ток возникает

1) только в случае А 2) только в случае Б

3) в обоих случаях 4) ни в одном

Медное кольцо, находящееся в магнитном поле, поворачивается из положения, когда его плоскость параллельна линиям магнитной индукции, в перпендикулярное положение. Модуль магнитного потока при этом

1) увеличивается 2) уменьшается

3) не изменяется 4) равен нулю

4. Будет ли возникать индукционный ток в случаи, когда в однородное магнитное поле падает кольцо?

В
v

1) да 2) нет

5. Два рельса замкнуты на конце третьим проводником (см. рис.). Четвертый проводник параллельный ему и имеющий с рельсами надемный контакт в точках 1 и 2, катится по ним с некоторой скоростью v в магнитном поле, индукция которого B. Как направлен индукционный ток на участке цепи 1 и 2, и в какой из точек 1 и 2 потенциал больше?

А) рис.1

от 1 к 2, 3) от 1 к 2,
о
2
т 2 к 1, 4) от 2 к 1,

(рис.1)
Б) рис.2

1)от 1 к 2, 3) от 1 к 2,

2)от 2 к 1, 4) от 2 к 1,

рис.2

6. Прямоугольный плоский проводящий контур находится в однородном магнитном поле, вектор индукции которого B. Модуль вектора магнитной индукции увеличивается со временем. Как направлен индукционный ток на участках контура 1-2 и 3-4?

от 2 к 1 и от 3 к 4 2 3
от 1 к 2 и от 4 к 3
о
B
т 2 к 1 и от 4 к 3
от 1 к 2 и от 3 к 4

1 4

Маршрутная карта самостоятельной работы.

Модуль №2 Вихревое электрическое поле. Правило Ленца.

Цели модуля: 1.Познакомиться с понятием вихревое электрическое поле.

2. Знать правило Ленца.

3. Уметь решать качественные и количественные задачи

на определение направления индукционного тока в проводнике.

Структура модуля: У.Э.-1 Вихревое электрическое поле.

Основные вопросы: 1. Вихревое электрическое поле.

2. Условия возникновения вихревого э.п.

3. Отличие вихревого э.п. от электростатического и маг-

нитного.

Основные понятия и термины: Индукционный ток, магнитное поле, магнитный поток, вихревое электрическое поле.

Источники информации: Учебники п.п.12 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.) или п.п.32 (Касьянов В.А.) С.Д.Тюлякова, Г.М.Янюшкина “Система упражнений при изучении темы электромагнитная индукция”, Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеев Н.А., Татур А.О. “Сборник тестовых заданий для тематического и итогового контроля” физика 11 (ч.2), Л.А.Кирик “Электродинамика, оптика, квантовая физика” 11класс.

У.Э.-2 Правило Ленца.

Основные вопросы: 1.Направление индукционного тока.

2. Условия возникновения индукционного тока.

3. Правило Ленца.

Основные понятия и термины: Индукционный ток, правило Ленца, замкнутый контур, магнитный поток, вектор магнитной индукции.

Источники информации: Учебник п.п.10 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.) или п.п.32 (Касьянов В.А.) , С.Д.Тюлякова, Г.М.Янюшкина “Система упражнений при изучении темы электромагнитная индукция”, Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеев Н.А., Татур А.О. “Сборник тестовых заданий для тематического и итогового контроля” физика 11 (ч.2), Л.А.Кирик “Электродинамика, оптика, квантовая физика” 11класс.

Задания для самостоятельной работы по У.Э.-1

1. Прочитать п.10 (Г.Я.Мякишев). Составить конспект по параграфу.

2. Какова природа сторонней силы, вызывающей появление индукционного тока в неподвижном проводнике? (Ответить на вопрос на основе конспекта). (Уровень понимания).

3. По какому признаку проводится подразделение электрических и магнитных полей на:

а) однородное и неоднородное?

б) статическое и переменное?

в) потенциальное и вихревое?

(Работа в группах).

4. Сравните электростатическое, магнитное и вихревое электрическое поля. По результатам сравнения заполните таблицу. (уровень понимания и запоминания).

Сведения о поле

Поле

Электростатическое

Магнитное

Вихревое

электрическое

1. Источник поля

2. Индикатор поля

3. Характер поля

4. Силовые линии

5. Пользуясь прибором, который называется трансформатор, объясните, почему когда одну из катушек трансформатора подключаем к источнику тока, то и в другой катушке появляется электрический ток? (уровень понимания).

6. В каких случаях электрическое поле называют вихревым э.п.?

7. Как можно устранить появления токов Фуко?

Задания для самоконтроля по У.Э.-1

1. Вихревое электрическое поле возникает в результате:

а) изменения во времени магнитного поля;

б) изменения электростатического;

в) само по себе;

г) нет правильного ответа.

2. Силовые линии вихревого электрического поля:

а) замкнуты б) незамкнуты.

3. Из перечисленных ниже свойств выделите те, которые относятся только к индукционному электрическому полю:

1-непрерывность в пространстве;

2-линии напряженности обязательно связаны с электрическими зарядами;

3-работа сил поля при перемещении заряда по любому замкнутому пути равна нулю;

4-поле обладает запасом энергии;

5-работа сил поля по перемещению заряда по замкнутому пути может быть не равна нулю.

Задания для самостоятельной работы по У.Э.-2

1. Экспериментальное задание №1 Обнаружение того, что ток имеет направление.

Оборудование: Катушка, полосовой магнит, гальванометр, провода.

Задание а). С помощи предложенных приборов проделайте самостоятельно опыт Майкла Фарадея.

б). Как ведет себя стрелка гальванометра в том случае, когда магнит вносят и выносят из катушки?

в). Как ведет себя стрелка гальванометра при условии, что сначала в катушку вносят магнит одним полюсом, а затем другим?

г). Что можно сказать об индукционном токе, который возникает в катушке во всех случаях? (Выводы все записать). (Уровень понимания).

2. Экспериментальное задание №2. Увидеть условие возникновения индукционного тока.

Оборудование: Два легких алюминиевых кольца, одно из которых имеет разрез, полосовой магнит, подставка.

Задание: а) Возьмите магнит и начинайте приближать и удалять его от разрезанного кольца. Что происходит в это время с магнитным потоком пронизывающий контур? Почему кольцо не взаимодействует с магнитом и можно ли сказать, что в кольце возникает индукционный ток? Проверьте свой ответ с замкнутым кольцом и полученные выводы запишите.

б) Проделайте еще раз опыт с замкнутым кольцом. Что происходит, когда магнит вносят в кольцо и в случаи, когда магнит выносят из кольца? Какой вывод можно сделать, говоря об индукционном токе, возникающем в о в обоих случаях? Выводы запишите. (Уровень понимания).

3. Прочитайте п.3. Сделайте рисунки. Почему в обоих случаях индукционный ток, возникающий в катушке, имеет именно такое направление. (Уровень понимания).

4*Самостоятельно сделайте рисунки для случая, когда магнит вносят и выносят из катушки южным полюсом.

5. Как будет направлен индукционный ток в этом случае?

6. Сделайте краткую запись правила Ленца. (Уровень запоминания).

7. Чем определяется направление индукционного тока?

Экспериментальное задание №3. Экспериментальное доказательство правило Ленца, определяющие направление тока при электромагнитной индукции.

Оборудование: 1) дугообразный магнит, 2) катушка – моток, 3) миллиамперметр, 4) полосовой магнит.

Теоретическое обоснование

Согласно закону электромагнитной индукции (или закону Фарадея-Максвелла), ЭДС электромагнитной индукции Е в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф через поверхность, ограниченную эти контуром.

Е= - Ф. (1)

Для определения знака ЭДС индукции (и соответственно направления индукционного тока) в контуре это направление сравнивается с выбранным направлением обхода контура.

Направление индукционного тока (так же как и величина ЭДС индукции) считается положительным, если оно совпадает с выбранным направлением обхода контура, и считается отрицательным, если оно противоположно выбранному направлению обхода контура. Воспользуемся законом Фарадея – Максвелла для определения направления индукционного тока в круговом проволочном витке площадью S. Предположим, что в начальный момент времени t=0 индукция магнитного поля в области витка равна нулю (рис. 1, а). В следующий момент времени t= виток перемещается в область магнитного поля, индукция которого направлена перпендикулярно плоскости витка к нам (рис. 1, б).

t1=0 t=

а) б)

рис.1
За направление обхода контура выберем направление по часовой стрелке. По правилу буравчика вектор площади контура будет направлен от нас перпендикулярно площади контура.

Магнитный поток Ф, пронизывающий контур в начальном положении витка, равен нулю (В=0):

Ф=0.

Магнитный поток в конечном положении витка

=Всоs 180=-ВS.
Изменение магнитного потока в единицу времени

Ф = = - .

Значит, ЭДС индукции, согласно формуле (1), будет положительной:

Е

Это означает, что индукционный ток в контуре будет направлен по часовой стрелке. Соответственно, согласно правилу буравчика для контурных токов, собственная индукция В на оси такого витка будет направлена против индукции внешнего магнитного поля (рис. 1, б).

Согласно правилу Ленца, индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Индукционный ток наблюдается и при усилении внешнего магнитного поля в плоскости витка без его перемещения. Например, при вдвигании полосового магнита в виток возрастает внешнее магнитное поле и магнитный поток, его пронизывающий (рис.2, а). Это приведет к возникновению индукционного тока I такого направления, что (рис.2, б).

а) б)

рис.2

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3. Дугообразный магнит 1 вдвигают северным полюсом в катушку – моток 2, присоединенную к миллиамперметру 3. направление и величину индукционного тока в катушке определяют по знаку и величине отклонения стрелки миллиамперметра.

Рис.3
Результаты данного эксперимента фиксируйте в таблице 1 в соответствии с рисунком 2. Здесь I - показания миллиамперметра, которые считаются положительными при отклонении стрелки вправо.

Таблица 1

Направление обхода контура

=Ф-Ф

Е

(знак)

(напр.)

+15 мА

Порядок выполнения работы

1. Катушка – моток 2 (см. рис.3) подключите к зажимам миллиамперметра.

2. Северный полюс дугообразного магнита внесите в катушку вдоль ее оси. В последующих опытах полюса магнита перемещайте с одной и той же стороны катушки, положение которой не изменяется.

Проверьте соответствие результатов опыта с таблицей 1.

3. Удалите из катушки северный полюс дугообразного магнита. Результаты опыта представьте в таблице 2.
Таблица 2.

Направление обхода контура

=Ф-Ф

Е

(знак)

(напр.)

4. Внесите в катушку южный полюс дугообразного магнит. Результаты опыта представьте в таблице 3.

Таблица 3.

Направление обхода контура

=Ф-Ф

Е

(знак)

(напр.)

5. Удалите из катушки южный полюс дугообразного магнита. Результаты опыта представьте в таблице 4.

Таблица 4.

Направление обхода контура

=Ф-Ф

Е

(знак)

(напр.)

Вывод:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дополнительное задание. Качественно проверить зависимость ЭДС индукции от модуля вектора магнитной индукции и скорости движения проводника.

1. Внесите в катушку вдоль ее оси два магнита – полосовой и дугообразный 4 (см. рис.3), сложенные вместе одноименными полюсами.

Запишите величину и знак индукционного тока.

2. Повторите предыдущий опыт, вдвигая магниты в катушку с большей скоростью. Запишите величину и знак индукционного тока.

Вывод: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9
. На рисунке изображены различные случаи направления линий магнитной индукции В магнитного поля, пронизывающего замкнутый контур. Установите и изобразите направление линий магнитной индукции возникающего магнитного поля индукционного тока для каждого случая, если изменение магнитного потока () указано.

10. Замкнутый контур вводится в однородное магнитное поле. Изобразите направление линий магнитной индукции, созданной индукционным током для данного случая.

11. Рамка АБСД подключена к источнику тока. Определите и

зарисуйте направление линий магнитной индукции В магнитного поля, создаваемого током.

12. На рисунке изображены линии индукции возрастающего магнитного поля (возрастание или убывание полей выражается густотой линий магнитной индукции). Определите и зарисуйте направление линий напряженности вихревого электрического поля.

13. Изобразите магнитное поле, линии, индукции которого направлены от наблюдателя. Как направлены линии напряженности вихревого электрического поля, если индукция магнитного поля увеличивается (уменьшается)? (уровень понимания).

14.Укажите направление индукционного тока в рамке при введении ее в однородное магнитное поле и выведении из него.

1
5. Определите направление индукционного тока в проводнике CD в случае, когда прямолинейные части контура АВ и CD сближают и удаляют.

16*1) Найдите направление индукционного тока, возникающего в контуре В (рис.а, б), если в цепи контура А ключ замыкают (размыкают).

2) Укажите направление индукционного тока в витке В (рис. б), если при замкнутом ключе К в цепи витка А скользящий контакт реостата R передвигают вправо и когда его передвигают влево.

17* В кольце А поддерживается ток I. Кольцо В вращается внутри кольца А. Будет ли возникать индукционный ток в кольце В? Как будет изменяться направление этого тока?

18. Катушка-моток замкнута на гальванометр. Укажите направление индукционного тока в катушке, когда в нее вводят магнит и когда из нее выводят магнит.

19. Постоянный магнит вдвигается в металлическое кольцо северным (южным) полюсом. Притягивается кольцо к магниту или отталкивается от него? Какое направление имеет индукционный ток в кольце, если смотреть со стороны вдвигаемого магнита? Решите эту задачу для случая, если магнит выдвигать из кольца северным (южным) полюсом.

Результаты оформите в виде таблицы:

	Магнит вдвигается	Магнит выдвигается
Северным полюсом
Южным полюсом

20. На сердечник катушки надето проводящее кольцо. В каком направлении будет действовать сила на это кольцо, если а) замкнуть ключ К; б) разомкнуть ключ К? Изменится ли направление силы, если поменять полярность батареи?

21* Прямой магнит падает сквозь медное кольцо. Будет ли магнит падать с ускорением свободного падения? Если нет, то которое из ускорений будет больше: а или g?

22*Три одинаковых полосовых магнита падают в вертикальном положении одновременно с одной высоты.

Первый падает свободно, второй во время падения проходит сквозь незамкнутый соленоид, третий – сквозь замкнутый соленоид. Сравните время падения магнитов.

22.** В катушку быстро вдвигают ненамагниченный стальной стержень. Начертите примерный график изменения тока в катушке при вдвигании и выдвигании стержня. Объясните изменение силы тока в катушке. (С помощью учителя).

23. Экспериментальное задание №4.

Оборудование: нить, магнитная стрелка, медный или алюминиевый диск, лист бумаги.

Задание: Подвесьте на нити магнитную стрелку. Под стрелкой, близко к ней, расположите медный или алюминиевый диск. Приведите диск в быстрое вращение вокруг вертикальной оси. Чтобы стрелка не увлекалась воздушным потоком, между диском и стрелкой поместите лист бумаги. Что вы наблюдаете? Какова причина данного явления?

Подобный опыт был осуществлен французским академиком Луи Араго в начале XIX века, еще до открытия электромагнитной индукции. Тогда Араго не мог объяснить причину движения магнитной стрелки. Попробуйте объяснить результат опыта Араго. Можно ли использовать это явление для измерения скорости вращения диска (то есть для устройства тахометра)?

2
4. На рисунке изображены различные случаи возникновения явления электромагнитной индукции. Сформулируйте задачу к каждому случаю, запишите ее текст и дайте решение.

Задания для самоконтроля

А

1.На каком из изображений 1-3 указано правильное направление индукционного тока в контуре?

2
. В замкнутом контуре возникает электрический ток при движении магнита относительно контура. Куда должен перемещаться магнит, чтобы в контуре возникал ток в указанном направлении?

а) вверх б) вниз г) не перемещаться вообще д) нет правильного ответа

3. В каком случае легче вращать рамку в магнитном поле?

а) когда она замкнута б) когда она разомкнута г) нет ответа

1. В медном кольце, плоскость которого перпендикулярна линиям магнитной индукции В внешнего магнитного поля, течет индукционный ток, направление которого показано на рисунке. Вектор В направлен перпендикулярно плоскости рисунка от читателя. Модуль В в этом случае

а) увеличивается б) уменьшается в) не изменяется г) нельзя сказать, как изменяется

I

. Постоянный прямой магнит падает сквозь алюминиевое кольцо. Модуль ускорения падения магнита:

а) равен g б) больше g г) меньше g.

Маршрутная карта самостоятельной работы.

Модуль №3 ЭДС индукции в движущихся проводниках

Цель модуля: 1. Усвоить причину возникновения ЭДС индукции в проводнике, движущимся в однородном магнитном поле.

2. Научиться решать качественные и количественные задачи по данной теме.

Учебные цели: 1. Вспомнить, что такое сила Лоренца.

2. Уметь охарактеризовать явление возникновения ЭДС индукции в движущихся проводниках, помещенных в магнитное поле.

3. Уметь решать задачи с применением формулы Е=Вlvsin

Основные понятия и термины: ЭДС индукции, сила Лоренца, индукционный ток, проводник, магнитный поток, индукция магнитного поля.

Источники информации: Учебник п.п.13 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.) или п.п.31 (Касьянов В.А.) , С.Д.Тюлякова, Г.М.Янюшкина “Система упражнений при изучении темы электромагнитная индукция”, Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеев Н.А., Татур А.О. “Сборник тестовых заданий для тематического и итогового контроля” физика 11 (ч.2), Л.А.Кирик “Электродинамика, оптика, квантовая физика” 11класс.

Задания для самостоятельной работы.

1. Прочитать внимательно п.13.

2.Чем обусловлена ЭДС индукции в проводнике, движущимся в магнитном поле?

3. Зарисовать с компьютера рисунок в тетрадь. С помощи учителя проанализируйте ситуацию, изображенную на рисунке. Чему равна сила Лоренца и как она направлена?

4. Если проводник скользит с постоянной скоростью по двум проводникам контура, то как изменится площадь контура? (Уровень понимания).

5. С помощи учебника выведите формулу для ЭДС индукции в движущихся проводниках. (Уровень понимания).

6. От чего зависит ЭДС индукции, возникающая в проводнике, который движется в переменном во времени магнитном поле?

7. На рисунке изображены участки замкнутых проводящих контуров, движущихся в однородном магнитном поле. Определите направление индукционных токов в каждом проводнике. (На карточках изобразите различные случаи).

. . . .3 .

. . . V . 5 .

. . . . .

V . . . . 4 .

. 1 . 2 . . .

8. Определите направление индукционного тока в проводниках, движущихся в направлении, указанном стрелкой.

S

а)

б)
N

9. Проводник аб движется с постоянной скоростью в постоянном магнитном поле. Какое направление имеет индукционный ток? Укажите потенциалы на концах проводника в точках а и б.

В

С
0. Металлический стержень вращается вокруг оси О в магнитном поле. Определите потенциалы точек А, О, С. + + + + + +

О
+ + + + + +

А
+ + + + + +

+ + + + + +
11. В магнитном поле с индукцией 0,25 Тл и перпендикулярно линиям индукции движется со скоростью 5 м/с проводник длиной 2 м. Найдите ЭДС индукции в проводнике.

12. Рассчитайте ЭДС индукции на концах крыльев самолета ИЛ-86 (размах крыльев 48,1 м), летящего со скоростью 850 км/час. Вертикальную составляющую индукцию магнитного поля Земли примите равной 5*10Тл. (С помощи учителя).

1
В
3.Определите ЭДС индукции в контуре АСДЕ, если проводник АС длиной 20 см движется со скоростью 10 см/с в магнитном поле с магнитной индукцией 0,1 Тл. Угол равен 30.

14. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м, под углом 60 к линиям индукции магнитного поля, чтобы в проводнике возбуждать ЭДС индукции 1 В? Индукция магнитного поля равна 0,2 Тл.

15. Как изменится сила тока в прямолинейном проводнике, движущемся в однородном магнитном поле, при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза и уменьшении скорости движения в 2 раза, если:

а) проводник расположен перпендикулярно вектору индукции;

б) плоскость движения проводника расположена под углом 45 к вектору индукции магнитного поля?

16*. Проводник MN с длиной активной части 1 м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл. Проводник подключен к источнику с ЭДС 1 В (внутренним сопротивлением источника и сопротивлением подводящих проводников пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если:

а) проводник покоится;

б) проводник движется вправо со скоростью 4 м/с;

в) проводник движется влево с такой же по модулю скоростью?

В каком направлении и с какой скоростью надо перемещать проводник, чтобы через него не шел ток?

+ + М + +

+ + + В + (Работа в группах. Для каждой

+ + + + группы соответствующее

+ + N + + задание. Далее идет обмен

заданий между группами. В

конце обсуждение решения.)

Указание. В покоящимся проводнике протекает ток I=, причиной которого является ЭДС источника тока. При движении в проводнике индуцируется ток, направление которого определяют по правилу правой руки. Если основной и индуцированный токи совпадают по направлению, то результирующая ЭДС находится как сумма ЭДС источника и ЭДС индукции. В противном случае Е=Е - Е. Величину тока в движущемся проводнике следует рассчитывать, находя отношение результирующей ЭДС к сопротивлению проводника.

17**. На гладких горизонтальных параллельных рельсах, расстояние между которыми L=1,5 м, находится проводящий стержень массой 0,05 кг. Рельсы соединены конденсатором емкостью С=0,4 Ф и находятся в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией В=0,1 Тл. Определите работу, которую необходимо совершить, чтобы разогнать стержень до скорости V= 5.

18. При горизонтальном полете на концах крыльев самолета возникает разность потенциалов. Можно ли, измеряя вольтметром эту разность потенциалов, определить скорость самолета?

19. Будет ли магнитное поле Земли индуцировать токи в металлических деталях искусственного спутника Земли, движущегося в плоскости экватора; движущегося в плоскости, проходящей через полюсы? Как эти токи будут влиять на движение спутника?

2
(Работа в группах. У каждой группы своя задача. Затем обмениваются и объясняет каждая решение своей задачи.)
0. На рисунке приведены случаи электромагнитной индукции. Сформулируйте и решите задачу для каждого случая.

21. Пользуясь учебником, напишите обобщенный план по теме явление возникновения ЭДС индукции в движущихся проводниках, помещенных в магнитное поле.

22. Составьте полный рассказ по этой теме, используя обобщенный план. (Уровень понимания).

Задания для самоконтроля.

1. В каком случае будет возникать ЭДС индукции в проводниках, которые движутся так, как показано на рисунке.

а) в случае 1 б) в случае 2 в) и в случае 1 и в случае 2 г) ни в одном

2. Между полюсами магнита вращается алюминиевый диск. Каково направление индукционного тока?

а) от центра б) к центру

3. Проводник аб движется с постоянной скоростью в постоянном магнитном поле (рис.1). Какой график правильно отражает зависимость ЭДС на концах проводника от времени?

рис.1

Е,В

а) 1 б) 2 в) 3 г) нет правильного ответа

4. Гениальный физик А.Эйнштейн сформулировал основные положения теории относительности исходя из анализа явления электромагнитной индукции в определенной системе отчета (например, в лабораторной).

Как известно, ЭДС индукции возникает…

или (а) когда при неподвижном магнитном поле движущийся проводник пересекает линии магнитной индукции (случай I);

или (b) когда при покоящимся проводнике движется магнитное поле, линии индукции которого пересекают проводник (случай II);

или (a+b) когда перемещаются и проводник, и магнитное поле, но с различной скоростью (относительно одной системы отчета), благодаря чему происходит пересечение линий магнитной индукции проводником (случайIII).

Отсюда видно (и это использовал Эйнштейн для обоснования теории относительности), что ЭДС индукции в данном проводнике при прочих равных условиях зависит только от относительной скорости движения проводника и магнитного поля.

Приведенное выше логическое отношение, когда на лицо или одно, или другое, или оба воздействия сразу, принято называть операцией «или», а так же «логической суммой». Ее условная запись, аb, где знак является символом логической суммы (или то, или другое, или то и другое вместе). Полная запись данной операции на языке логики: (аb)с, где стрелка означает возбуждения следствия с (ЭДС индукции).

Рассмотрите приведенные ниже явления и укажите, в каком из них наблюдается случай а, b, a+b (пронумерованные соответственно I, II, III). В качестве системы отчета выделяется земля.

1. При ударе молнии в радиоприемнике и телефоне слышно щелчок.

2. Когда самолет летит над месторождением железных руд, разность потенциалов, индуцируемая между противоположными концами крыльев самолета, испытывает частые изменения.

3. Во время землетрясений в районе залегания железных руд таки изменения индуцированного напряжения в летящем самолете должно резко возрастать.
Маршрутная карта самостоятельной работы.

Модуль №4 Закон электромагнитной индукции.

Цели модуля: 1.Знать закон электромагнитной индукции

2.Научиться решать качественные и количественные задачи.

Структура модуля: Скорость изменения магнитного потока. Закон электромагнитной индукции.

Учебные цели: Для того, чтобы изучить закон электромагнитной индукции в целом необходимо:

1. Выяснить от чего зависит величина ЭДС индукции.

2. Уметь рассчитывать величину возникающей ЭДС в проводнике вследствие явления электромагнитной индукции.

3. Уметь учитывать в законе электромагнитной индукции направление индукционного тока (знак ЭДС индукции) в соответствии с правилом Ленца.

Основные понятия и термины: ЭДС индукции, магнитный поток, правило Ленца, индукционный ток, скорость изменения магнитного потока, закон ЭМИ.

Источники информации: Учебник п.п.11 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.) или п.п.30 (Касьянов В.А.) , С.Д.Тюлякова, Г.М.Янюшкина “Система упражнений при изучении темы электромагнитная индукция”, Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеев Н.А., Татур А.О. “Сборник тестовых заданий для тематического и итогового контроля” физика 11 (ч.2), Л.А.Кирик “Электродинамика, оптика, квантовая физика” 11класс.

Задания для самостоятельной работы.

1. Вспомните правило Ленца.

2. Придумайте по две задачи на правило Ленца, и решите их. (Работа в парах).

3. Прочитайте п. 11 (Г.Я.Мякишев) и составьте план.

4. Что такое ЭДС индукции и что она характеризует?

5. Какова формулировка и математическое выражение закона электромагнитной индукции? (уровень понимания и запоминания).

6. Запишите математическое выражение закона.

7. Почему закон формулируется не для индукционного тока, а для ЭДС индукции? (уровень понимания).

8. Какой физический смысл знака минус в математической записи закона? (уровень понимания).

9. Сделайте рис.39 учебника Г.Я.Мякишева и подробно разберите его.

10. Магнитный поток внутри контура, площадь поперечного сечения которого 60см, равен 0,3 мВ. Найдите индукцию поля внутри контура. Поле считать однородным.

11. Как и на сколько изменится магнитный поток внутри рамки, если рамка площадью S=100 см повернулась на 90 из положения 1 в положение 2? Индукция магнитного поля 1 мТл.

12. Рассчитайте изменение магнитного потока через рамку, помещенную в однородное магнитное поле индукцией 0,2 Тл перпендикулярно линиям индукции поля, если площадь рамки уменьшилась на 150 см.

13. По какому закону должен изменяться магнитный поток в зависимости от времени, чтобы ЭДС индукции, возникающая в контуре, осталась постоянной?

14. Рассчитайте ЭДС индукции, возникающую в замкнутом контуре, если пронизывающий контур магнитный поток изменился на 4*10 Вб за

0,4 с.

15. За 3 с магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно увеличился с 3 до 9 Вб. Чему при этом равно значение ЭДС индукции в контуре?

С

А

D

B
6*. Ток в проводе АВ нарастает прямо пропорционально времени. Какова зависимость силы тока во втором параллельном проводе CD, индуктивно связанном с первым?
17. Магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется со временем, как показано на графике.

А) График, какой зависимости приведен в данном случае?

Б) На какие участки можно разбить график?

В) Объясните для каждого случая, как изменяется магнитный поток с течением времени?

Г) Как найти модуль ЭДС индукции в каждом конкретном случае?

Д) В какой промежуток времени модуль ЭДС индукции имеет максимальное значение?

Указание к «Д»: На рисунке покажите геометрический смысл .

18. В катушке содержащей 200 витков, магнитный поток уменьшили от 6*10 до 2*10 Вб за 0,1 с. Определите ЭДС индукции в катушке.

19. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В.

20*. Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 50 см, чтобы при изменении от 0,2 до 0,3 Тл в течении 4 мс в ней возбуждалась ЭДС 10 В?

21**. В витке, выполненном из алюминиевого провода длиной 10 см и площадью поперечного сечения 1,4 мм, скорость изменения магнитного потока равна 10. Найдите силу индукционного тока.

22**. В короткозамкнутую катушку первый раз быстро, Второй раз медленно вдвигают магнит. а) Одинаковое ли количество электричества индуцируется в катушке в первый или во второй раз? б) Одинаковую ли работу против электромагнитных сил совершает сила руки, вдвигающей магнит?

23. Замкнутый проводник сопротивлением R=3 Ом находится в магнитном поле. В результате изменения этого поля магнитный поток, пронизывающий контур, возрос с Ф=0.0002 Вб до Ф=0,0005 Вб. Какой заряд прошел через поперечное сечение проводника?

24*. В однородном магнитном поле с индукцией В=5*10 Тл находится квадратная рамка со стороной а=10 см перпендикулярно линиям индукции. Какой заряд протечет по контуру рамки, если ее повернуть так, чтобы она стала параллельно линиям индукции? Сопротивление рамки R=1 Ом.

25. В однородном магнитном поле с индукцией В находится квадратная рамка со стороной а перпендикулярно линиям индукции. Какой протечет по контуру рамки, если ее повернуть так, чтобы плоскость рамки составляла угол с линиями индукции? Сопротивление рамки R. (Работа в группах).

26. В однородном магнитном поле с индукцией 5*10 Тл находится квадратная рамка со стороной 15 см. Плоскость рамки перпендикулярна линиям индукции. Сопротивление рамки 1 Ом. Какой заряд протечет по контуру рамки, если ее деформировать так, чтобы она стала кругом?

27. Внутри кругового витка радиусом 5 см магнитный поток изменился на 18,6 мВб за 5,9 мс. Найдите напряженность вихревого электрического поля в витке.

28. Экспериментальное задание. Предложите способ, который позволит обнаружить, какой из магнитов намагничен сильнее.

Остановимся! Повторим! Обдумаем изученное!

Расскажите о законе электромагнитной индукции по плану:

1. Формулировка и математическое выражение закона.

2. Опыты, подтверждающие справедливость закона.

3. Примеры применения закона на практике.

4. Условия применения закона.

Задания для самоконтроля.

1. В каком случае ЭДС индукции в замкнутом проводнике будет большей?

При изменении пронизывающего его магнитного потока

а) от 10 Вб до 0 в течении 5 сек.

б) от 1 Вб до 0 в течении 0,1 сек.

г) нет правильного ответа.

2. Чему равна ЭДС индукции в замкнутом контуре, если пронизывающий контур магнитный поток изменился на 4*10 Вб за 0,4 с?

а) 1,6 *10Вб

б) 10 Вб

в) 10 Вб

г) нет правильного ответа.

3. Какая формула выражает закон электромагнитной индукции?

а) Е=У(R+r) в) Е=vBlsin

б) Е= - г) Е= - L()

4. Медное кольцо находится во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца перпендикулярна линиям магнитной индукции. Индукция магнитного поля равномерно увеличивается. Индукционный ток в кольце

а) увеличивается б) уменьшается в) равен 0 г) постоянен.

5. За 3 сек. Магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, равномерно увеличивается с 6 Вб до 9 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке?

а) 1 В б) 2 В в) 3 В г) 0 В

6. В замкнутую катушку вдвигают постоянный магнит: один раз быстро, второй раз медленно. Сравните значение заряда, переносимого индукционным током.

а) q=q б) qq в) qq г) q=q=0

7. Проводящий контур движется с постоянной скоростью в постоянном однородном магнитном поле так, что вектор магнитной индукции В перпендикулярен плоскости контура. Вектор скорости контура v перпендикулярен вектору В. В этом случае с течением времени ЭДС индукции в контуре

а) увеличивается б) уменьшается в) постоянна и не равна 0 г) равна 0

B
+ + + + +

+

+

+

+
+ + + + +

V
+ + + + +

+ + + + +

8. Внутри кругового витка радиусом 5 см, магнитный поток изменился на 18,6 мВб за 5,9 мс. Чему равна напряженность вихревого электрического поля в витке?

а) 16 В/м б) 10 В/м г) 31,2 В/м д) нет правильного ответа

9. Тонкое медное кольцо площадью 100 см расположено во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца перпендикулярна линиям магнитной индукции. За 1 сек. Магнитная индукция равномерно увеличилась с 1 мТл до 2 мТл. Модуль ЭДС индукции, возникающей при этом в контуре, равен

а) 10 В б) 10 В в) 10 В г) 0 В

10. Плоская проволочная рамка, состоящая из одного витка, имеющего сопротивление R=10 Ом и площадью S=1 см, пронизывается однородным магнитным полем. Направление линий индукции поля перпендикулярно к плоскости рамки. Индукция магнитного поля меняется с течением времени равномерно на за =1 с. Какое количество теплоты Q выделится за это время?

а) 10 кДж б) 3*10 Дж в) 10 Дж г) нет правильного ответа
Маршрутная карта самостоятельной работы.

Модуль №5 Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

Цели модуля: 1. Усвоить явление самоиндукции.

2. Знать что такое индуктивность.

3. Усвоить, что магнитное поле обладает энергией.

4. Уметь пользоваться обобщенным планом.

5. Уметь решать качественные и количественные задачи по данной теме.

6. Уметь анализировать график зависимости У(t).

Структура модуля. У.Э. 1 Явление самоиндукции.

Основные вопросы: Самоиндукция как частный случай явления электромагнитной индукции.

Основные понятия и термины: Электромагнитная индукция, Явление самоиндукции, магнитны поток, индукционный ток, электрическое поле, ЭДС индукции, закон электромагнитной индукции.
У.Э. 2 Индуктивность.

Основные вопросы: 1. Индуктивность, как физическая величина.

2. Зависимость индуктивности от размеров проводника и его форм.

3. Единицы измерения индуктивности.

Основные понятия и термины: Индуктивность, ЭДС самоиндукции.
У.Э. 3 Энергия магнитного поля.

Основные вопросы: 1. Энергия магнитного поля.

2. Формула для энергии магнитного поля.

Основные понятия и термины: Энергия магнитного поля, энергия электрического поля, индуктивность, сила тока.

Источники информации: Учебник п.п.15,16 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.) или п.п.32 (Касьянов В.А.) , С.Д.Тюлякова, Г.М.Янюшкина “Система упражнений при изучении темы электромагнитная индукция”, Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеев Н.А., Татур А.О. “Сборник тестовых заданий для тематического и итогового контроля” физика 11 (ч.2), Л.А.Кирик “Электродинамика, оптика, квантовая физика” 11класс.

Задания для самостоятельной работы по У.Э. - 1

1. Прочитайте п.15 (пункт 1). (Г.Я.Мякишев).

2. Экспериментальное задание №1: Наблюдение явления самоиндукции. Оборудование: 2 лампочки, резистор, катушка с железным сердечником, источник тока, ключ, провода.

Задание: Выполнять под контролем учителя.

1. Зарисуйте схему.

2. Соберите цепь. (Работа в группах).

3. Замкните ключ.

4. Результаты запишите.

5. Почему одна лампочка загорается позже? (Чтобы ответить на этот вопрос, вы можете воспользоваться учебником).

6. Что произойдет с магнитным потоком вокруг катушки, если силу тока в цепи увеличить?

7. Что произойдет в результате изменения магнитного потока?

8. Какое явление называется явлением самоиндукции? Запишите определение.

9. Начертите схему, которая содержит источник тока, катушку, лампочку, ключ и соединительные провода. Лампочка подсоединена параллельно к катушке.

Соберите цепь по данной схеме.
Замкните цепь.
Разомкните цепь.
Что вы наблюдали в момент размыкания цепи? Как вы это объясните?
Нарисуйте график зависимости У(t) в двух проделанных опытах (с помощью учителя).
Результаты запишите.
Рассмотрите электрическую схему (рис. 1), и ответьте на вопросы:

1. В какой из ламп этой схемы после замыкания ключа К сила тока достигает максимального значения после все остальных?

2. Укажите порядок зажигания электрических ламп в цепи при замыканий кляча К.

3. В каком направлении будет протекать электрический ток через лампу 1 и 3 через малый интервал времени после размыкания ключа К?

Ответьте письменно.

Рис. 1

17. Прочитайте п.15 (пункт 2 и3).

18. Чему равна ЭДС самоиндукции? Как вы это объясните?

19. Объясните, почему у радиоприемников и телевизоров плавятся в основном не во время работы, а в начале или в конце ее?

20. Подумайте и ответьте на следующий вопрос. В какой момент искрит рубильник: при замыкании или размыкании цепи? Почему? Если параллельно включить конденсатор, то искрение прекращается. Почему?

21. При торможении поезда метро электродвигатели отключают от контактного провода и подключают к специальным реостатам. Объясните электрический способ торможения поезда.

22. Экспериментальное задание №2.

Оборудование: катушка школьного трансформатора, сердечник, лампочка, провода, источник тока.

Задание. Последовательно с катушкой школьного трансформатора, надетой на разомкнутый сердечник, включена лампочка от карманного фонаря. В цепь подано такое напряжение, что лампочка горит в полный накал. Как изменится яркость лампочки, если

а) сердечник замкнуть якорем;

б) некоторое время держать ярмо неподвижным;

в) вынуть ярмо?

23. Зависит ли явление самоиндукции в проводнике от свойств проводника? От каких свойств проводника зависит явление самоиндукции?

24. Разыграйте ситуацию по ролям. Разбейтесь на три группы. Каждая группа получает свой текст. После этого, в порядке очереди представитель от каждой группы зачитывает текст в виде диалога трех учеников.

Первый ученик. По-моему, существует три случая индукции токов: а) электромагнитная индукция – при этом изменяется внешний поток магнитной индукции сквозь замкнутый контур (благодаря движению контура или магнитного поля);

б) самоиндукция – изменяется «свой» поток индукции (в связи с изменением тока в контуре);

в) взаимная индукция (о ней нам рассказывали на занятиях радиокружка) – магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, изменяется благодаря изменению тока в соседнем контуре.

Второй ученик. Физической ошибки здесь нет, но допущена грубая логическая ошибка в классификации. По–моему, в общем случае явление электромагнитной индукции состоит в том, что при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром, в этом контуре возникает ЭДС индукции независимо от того, чем обусловлено изменение потока. Явление самоиндукции и взаимной индукции являются частным случаями.

Третий ученик. С этой поправкой я не совсем согласен. Допустив логическую ошибку, наш товарищ совершает и физическую ошибку. Его логическая ошибка заключается в том, что он не отличает более общее (родовое) понятие (электромагнитная индукция) от менее общих (видовых) понятий (самоиндукция и взаимная индукция). При разборе явления самоиндукции мы пользовались формулой закона электромагнитной индукции; физики могут это делать только потому, что самоиндукция является частным случаем электромагнитной индукции.

А вы как думаете?

Задания для самостоятельной работы по У.Э. – 2

1. Прочитайте п.15 (пункт 3).

2. Что такое индуктивность?

3. Экспериментальное задание №1.

Цель: Выяснить от чего зависит индуктивность катушки.

I. Оборудование: 1. Две катушки одинакового размера, но с различным числом витков. (К1 с большим числом витков чем К2). 2. Реостат. 3. Две одинаковых лампочки. 4. Источник переменного тока. 5. Два амперметра.6. Провода.

Задания. 1. Начертите схему.

2. Соберите цепь. Не включать пока не проверит учитель или лаборант!!!

3. Включите цепь.

4. Запишите выводы.

5. Как вы считаете, почему получился именно такой результат?

6. Какая катушка имеет большую индуктивность? Следовательно, от чего зависит индуктивность катушки? Выводы запишите.

II. Оборудование: 1. Катушка с сердечником. 2. Лампочка. 3. Амперметр. 4. Источник тока.

Задания. 1. Начертите схему.

2. Соберите цепь сначала без сердечника. Затем в катушку поместите сердечник. Что вы наблюдаете? Выводы запишите.

3. Замкните сердечник второй его половиной. Выводы запишите.

Это объясняется тем, что при одной и той же скорости изменения тока в катушке с железным сердечником возникает большая ЭДС самоиндукции, чем в катушке без сердечника, т.е. катушка с ферромагнитным сердечником имеет большую индуктивность, чем без сердечника. Следовательно, от чего еще зависит индуктивность катушки?

4. На стр.41 учебника Г.Я.Мякишева самостоятельно изучите единицы измерения индуктивности и запишите.

5. Индуктивность катушки 5 Гн. Как это следует понимать?

6. Индуктивность одной катушки больше, чем другой. Как это следует понимать?

7. Начертите график зависимости Ф(I).

8. Какому графику 1 или 2 соответствует большая индуктивность контура? Зависит ли индуктивность данного контура от магнитного потока или от силы тока в нем? Перечислите параметры, от которых в общем случае зависит индуктивность катушки. (уровень понимания).

9. Если на сердечник намотать 100 витков, то индуктивность катушки будет L. Какова будет индуктивность катушки, если на нее намотать еще 200 витков, но в обратном направлении?

10. Как изготовить катушки с большей индуктивностью? Можно ли намотать катушку так, чтобы ее индуктивность L=0?

11. Начертите схему.

12. Индуктивность L2 больше L1. Сопротивления R1 и R2 одинаковы. В каком направлении будет течь ток на промежутке АВ после размыкания ключа К в течении малого промежутка времени?

13. Чему равна индуктивность контура, если при силе тока 2 А в нем существует магнитный поток 4 Вб?

14. Определите индуктивность катушки, в которой изменение тока от 10 до 4 А за 0,1 с создает ЭДС самоиндукции 5 В.

15. В катушке с индуктивностью 10 Гн возникает ЭДС самоиндукции 20 В. Рассчитайте скорость изменения тока в этой катушке.

16. На рисунке дан график изменения силы тока в катушке индуктивностью 1,2 Гн при размыкании цепи. Определите ЭДС самоиндукции.

I,А

17. Правилами электробезопасности запрещено производить монтажные переключения в электрических цепях, когда они находятся под напряжением свыше 30 В. Почему такое переключение особенно недопустимо, если в цепь включены катушки индуктивности (дроссели, трансформаторы)?

18*. По однослойной катушке с индуктивностью 50 мГн течет ток 5 А. какое количество электричества индуцируется в катушке при выключении тока, если диаметр медной проволоки обмотки 0,6 мс, а ее длина 100 см?

19. Ток в короткозамкнутом сверхпроводящем соленоиде изменяется вследствие несовершенства контакта. Создаваемое этим током магнитное поле уменьшается на 2 % в час. Определите сопротивление контакта R, если индуктивность соленоида L=1 Гн.

Остановимся! Повторим! Обдумаем изученное!

Расскажите об индуктивности как о физической величине по обобщенному плану:

1. Явление или свойство, которое характеризует данная величина.

2. Определение величины.

3. Формула, связывающая данную величину с другими.

4. Единицы измерения величины.

5. Способы измерения величины.

Задания для самостоятельной работы по У.Э. – 3

1. Прочитайте п.16 учебника Г.Я.Мякишева.

2. Напишите краткий конспект по теме «Энергия магнитного поля тока».

3. Почему для создания тока источник должен затратить энергию?

4. Чему равна энергия магнитного поля?

5. Определите энергию магнитного поля катушки индуктивностью 0,4 Гн, если в ней протекает ток 15 А.

6. Обмотка автотрансформатора со стальным сердечником обладает индуктивностью 0,4 Гн. При каком токе энергия магнитного поля автотрансформатора будет равна 50 Дж?

7. как нужно изменить индуктивность контура для того, чтобы при неизменном значении силы тока в нем энергия магнитного поля уменьшилась в 4 раза?

8. Две катушки характеризуются параметрами: L=0,6 Гн, I=15 А и L=10 Гн, I=5 А. Одинакова ли энергия магнитного поля этих катушек?

9. В катушке за 0,01 с при увеличении электрического тока от 1 до 2 А возникает ЭДС самоиндукции величиной 20 В. Определите индуктивность катушки и изменение энергии ее магнитного поля.

10. Сила тока в катушке уменьшилась с 15 до 10 А. При этом энергия магнитного поля катушки уменьшилась на 5 Дж. Рассчитайте индуктивность катушки и энергию ее магнитного поля в обоих случаях.

11. При изменении силы тока в катушке, индуктивность которой L, в п раз энергия магнитного поля изменилась на W. Найдите номинальные значения энергии W и силы тока I.

Ф,Дж

L,Гн

1,72

5,13

21,6

0,81

4,13

16,2

8,71

-2,2

0,5

0,62

0,11

0,036

0,68

12.Конденсатор емкостью С, заряженный до напряжения U, разряжается на катушку с индуктивностью L. Сколько тепла выделится в катушке к тому времени, когда ток в ней достигнет наибольшего значения I?

13. Конденсатор емкостью С, заряженный до разности потенциалов U, через ключ К подключен к двум параллельно соединенным катушкам индуктивностями L и L. (см. рис.). Если замкнуть ключ К , то через некоторое время конденсатор полностью перезарядится (напряжение на конденсаторе поменяет знак). Какие заряды q или q протекут через катушки за это время? Сопротивлением катушек пренебречь.

14. Заряженный конденсатор емкостью С через ключ К подключен к двум параллельно соединенным катушкам с индуктивностями L1 и L2. (см. тот же рис.). В начальный момент времени ключ разомкнут. Если замкнуть ключ К, то через катушки потекут токи. Максимальный ток, протекающий через катушку L1, оказался равным I. Найдите первоначальный заряд на конденсаторе. Сопротивлением катушек пренебречь.

15. В заключении составьте полный рассказ об энергии магнитного поля.

Задания для самоконтроля по У.Э. – 1, У.Э. – 2 и У.Э. - 3

1. Чему равна ЭДС самоиндукции в катушке индуктивностью L=3 Гн при равномерном уменьшении силы тока от 5 А до 1 А за 2 секунды?

1) 6 В 2) 9 В 3) 24 В 4) 36 В

2. Сила тока в катушке индуктивностью 1 Гн увеличилась в 2 раза. Магнитный поток через катушку

1) увеличился в 2 раза 2) увеличился в 4 раза

3) уменьшился в 2 раза 4) уменьшился в 4 раза

3. На рисунке представлен график изменения силы тока в катушке индуктивностью L=6 Гн при размыкании цепи. Оцените среднее значение ЭДС самоиндукции в промежуток времени [1 – 2] с.

1) 36 В 2) 18 В 3) 9 В 4) 3 В

4. Индуктивность L замкнутого проводящего контура определяется формулой (I – ток в контуре, Ф – магнитный поток через поверхность, охватываемую контуром)

1) L=Ф/I 2) L=Ф*I 3) L=I/Ф 4) L=I/Ф

5. На рисунке представлена электрическая схема. В какой лампе после замыкания ключа сила тока позже всего достигнет своего максимального значения?

1) 1 2) 2 3) 3 4) во всех одновременно

6. Чему равна индуктивность проволочной рамки, если при силе тока

I=3 А в рамке возникает магнитный поток Ф=6 Вб?

1) 0,5 Гн 2) 2 Гн 3) 18 Гн

4) среди перечисленных ответов нет правильного

7. Энергия тока в катушке прямо пропорциональна

1) I 2) I 3) I 4) I

8. Зависимость энергии магнитного поля в катушке индуктивностью L от силы тока I в катушке дается графиком

9. Заполните таблицу:

Основные законы и физические величины

Соответствующие физические явления или объекты

Е= - N

Е= - L
Индуктивность L

Энергия
W=

Маршрутная карта самостоятельной работы.

Модуль №6 Использование явления электромагнитной индукции.

Цели модуля: 1. Знать устройство и принцип действия трансформатора.

2. Усвоить понятие коэффициент трансформации. 3. Уметь распознавать явление электромагнитной индукции в современной технике.

Основные вопросы: 1. Трансформатор. 2. Явление электромагнитной индукции в современной технике.

Основные понятия и термины: трансформатор, понижающий и повышающий трансформатор, коэффициент трансформации.

Источники информации: Учебники п.п.38 (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.) или п.п.35 (Касьянов В.А.), Кирик Л.А. Самостоятельные и контрольные работы по физике. // Москва – Харьков 2000 г.

Задания для самостоятельной работы.

1. Прочитайте п.38 учебника Г.Я.Мякишева и напишите краткий конспект.

2. Какое электрическое устройство называется трансформатором?

3. Кто и когда изобрел трансформатор?

4. Расскажите об устройстве трансформатора.

5. Какая обмотка трансформатора является первичной и какая вторичной?

6. Дайте определение коэффициента трансформации. Какой трансформатор называется повышающий и какой понижающий?

7. Решите следующую задачу. Напряжение на зажимах вторичной обмотки понижающего трансформатора 60 В, сила тока во вторичной цепи 40 А. Первичная обмотка включена в цепь с напряжением 240 В. Найдите силу тока в первичной обмотке трансформатора.

8. Трансформатор имеет коэффициент трансформации 20. Напряжение на первичной обмотке 120 В. Определите напряжение на вторичной обмотке и число витков в ней, если первичная обмотка имеет 200 витков.

9. Трансформатор повышает напряжение с 220 В до 1,1 кВ и содержит 700 витков в первичной обмотке. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков во вторичной обмотке?

10. Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации 5 включена в сеть с напряжением 220 в. Определите напряжение на зажимах вторичной обмотки.

11. Понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, включен в сеть напряжением 220 В. Каково напряжение на выходе трансформатора, если сопротивление вторичной обмотки 0,2 Ом, а сопротивление полезной нагрузки 2 Ом?

Задания для самоконтроля.

1. Трансформатор – это устройство, применяемое для повышения и понижения

а) переменного напряжения б) переменного тока

в) переменного напряжения и переменного тока

2. Первичная обмотка трансформатора подключают

а) к нагрузке б) к источнику переменного напряжения

в) нет правильного ответа

3. Коэффициент трансформации равен

а) б) в) г)

4. У повышающего трансформатора

а) ; К<1; б) ; К>1;

в) ; К>1; г) ; К>1;

Электромагнитная индукция (повторение)

Викторина.

Цель: Ученик должен усвоить материал по теме «Электромагнитная индукция» на уровне понимания и применения знаний в знакомой ситуации.

Задачи:

Образовательные: Повторить и обобщить пройденный материал.

Воспитательные: 1) Продолжить формирование умения работать в коллективе. 2) В целях формирования элементов научного познания показать роль экспериментов.

Развивающие: 1) Продолжить формирования умения правильно говорить. 2) Продолжить развитие, у учащихся самостоятельного мышления, умения делать правильные выводы.

План мероприятия:

1. Представление команд.

2. Биография ученых.

3. Конкурс «Знаешь ли ты формулы».

4. Конкурс «Знатоки».

5. Конкурс «Физики – экспериментаторы»

6. Решаем задачи.

7. Подведение итогов. Награждение.

1. Ребятам заранее было предложено разделиться на 3 команды. Каждой команде нужно придумать свое название, девиз и эмблему, связанную с темой «Электромагнитная индукция». Команды представляются друг другу.

2. «Биография».

Команды вытягивают цифры 1, 2, 3 и в порядке очереди делают, ранее подготовленные доклады о таких ученых как Ленц, Фарадей, Максвелл. (Это можно сделать в виде презентации).

3. Конкурс «Знаешь ли ты формулы».

Каждой команде предлагается набор карточек, на которых написаны обозначения физических величин, названия явления и знаки *, =, +, -, /. По команде учителя ребята составляют формулы по теме «Электромагнитная индукция». За каждую правильную формулу команда получает 1 балл.

4. Конкурс «Знатоки».

Командам предлагаются пронумерованные листочки с отрывками текста, которые нужно дополнить. После того, как ребята будут готовы, зачитываются полученные тексты. Это делается в порядке нумерации листочков.

Тексты, которые нужно дополнить.

1. Магнитный поток может меняться в результате изменения…………….

2. Индукционный ток возникает в результате………………………………

3. Возникновение электрического тока при изменении магнитного потока называется явлением………………………………………………………

4.Спомощью правила Ленца определяют……………………………………

5. Вихревое электрическое поле это…………………………………………

6. Магнитный поток в1 Вб может быть выражен в Си как…………………

7. Изменение магнитного потока с течением времени выражает закон…...

8. Сила, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы, называется……………………………………………………………......

9. Трансформатор - это………………………………………………..............

10. Величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотке трансформатора, называется…………………………………………….

11. Явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется…………………………………………..

12. Индуктивность – это………………………………………………………

13. Индуктивность зависит от………………………………………………..

5. Конкурс «Физики – экспериментаторы».

Каждой команде предлагается экспериментальное задание, в результате которого им нужно показать свой опыт другим командам и ответить на предложенные вопросы. Описание установки, показ эксперимента оценивается от 1 – 5 балла.

Экспериментальные задания.

1. Подскакивающее кольцо. В небольшой картонной коробке поместить катушку Томсона так, чтобы был виден только выходящий наружу ее железный сердечник.

Около сердечника на крышке коробки укрепить две изолированные друг от друга медные пластинки. Одну из них соединить проволокой с одной из клемм обмотки катушки. Другую клемму и другую пластинку соединить с источником переменного напряжения на 220 или 127 В. Если на сердечник надеть медное кольцо, то оно будет периодически подскакивать. Объясните опыт.

2. Составить электрическую цепь из последовательно соединенных: источника тока, подковообразного магнита, реостат со скользящим контактом, лампы карманного фонаря и выключателя.

Установить реостатом такую силу тока, чтобы лампа горела в полнакала. Если последовательно замыкать и размыкать железный якорь электромагнита, то накал лампы в первом случае уменьшается, а во втором увеличивается. Объясните явление.

3. На сердечнике школьного трансформатора оставить одну катушку на 220 В и включить ее в цепь батареи аккумуляторов на 6 В. Параллельно катушке включить неоновую лампу на 220 В. При размыкании ключа неоновая лампа на мгновение вспыхивает. Объясните явление.

6. Задачи.

Командам предлагается на карточках решить задачи. За каждую правильно решенную задачу 1 балл.

1. При каком направлении движения контура в магнитном поле (см. рис.) в последнем будет возникать индукционный ток.
. . . . . . .

. .
. Б . . .В . .

. . . . . . .

. . А . . Г . . .
2. В вертикальной плоскости подвешено на двух нитях медное кольцо. В него один раз вдвигают стальной стержень, а другой раз – магнит. Влияет ли движение стержня и магнита на положение кольца?

3. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В.

4. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока от 5 до 10 А за 0,1 с возникает ЭДС самоиндукции, равная 20 В?

5. Индуктивность контура 0,05 Гн. Чему равен магнитный поток, пронизывающий контур, если сила тока в ней 8 А?

6. В катушке индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. какова энергия магнитного поля этой катушки? Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшается вдвое?

7. Определить энергию магнитного поля соленоида, в котором при силе тока 5 А возникает магнитный поток 0,5 Вб?

8. При изменении силы тока в электромагните с 2,9 до 9,2 А энергия магнитного поля изменилась на 12,1 Дж. Найти индуктивность электромагнита.

9. При изменении силы тока в катушке, индуктивность которой 0,11 Гн, в 5,13 раз энергия магнитного поля изменилась на 16,2 Дж. Найти начальные значения энергии и силы тока.

7. Подведение итогов.

Заключение

В процессе работы над проблемой можно сделать вывод, что предложенная система модульного обучения обеспечивает усвоение учащимися учебного материала и развитие познавательной самостоятельности школьников. Так же она гарантирует каждому ученику освоение стандарта образования и продвижения на более высокий уровень обучения.

Можно выделить пять условий, при которых будет обеспечиваться развитие познавательной самостоятельности учащихся в рассматриваемой системе модульного обучения :

1. Основным средством является модуль, построенный по типу функционального узла и характеризуемый единством целей, содержания, методов и форм оценки уровней учебных достижений учащихся.

2. Содержание обучения представлено в относительно самостоятельных блоках и характеризуется структурой, обеспечивающей целостное восприятие изучаемого объекта на уровне ведущих идей определяющих его характерные особенности.

3. Учащиеся включаются в деятельность, направленную на познание сущности объекта изучения. В результате формируется теоретическое обобщение, выступающее при последующем изучении нового материала в качестве способа деятельности.

4. Использование модулей на печатной основе (Маршрутная карта самостоятельной работы) позволяет каждому ученику выбирать индивидуальный маршрут освоения нового материала, обеспечивая условия дл самоорганизации и самообучения.

В заключении следует подчеркнуть, что результатом модульного обучения должно стать умение самостоятельно приобретать знания. Это умение в дальнейшем очень поможет в обучении и в жизни, так как это не только умение самостоятельно добывать знания, но и умение распоряжаться свои временем.

Материалы дипломной работы могут быть рекомендованы учителям физики и студентам ФМФ КГПУ.

Литература

Бабанский Ю.К. Оптимизация процесса обучения: общедидактический аспект.//М., 1977г.
Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии.//М.,1989г.
Васильев Т.В. Модули самообучения.//Вестник высшей школы, 1987.-№6.-с.35-37.
Выготский Л.С. Умственное развитие детей в процессе обучения: Сб.статей.//М.,1935г. с.42.
Галковская И.В. Организация самостоятельной познавательной деятельности учащихся в системе модульного обучения. Псков, 1998г.
Гареев В.М. Принципы модульного обучения.// Вестник высшей школы. 1987г. №8
Жарова Л.В. Учить самостоятельности: Кн. Для учителя.//М., Просвещение, 1993г.
Закорюкин В.Б., Панченко В.М., Твердин М. Модульное построение учебных пособий по специальным дисциплинам// Вильнюс, 1983г. с.73,74.
Кабардин О.Ф. Физика. Справочный материал //М., Просвещение 1985г.
Ковалев П.Г., Хлиян М.Д. Физика (молекулярная физика и термодинамика) // Издательство Ростовского университета 1975г.
Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеева Н.А., Татур А.О. Сборник тестовых заданий для тематического и итогового контроля физика 11 (ч.2) // «Интеллект-центр» М., 2002г.
Кирик Л.А. Самостоятельные и контрольные работы по электродинамике, оптике и квантовой физике 11 класс.// М.-Х. 2000г.

13. Оценка качества подготовки выпускников основной школы по физике / Сост. В.А. Коровин-М. Дрофа, 2002г.

Третьяков П.И., Сенновский И.Б. Технология модульного обучения в школе.//Москва 2001г.
Тюлякова С.Д., Янюшкина Г.М. Система упражнений при изучении темы «Электромагнитная индукция»//Петрозаводск КГПУ 1998г.
Касьянов В.А. Физика 11класс//Дрофа Москва 2002г.
Кабардин О.Ф. Физика, справочные материалы // М., «Просвящение» 1985 г.
Ковалев П.Г., Хлиян М.Д. Молекулярная физика и термодинамика. // Издательство Ростовского университета 1975г.
Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеева Н.А., Татур А.О. Сборник тестовых заданий для тематического и итогового контроля физика 11(ч.2) // «Интеллект – центр» М., 2002г.
Кирик Л.А. Самостоятельные и контрольные работы по электродинамике, оптике и квантовой физике 11 класс. // «Илекса» Москва-Харьков 2000г.
Модернизация общего образования: вариативный личностно направленный учебный план школы // Под общей редакцией профессора В.В.Лаптева, прфессора А.П.Тряпицыной // Санкт-Петербург ООО «Береста» 2002г.
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика 11 // М., «Просвящение» 2003г.
Орехов В.П., Корж Э.Д. Преподавание физики 9 // Москва «Просвещение» 1986г.
Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. // М., Народное образование, 1998г.
Тихонова А.Е., Диденко Т.Н. Обучающие модули: способ построения // биология в школе, 1995. - №6 – с.31-36.
Шамова Т.И. Модульное обучение: сущность, технология // Биология в школе, 1994.-№5-с.29-32.
Юцявичене П.А. Принципы модульного обучения // советская педагогика, 1990.-№1.-с.55-60.
Юцявичене П.А. Создание модульных программ // Советская педагогика. 1990 - №2 – с.55-60.
Юцявичене П.А. Теория и практика модульного обучения // Каунос: Швиесса, 1989г. – с.272.

Приложение 1

Анкета.

Кафедра теоретической физики и методики преподавания физики КГПУ изучает мнение учителей республики Карелия о проблеме организации самостоятельной работы учащихся в системе модульного обучения.

Опрос анонимный, поэтому фамилию в анкете указывать не нужно: результаты будут представлены в обобщенном виде.

Заполнить анкету несложно: внимательно прочитайте вопрос и все варианты ответов, затем обведите кружком цифру перед тем ответом, который соответствует Вашему мнению.

За ранее благодарим Вас за участие в опросе.
1. Считаете ли вы целесообразным организовывать процесс обучения таким образом, чтобы значительная часть учебного материала изучалась учащимися самостоятельно?

1 – Да 2 – Нет 3 – Не знаю 4 – Нет ответа

2. Готовы ли вы работать в системе обучения с большим объемом самостоятельной работы?

1 – Да 2 – Нет 3 – Не знаю 4 – Нет ответа

3. Каких умений самостоятельной работы не хватает учащимся для самостоятельного изучения нового материала?

1 – умение работать с литературой;

2 – умение выделять главное;

3 – умение сравнивать и анализировать;

4 – умение составлять план своей деятельности;

5 – умение делать выводы;

6 – умение применять знания в нестандартной ситуации;

7 – не знаю;

8 – нет ответа;

9 - …………………………………………………………..

(что-то другое)
4. На каких этапах урока целесообразней всего самостоятельная работа учащихся?

1 – выявление имеющихся знаний, умение, навыков;

2 – изучение нового материала;

3 – обеспечение планируемого уровня знаний;

4 – не знаю;

5 – нет ответа.

5. Как часто учащиеся выполняют самостоятельную работу разного уровня умственной активности: репродуктивные, конструктивные, творческие?

1 – никогда 2 – очень редко 3 – иногда 4 – часто 5 – всегда

6. Расположите в порядке значимости формы организации самостоятельной работы учащихся, которые вы считаете продуктивными?

1 – общеклассные 2 – групповые 3 – парные 4 – индивидуальные

Приложение 2

Результаты анкеты

Вопрос №1: Считаете ли вы целесообразным организовать процесс обучения таким образом, чтобы значительная часть учебного материала изучалась учащимися самостоятельно?

ответ

	да	нет	не знаю	нет ответа
Вопрос №1	13	11	3	0
%	44,83%	37,93%	10,34%	0,00%

Вопрос №2: Готовы ли вы работать в системе обучения с большим объемом самостоятельной работы?

ответ	да	нет	не знаю	нет ответа
Вопрос №2	12	14	3	0
%	41,38%	48,28%	10,34%	0,00%

Вопрос №3: Каких умений самостоятельной работы не хватает учащимся для самостоятельного изучения учебного материала?

умения

Работа

с лите-ратурой

(1)

Выде-

ление

главно-го

(2)

Сравни-

вать и

анали-

зировать
(3)

Состав-

лять

план

своей

деят-ти

(4)

Делать

выводы

(5)

Приме-

нять

знания

в нест.

сит.

(6)

Вопрос №3

Вопрос №4: На каком этапе урока целесообразней всего самостоятельная работа?

ответ

Выявление имеющихся ЗУНов

(1)

Изучение нового материала

(2)

Обеспеч. план. уровня зн-й

(3)

Вопрос №4

100%

48%

Вопрос №5: Как часто учащиеся выполняют самостоятельную работу разного уровня умственной активности: репродуктивные, конструктивные, творческие?

ответ

Никогда

(1)

Очень редко

(2)

Иногда

(3)

Часто

(4)

Всегда

(5)

Вопрос №5

45%

48%

Да

Нет

Не знаю

Да

Нет

Не знаю

Вопрос №2

<< предыдущая страница