Явление электромагнитной индукции - ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ - ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

В теме изучается связь переменного магнитного поля и вихревого электрического поля. Таким образом, делается существенный шаг в формировании представлений о едином электромагнитном поле.

Последовательность изучения вопросов темы может быть разной. Приведём два варианта планирования уроков.

Вариант I

1. Явление электромагнитной индукции.

2. Индукционное электрическое поле. Правило Ленца.

3. Лабораторная работа “Изучение явления электромагнитной индукции”.

4. Закон электромагнитной индукции.

5. Решение задач. Самостоятельная работа.

6. Вихревые токи и их использование в технике. Решение задач.

7. Явление самоиндукции. Индуктивность.

8. Энергия магнитного поля. Самостоятельная работа.

9. Обобщающее повторение. Электромагнитное поле.

Вариант II

1. Явление электромагнитной индукции.

2. Закон электромагнитной индукции.

3. Лабораторная работа. Решение задач.

4. Вихревое электрическое поле. Решение задач.

5. ЭДС индукции в движущихся проводниках. Решение задач.

6. Решение задач. Микрофон.

7. Самоиндукция. Самостоятельная работа.

8. Энергия магнитного поля. Электромагнитное поле.

Ниже представлены модели уроков по первому варианту.

Урок 1. Явление электромагнитной индукции

Задачи урока: изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения; рассмотреть историю вопроса о связи магнитного поля и электрического поля; показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции; раскрыть сущность явления при постановке опытов.

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приёмы и методы
I. Введение: создание мотивации, исторические сведения II. Изучение нового материала: определение понятий “электромагнитная индукция”, “индукционный ток” III. Отработка изученного материала IV. Подведение итогов. Домашнее задание	3—5 20—25 10—15 5—6	Сообщение учителя. Запись названия темы Эвристическая беседа. Демонстрация опытов. Выполнение рисунков и записей в тетрадях Решение экспериментальных задач. Ответы на вопросы Выделение главного. Формулировка выводов

I. Вводная часть урока отводится на создание познавательной мотивации для изучения материала.

Ранее в электродинамике изучались явления, обусловленные существованием постоянных во времени (статических и стационарных) электрических и магнитных полей. Вопрос: возникают ли новые явления при наличии переменных полей?

Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831 г. М. Фарадей. Он решал научную задачу: может ли магнитное поле вызвать появление электрического тока в проводнике? Явление возникновения в замкнутом проводнике электрического тока при изменении в окружающем пространстве магнитного поля получило название явления электромагнитной индукции. Открытие этого явления внесло существенный вклад в техническую революцию и послужило научной основой современной электротехники.

II. Новый материал рассматривают при последовательной постановке ряда демонстрационных опытов и их обсуждении.

1. Опыт. Наблюдение явления электромагнитной индукции. Электрическая цепь установки изображена на рисунке 13. Оборудование: источник постоянного напряжения на 6—12 В, соленоид из большого числа витков, например катушка на 220 В на сердечнике универсального трансформатора, гальванометр от демонстрационного вольтметра, проволочная катушка для лабораторных работ, штатив, провода, ключ.

Учитель показывает собранную на столе установку, замыкает ключ, и все наблюдают явление. Вопросы для обсуждения: что мы наблюдаем при замыкании ключа? (Ответ. Отклонение стрелки прибора на некоторое время.) Какие явления происходят при замыкании ключа? (Ответ. Возникновение электрического тока в соленоиде, возникновение около соленоида магнитного поля, появление в катушке электрического тока и т. д.) Как вы думаете, что привело к возникновению электрического тока в катушке? Почему ток был кратковременным? Почему его сейчас нет, а магнитное поле есть? (Фактически в этих вопросах выражена учебная проблема урока.) Чем отличается магнитное поле в момент включения и выключения цепи (опыт повторяется) от установившегося магнитного поля? (В вопросе уже есть подсказка.) В тетрадях рядом с рисунком записывается вывод-факт: изменение магнитного поля вызывает ток.

2. Как описать явление электромагнитной индукции — важнейшая учебная проблема ряда уроков. Начнём решать эту проблему. В частности, надо выяснить, как следует характеризовать переменное магнитное поле. Основная характеристика переменного магнитного поля — магнитная индукция — может из меняться по модулю и направлению.

Однако явление электромагнитной индукции наблюдается и при магнитном поле с постоянной индукцией (рис. 14). Что же при этом изменяется? (Ответ. Может изменяться площадь, которую пронизывает магнитное поле; или иначе — изменяется число силовых линий, которые пронизывают эту площадь.) Для характеристики магнитного поля в области пространства вводят новую физическую величину — магнитный поток Ф (рисунок 2.4 учебника заносится в тетрадь, рядом — формула и единица потока).

3. Следующая учебная проблема урока: от чего зависит сила индукционного тока? Учащиеся могут высказать гипотезы с помощью учителя; можно задать вопрос: зависит ли сила тока от быстроты (скорости) изменения магнитного поля? Повторяют опыт (см. рис. 13): замыкают ключ, передвигают ползунок реостата. Вопросы: каким образом в опыте изменяют магнитное поле? (Ответ. Изменением силы тока, проходящего через соленоид.) Зависит ли сила индукционного тока от скорости передвижения ползунка реостата? Аргументируйте ответ.

Далее следуют другие вопросы: в каких случаях (при каком положении катушки) индукционный ток не возникает? Почему не наблюдается возникновение индукционного тока, если катушку расположить перпендикулярно оси соленоида (показывают опыт)? Изменяется ли в этом опыте магнитное поле? (Ответ. Изменяется.) От чего ещё зависит сила индукционного тока? (Вопрос непростой. Для ответа желательно выполнить рисунок 15, а, б.) Чем различаются ситуации, изображённые на этом рисунке? (Ответ. В первом случае (см. рис. 15, а) площадь катушки пронизывает большее число силовых линий магнитного поля; во втором случае (см. рис. 15, б) — меньшее.) Вывод делает сам учитель, но может и подвести к нему учеников.

Вывод: сила индукционного тока зависит не от скорости изменения магнитной индукции, а от скорости изменения потока магнитной индукции.

Дальнейший анализ углубляет вывод. Во-первых, для потока магнитной индукции при любом расположении рамки можно записать:

Ф = BScos a.

Во-вторых, вывод можно представить математически:

Для обобщающего повторения обсуждают вопросы: какими способами можно получить индукционный ток? Какими способами можно изменять магнитный поток?

III. Закрепление и отработка материала осуществляются при решении экспериментальных задач.

1. Продемонстрируйте явление электромагнитной индукции, имея следующее оборудование: катушку от трансформатора на 220 В, гальванометр, провода, полосовой магнит.

2. Как будет изменяться результат опыта, если два полосовых магнита соединить сначала одноимёнными полюсами, а затем разноимёнными?

3. Как и почему изменяются результаты опыта, если в соленоид вставить (или из соленоида убрать) сердечник? (Ученик демонстрирует опыт.)

При решении задач учитель организует беседу. Таким образом он формирует умение вести связный рассказ.

IV. По учебнику ученики ещё раз уточняют главные выводы из изученного.

Домашнее задание: § 7; упр. на с. 34 (ЕГЭ); Хрестоматия, с. 93—95.