«Физика - 11 класс»
Английский физик Майкл Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений.
Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле - магнитное.
В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, легшее в основу устройства генераторов, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока.
Явление электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции - это возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.
Для своих многочисленных опытов Фарадей использовал две катушки, магнит, выключатель, источник постоянного тока и гальванометр.
Электрический ток способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока?
В результате опытов Фарадей установил главные особенности явления электромагнитной индукции:
1). индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания или размыкания электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой.
2) индукционный ток возникает при изменении силы тока в одной из катушек с помощью реостата
3). индукционный ток возникает при движении катушек относительно друг друга
4). индукционный ток возникает при движении постоянного магнита относительно катушки
Вывод:
В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.
И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий индукционный ток.
При этом не важно. что является причиной изменения числа линий магнитной индукции.
Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную неподвижным проводящим контуром, вследствие изменения силы тока в соседней катушке,
и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве, и т.д.
Магнитный поток
- это характеристика магнитного поля, которая зависит от вектора магнитной индукции во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром.
Есть плоский замкнутый проводник (контур), ограничивающий поверхность площадью S и помещенный в однородное магнитное поле.
Нормаль (вектор, модуль которого равен единице) к плоскости проводника составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции
Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и :
Ф = BScos α
где
Вcos α = В n
- проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.
Поэтому
Ф = B n S
Магнитный поток тем больше, чем больше В n и S .
Магнитный поток зависит от ориентации поверхности, которую пронизывает магнитное поле.
Магнитный поток графически можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S .
Единицей магнитного потока является вебер
.
Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб
) создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.
УРОК ПО ФИЗИКЕ. ПОДГОТОВИЛ УЧИТЕЛЬ ФИЗИКИ КАЗАКОВ ВИТАЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ.
Тема урока: Магнитный поток
Цель урока
1.Ввести определение магнитного потока;
2.Развивать абстрактное мышление;
3.Воспитывать аккуратность, точность.
Задачи урока: Развивающая
Тип урока изложение нового материала
Оборудование: компьютер , LCD -проектор , проекционны й экран .
Ход урока
1.Проверка домашнего задания
1.Что такое вектор магнитной индукции?
1.Ось, проходящая через центр постоянного магнита;
2. Силовая характеристика магнитного поля;
3. Линии магнитного поля прямого проводника.
2. Вектор магнитной индукции …
2.выходит из южного полюса постоянного магнита;
3. 1. Выберите верное(-ые) утверждений-я).
А: магнитные линии замкнуты
Б: магнитные линии гуще располагаются в тех областях, где магнитное поле сильнее
В: направление силовых линий совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещенной в изучаемую точку
Только А; 2. Только В; 3. А, Б, и В.
4. На рисунке представлены магнитные линии поля. В какой точке этого поля на магнитную стрелку будет действовать максимальная сила?
1. 3; 2. 1; 3. 2.
5 . В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции поместили прямолинейный проводник, по которому протекает ток силой 8А Определите индукцию этого поля, если оно действует с силой 0,02 Н на каждые 5 см длины проводника.
1. 0,05 Тл 2. 0,0005 Тл 3. 80 Тл 4. 0,0125 Тл
Ответы: 1-2; 2-3; 3-3; 4-2; 5-1.
2.Изучение новой
Постановка виртуальной задачи.
Мы пришли на очередной праздник плуга -Сабантуй. Но вот, казалось бы, огорчение - хлынул дождь. Я предлагаю вам игру-состязание, в которой нужно собрать как можно больше воды в вёдра. (Условие - собирать только падающий с неба дождь). Учениками проводится бурное обсуждение того, кто как будет собирать воду:- бежал бы против дождя; - желательно посуду по больше; - стоять на одном месте; - бежать туда, где дождь сильнее; - ведро держать перпендикулярно дождю. Эти примеры являются не опровержимыми. Дети сами пришли к выполнению цели урока – определение магнитного потока. Осталось сделать выводы и прийти к математическим формулировкам. Итак, магнитный поток (дождь) зависит от: - площади поверхности контура (ведра); - вектора магнитной индукции (интенсивность дождя); - угла между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура.
Закрепление
А теперь закрепляем наши выводы интерактивными моделями
2.Учебник: Пёрышкин А.В.,Гутник Е.М. Физика. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2009.
3. Физика. 9кл. Поурочные планы к учебникам Перышкина А.В. и Громова С.В_2010 -364с
4. Тесты по физике к учебнику Пёрышкин А.В.,Гутник Е.М. Физика. 9 класс
9.Тема: Индукция магнитного поля. Магнитный поток
9 класс
Продолжительность урока – 45 мин;
Использование информационных технологий – проектор.
Индукция магнитного поля. Магнитный поток
Цели урока:
Организовать деятельность по восприятию, осмыслению и первичному запоминанию новых знаний и способов деятельности;
Создать условия для развития памяти, логического мышления;
Создать условия для воспитания в учениках средствами урока уверенности в своих силах;
Создать условия для развитие умений использовать научные методы познаний.
Задачи урока:
Ввести понятие индукции магнитного поля;
Ввести определение магнитного потока.
Ход урока
1. Организационный этап
2. Проверка домашнего задания
3. Актуализация субъектного опыта учащихся
Фронтальный опрос (Слайд 6)
Как графически изображается магнитное поле?
Что называется линиями магнитной индукции?
В чем отличие однородного магнитного поля и неоднородного?
Как обнаруживается существование магнитного поля?
Как определить направление силы, с которой магнитное поле действует на проводник с током?
Сформулируйте правило левой руки.
4. Этап
изучения новых знаний и способов
деятельности
Некоторые магниты создают в пространстве более сильные поля, чем другие (Слайд 7 ).
Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается В.
В- индукция магнитного поля (магнитная индукция).
Рассмотрим опыт, представленный на рисунке (Слайд 8 )
Модуль этой силы, действующей на проводник с током зависит от: (Слайд 9 ):
Самого магнитного поля
Длины проводника
Силы тока
В = F/Il [ В ] = [Тл]
Эта величина принимается за модуль вектора магнитной индукции. В зависит только от поля и может служить его количественной характеристикой.
Введя такую физическую величину, как магнитная индукция можно дать более точное определение линий магнитного поля.
Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции (Слайд 10 ).
Магнитное поле называется однородным , если во всех его точках магнитная индукция В одинакова. В противном случае поле называется неоднородным ( Слайд 11 ) .
2. Величина, характеризующая магнитное поле – магнитный поток или поток вектора магнитной индукции Ф .
При увеличении вектора магнитной индукции в n раз, магнитный поток тоже увеличивается в n раз.
При увеличении контура в n раз, магнитный поток тоже увеличивается в n раз.
При ориентации контура перпендикулярно линиям магнитной индукции, магнитный поток – максимальный, при ориентации контура параллельно линиям магнитной индукции, то магнитный поток равен нулю
( Слайд 12-14 ).
Магнитный поток - Ф = BScos α , [Ф] = [Вб] ( Слайд 15 )
Т.о. магнитный поток, пронизывающий площадь контура, меняется при изменении модуля вектора магнитной индукции, площади контура и при вращении контура, т.е. при изменении его ориентации по отношению к линиям индукции магнитного поля.
5. Этап первичной проверки понимания изученного
Вопросы:
1. По какой формуле рассчитывается магнитный поток?
2. Когда магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур, максимален? минимален? (Слайд 16 ).
6. Этап закрепления изученного
Задачи:
1. Вода в ручейке и в реке течет с одинаковой скоростью. В каком случае больше поток воды через решето, поставленное перпендикулярно течению?
2. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник 2 м действует сила 0,4 Н? Сила тока в проводнике 10 А.
3. Плоский контур площадью 20 см 2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5Тл. Определите магнитный поток, пронизывающий контур, если нормаль к контуру составляет угол 60°С вектором индукции магнитного поля (Слайд 17 ).
7. Итоги, домашнее задание п.46, 47,
упр. 37, 38 ( Слайд 18 )
8. Рефлексия
Используемая литература
1. Перышкин А.В. Физика. 8 класс. - М.: Дрофа, 200 9.
2. Громов С.В., Родина Н.А. Физика. 9 класс – М.: Просвещение, 2002.
Конспект урока по теме:
«Индукция магнитного поля».
Цель урока: ввести понятие индукции магнитного поля в соответствии с планом ответа о физической величине.
Образовательные задачи урока:
Развивающие задачи урока:
Воспитательные задачи урока:
Приобретаемые учащимися навыки: сравнивать результаты опытов, наблюдать, анализировать, обобщать и делать выводы, объяснять физические явления, решать задачи, развивать устную речь.
Технические и программные средства обучения: интерактивная доска, персональный компьютер, мультимедийный проектор, программа презентаций Microsoft Power Point, презентация «Индукция магнитного поля», видеофрагменты «Магнитное поле Земли», «Магнитные бури».
Оборудование: рабочие листы, полосовые и дугообразные магниты, проводники, источник тока, ключ, штатив, железные опилки.
Ход урока:
1.Организационный момент.
2. Постановка вопроса с использованием видеофрагмента «Магнитное поле Земли».
Могущество современной науки поражает даже неискушенный ум: она расщепила атомное ядро, достигла дальних уголков Вселенной, открыла законы мироздания. Но хотим мы этого или нет, а дальнейшая судьба человечества зависит от магнитного взаимодействия Солнца и Земли.
Показ видеофрагмента. Обсуждаемые вопросы:
Сегодня каждый человек должен иметь грамотное представление о сущности физических процессов, от которых зависит его жизнь.
3.Всесторонняя проверка знаний учащихся. Итак, давайте систематизируем те знания, которые имеем по теме: «Магнитное поле».
«Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые». Хевеши.
Фронтальный опрос + индивидуальные ответы по описанию и демонстрации классических опытов по данной теме.
4.Проверка домашнего задания. Упражнение 36.
5.Актуализация знаний.
Как вы думаете, от чего зависит, на сколько сильным будет взаимодействие постоянного магнита и проводника с током? Какие есть предположения?
«Без сомнения все наше знание начинается с опыта». (Иммануил Кант). Проверить на опыте.
Опыт: выясните, какой из предложенных вам магнитов, оказывает более сильное действие на железные предметы.
Таким образом, следует ввести величину, которая бы характеризовала магнитное поле и показывала, с какой силой оно действует на проводник с током, железные предметы и движущиеся заряженные частицы. Такая величина называется индукция магнитного поля.
Задачи урока: охарактеризовать индукцию магнитного поля по плану:
6.Объяснение нового материала. По ходу урока ребята заполняют рабочие листы, в результате получают опорный конспект по данной теме.
Опыт: взаимодействие постоянного дугообразного магнита и проводника с током.
Цель: выяснить, от чего зависит сила взаимодействия?
Вывод: сила магн. взаимодействия зависит от магнитного поля, силы тока и длины проводника.
F/IL=const B=F/IL В - магнитная индукция
Вывод: Магнитная индукция – это силовая характеристика магн. поля. Чем больше модуль магнитной индукции в данной точке, тем с большей силой поле будет действовать на проводник с током или движущийся заряд.
Магнитная индукция – силовая характеристика магнитного поля, модуль которой равен отношению модуля силы, с которой поле действует на расположенный перпендикулярно магн. линиям проводник с током, к силе тока и длине проводника.
Единицы измерения 1Тл=1Н/А*м, тесла. Единицы измерения названы в честь сербского электротехника Николы Тесла, фото которого представлено на слайде.
Магнитная индукция является векторной величиной. Вывод: Она направлена по касательной к магнитным линиям. Я напомню, направление магнитных линий определяется правилом правой руки. Направление магн. индукции указывает северный полюс магнитной стрелки. Тогда более точное определение магнитных линий можно дать такое: это линии, в каждой точке которых касательные совпадают с вектором магнитной индукции.
Так как магнитное поле возникает вокруг проводников с током разной конфигурации, несмотря на то, что магнитные линии всегда замкнутые, они могут иметь разную конфигурацию. Поэтому магнитные поля классифицируют на однородные и неоднородные. Магнитные линии однородных полей расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и имеют одинаковое направление. На рисунках указать вектора магн. индукции, отметив, что они тоже должны иметь одинаковое направление и одинаковую длину.
Вывод: Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция одинакова и по величине и по направлению.
7.Проверка понимания учениками новых знаний.
Ответьте на вопросы:
8.Закрепление знаний учащихся
Выполните тренировочный тест:
Вариант 1:
1. Когда электрические заряды находятся в покое, то вокруг них обнаруживается ….
2.Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?
А.беспорядочно Б.по окружностям, охватывающим проводник
3.Какой полюс магнитной стрелки указывает направление вектора магнитной индукции?
А. северный Б. южный
А.да Б.нет
5.От чего зависит сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током?
А.площади поперечного сечения проводника
Б. магнитной индукции
В.силы тока
Г.времени воздействия магнитного поля на проводник
Д.длины проводника
Вариант 2:
1.Когда электрические заряды движутся, то вокруг них существует(ют)
А.электрическое поле Б.магнитное поле
В.электрическое и магнитное поля
2.Что представляют собой магнитные линии катушки с током?
А.замкнутые кривые Б.прямые линии
В.беспорядочно расположенные линии
3.В каких единицах измеряется индукция магнитного поля?
А.Ньютон Б.Ампер В.Тесла
4.Является ли однородным магнитное поле, изображенное на рисунке?
А.да Б.нет
5.Как направлен вектор магнитной индукции?
А.по касательной к магнитным линиям Б.по касательной к проводнику с током
Проверьте соседа по парте: Вариант 1: 1-А,2-Б,3-А,4-А,5-БВД
Вариант 2: 1-В,2-А,3-В,4-Б,5-А
9.Домашнее задание: §46,устно ответить на вопросы после параграфа, упр:37 (письменно).
10.Итоги урока.
Поток заряженных частиц, летящих от Солнца, достигает Земли за 8 минут. Это приводит к изменению магнитного поля Земли, к так называемым магнитным бурям. В этот момент у людей возникает резкий скачок кровяного давления. В день вспышки на Солнце увеличивается число сердечно-сосудистых заболеваний. Происходят даже изменения в крови. В состав крови входят положительные и отрицательные ионы, а магнитное поле как раз воздействует на заряженные частицы. Изменяющееся магн. поле дезориентирует заряженные частицы крови, увеличивая ее вялость.
Приспособиться к неблагоприятным изменениям окружающей среды помогут мышечные нагрузки, занятия физкультурой и спортом. Происходит улучшение кровообращения, питания кислородом всех органов, повышение устойчивости организма к изменениям магнитосферы Земли.
Одного философа спросили: «Что самое главное в жизни: богатство или слава?» Мудрец ответил: «Ни богатство, ни слава не делают человека счастливым. Здоровье – один из важнейших источников счастья и радости». Чего а и вам желаю!
Тема сегодняшнего занятия посвящена важной теме - «Магнитный поток». Для начала мы вспомним, что такое электромагнитная индукция. После поговорим, за счет чего возникает индукционный ток и что является главным для того, чтобы этот ток появился. На опытах Фарадея мы узнаем, как возникает магнитный поток.
Продолжая изучение темы «Электромагнитная индукция» давайте подробнее остановиться на таком понятии, как магнитный поток .
Вы уже знаете, как обнаружить явление электромагнитной индукции - если замкнутый проводник пересекают магнитные линии, в этом проводнике возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.
Теперь давайте обсудим, за счет чего образуется этот электрический ток и что является главным для того, чтобы этот ток появился.
Прежде всего, обратимся к опыту Фарадея и посмотрим еще раз на его важные особенности.
Итак, у нас в наличии есть амперметр, катушка с большим числом витков, которая накоротко прикреплена к этому амперметру.
Берем магнит, и точно так же, как на предыдущем уроке, опускаем этот магнит внутрь катушки. Стрелка отклоняется, то есть в данной цепи существует электрический ток.
Рис. 1. Опыт по обнаружению индукционного тока
А вот когда магнит находится внутри катушки электрического тока в цепи нет. Но стоит только попытаться этот магнит достать из катушки, как в цепи вновь появляется электрический ток, но направление этого тока изменяется на противоположное.
Обратите внимание также на то, что значение электрического тока, который протекает в цепи, зависит еще и от свойств самого магнита. Если взять другой магнит и проделать тот же эксперимент, значение тока существенно меняется, в данном случае ток становится меньше.
Проведя эксперименты, можно сделать вывод о том, что электрический ток, который возникает в замкнутом проводнике (в катушке), связан с магнитным полем постоянного магнита.
Иными словами, электрический ток зависит от какой-то характеристики магнитного поля. А мы уже ввели такую характеристику - .
Напомним, что магнитная индукция обозначается буквой , это - векторная величина. И измеряется магнитная индукция в теслах.
Тесла - в честь европейского и американского ученого Николы Тесла.
Магнитная индукция характеризует действие магнитного поля на проводник с током, помещенный в это поле.
Но, когда мы говорим об электрическом токе, то должны понимать, что электрический ток, и это вы знаете из 8 класса, возникает под действием электрического поля.
Следовательно, можно сделать вывод о том, что электрический индукционный ток появляется за счет электрического поля, который в свою очередь образуется в результате действия магнитного поля. И такая взаимосвязь как раз осуществляется за счет магнитного потока .
Что же такое магнитный поток?
Магнитный поток обозначается буквой Ф и выражается в таких единицах, как вебер, и обозначается .
Магнитный поток можно сравнить с потоком жидкости, протекающей через ограниченную поверхность. Если взять трубу, и в этой трубе протекает жидкость, то, соответственно, через площадь сечения трубы будет протекать определенный поток воды.
Магнитный поток по такой аналогии характеризует, какое количество магнитных линий будет проходить через ограниченный контур. Этот контур это и есть площадка, ограниченная проволочным витком или, может быть, какой-либо другой формой, при этом обязательно эта площадь - ограниченная.
Рис. 2. В первом случае магнитный поток максимален. Во втором случае - равен нулю.
На рисунке изображены два витка. Один виток - это проволочный виток, через который проходят линии магнитной индукции. Как видите, этих линий здесь изображено четыре. Если бы их было гораздо больше, то мы бы говорили, что магнитный поток будет большой. Если бы этих линий было меньше, например, мы бы нарисовали одну линию, то тогда бы мы могли сказать, что магнитный поток достаточно мал, он небольшой.
И еще один случай: тогда, когда виток располагается таким образом, что через его площадь не проходят магнитные линии. Такое впечатление, что линии магнитной индукции скользят по поверхности. В этом случае можно сказать, что магнитный поток отсутствует, т.е. нет линий, которые пронизывали бы поверхность этого контура.
Магнитный поток характеризует весь магнит в целом (либо другой источник магнитного поля). Если магнитная индукция характеризует действие в какой-то одной точке, то магнитный поток - весь магнит целиком. Можно сказать о том, что магнитный поток - это вторая очень важная характеристика магнитного поля. Если магнитную индукцию называют силовой характеристикой магнитного поля, то магнитный поток - это энергетическая характеристика магнитного поля.
Вернувшись к экспериментам, можно сказать о том, что каждый виток катушки можно представить как отдельный замкнутый виток. Тот самый контур, через который и будет проходить магнитный поток вектора магнитной индукции. В этом случае будет наблюдаться индукционный электрический ток.
Т.о., именно под действием магнитного потока создается электрическое поле в замкнутом проводнике. А уже это электрическое поле создает не что иное, как электрический ток.
Давайте посмотрим еще раз на эксперимент, и теперь, уже зная, что существует магнитный поток, посмотрим на связь магнитного потока и значение индукционного электрического тока.
Возьмем магнит и достаточно медленно пропустим его через катушку. Значение электрического тока меняется очень незначительно.
Если же попытаться вытащить магнит быстро, то значение электрического тока будет больше, чем в первом случае.
В данном случае роль играет скорость изменения магнитного потока. Если изменение скорости магнита будет достаточно большим, значит, и индукционный ток тоже будет значительным.
В результате такого рода экспериментов были выявлены следующие закономерности.
Рис. 3. От чего зависят магнитный поток и индукционный ток
1. Магнитный поток пропорционален магнитной индукции.
2. Магнитный поток прямо пропорционален площади поверхности контура, через который проходят линии магнитной индукции.
3. И третье - зависимость магнитного потока от угла расположения контура. Мы уже обращали внимание на то, что, если площадь контура тем или иным образом, это оказывает влияние на наличие и величину магнитного потока.
Таким образом, можно сказать, что сила индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.
∆ Ф - это изменение магнитного потока.
∆ t - это время, в течение которого изменяется магнитный поток.
Отношение - это как раз и есть скорость изменения магнитного потока.
Исходя из этой зависимости, можно сделать вывод, что, например, индукционный ток может быть создан и достаточно слабым магнитом, но при этом скорость движения этого магнита должна быть очень большой.
Первым человеком, который этот закон получил, был английский ученый М. Фарадей. Понятие магнитного потока позволяет глубже взглянуть на единую природу электрических и магнитных явлений.
Список дополнительной литературы:
Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга, Т. 2. М., 1974 Яворский Б.М., Пинский А.А., Основы физики, т.2., М. Физматлит., 2003 А так ли хорошо знакомы вам потоки?// Квант. — 2009. — № 3. — С. 32-33. Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C.344.
