«Физика — 11 класс»
Электромагнитная индукция
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
Магнитный поток — это характеристика магнитного поля, которая зависит от вектора магнитной индукции
Есть плоский замкнутый проводник (контур), ограничивающий поверхность площадью S и помещенный в однородное магнитное поле.
Нормаль Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции где
Вcos α = Вn — проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.
Поэтому
Ф = BnS
Магнитный поток тем больше, чем больше Вn 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.
Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин
Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика
(или поток магнитной индукции)
Магнитным потоком через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла α между векторами В и n (нормалью к поверхности).
Ф(t) = B·S·cos α
Ф – магнитный поток, Вб,
В — индукция магнитного поля, Тл,
S— площадь рамки, м 2 .
Магнитный поток пропорционален числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S (рис. 4.2.7).
Рисунок 25. |
Магнитный поток характеризует распределение магнитного поля по поверхности, ограниченной контуром.
[Ф] = Вб = Тл×м 2
Магнитный поток в 1 Вб создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенной перпендикулярно вектору магнитной индукции.
Поток магнитной индукции, пронизывающий рамку, меняется гармонически по закону электромагнитной индукции. ЭДС в рамке равна:
где — скорость изменения потока магнитной индукции.
ε — ЭДС, В,
ε m – максимальное значение ЭДС, В.
В промышленных цепях переменного тока России принята частота 50 Гц.
ЗАДАЧА 4.7
ЭДС в цепи переменного тока изменяется по закону е=200sin314t. Определить действующее значение ЭДС и ее период.
Дано: | Решение |
е =200sin314t | Уравнение гармонического колебания в общем виде сравним с данным уравнением: е = εmax· sin(wt +φ0), е = 200 sin 314 t Следовательно, εmax = 200В, w = 314 Гц, φ0 = 0 εд = = 141,4 В Т = = 0,02 с |
εд -? T -? | |
Ответ: εд= 141, 4 В, Т = 0,02В. |
Действующее значение I силы переменного тока равно:
Аналогично действующее значение напряжения:
Мощность в цепи переменного тока:
Дата добавления: 2014-11-07 ; Просмотров: 4157 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Презентация к уроку
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цели урока:
- Образовательные – раскрыть сущность явления электромагнитной индукции; разъяснить учащимся правило Ленца и научить их пользоваться им для определения направления индукционного тока; разъяснить закон электромагнитной индукции; научить учащихся производить расчет ЭДС индукции в простейших случаях.
- Развивающие – развивать познавательный интерес учащихся, умение логически мыслить и обобщать. Развивать мотивы учения и интерес к физике. Развивать умение видеть связь между физикой и практикой.
- Воспитательные – воспитывать любовь к ученическому труду, умение работать в группах. Воспитывать культуру публичных выступлений.
Оборудование:
- Учебник «Физика – 11» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин.
- Сборник задач по физике 10-11. Г.Н. Степанова.
- «Физика – 11». Поурочные планы к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева. автор – составитель Г.В. Маркина.
- В/м и видеоматериалы. Школьный физический эксперимент «Электромагнитная индукция» (разделы: «Примеры электромагнитной индукции», «Правило Ленца», «Закон электромагнитной индукции»).
- Компьютер и проектор.
- Материал «Библиотека наглядных пособий».
- Презентация к уроку.
План урока:
Этапы урока
Время
мин.
Методы и приемы
Введение
Исторические сведения
Сообщение учителем темы, целей и задач урока. Слайд 1.
Жизнь и деятельность М.Фарадея. (Сообщение учащегося). Слайды 2, 3, 4.
Определение понятий «электромагнитная индукция», «индукционный ток». Введение понятия магнитного потока. Связь магнитного потока с числом линий индукции. Единицы магнитного потока. Правило Э.Х.Ленца.
Изучение зависимости индукционного тока (и ЭДС индукции) от числа витков в катушке и скорости изменения магнитного потока.
Применение ЭМИ на практике.
1. Демонстрация опытов по ЭМИ, анализ опытов, просмотр видеофрагмента «Примеры электромагнитной индукции», Слайды 5, 6.
2. Беседа, просмотр презентации. Слайд 7.
3. Демонстрация справедливости правила Ленца. Видеофрагмент «Правило Ленца». Слайды 8, 9.
4. Работа в тетрадях, выполнение рисунков, работа с учебником.
5. Беседа. Эксперимент. Просмотр видеофрагмента «Закон электромагнитной индукции». Просмотр презентации. Слайды 10, 11.
6. Просмотр презентации Слайд 12.
I. Организационный момент
1. Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами. Поэтому можно сделать предположение о том, что между этими полями существует определенная связь. Это предположение нашло экспериментальное подтверждение в 1831 году в опытах выдающегося английского физика М. Фарадея, в которых он открыл явление электромагнитной индукции. (слайд 1).
Эпиграф:
«Счастливая случайность
выпадает лишь на одну долю
подготовленного ума».
2. Краткий исторический очерк о жизни и деятельности М.Фарадея. (Сообщение учащегося). (Слайды 2, 3).
II. Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831 году М.Фарадей. Он решил проблему: может ли магнитное поле вызывать появление электрического тока в проводнике? (Слайд 4).
Электрический ток, рассуждал М.Фарадей, может намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного, а именно: движущийся магнит, или меняющееся магнитное поле, может возбудить электрический ток в катушке. (Слайд 5).
(просмотр видеофрагмента «Примеры электромагнитной индукции» [4]). (Слайд 6).
Вопросы:
- Как вы думаете, что приводит к возникновению электрического тока в катушке?
- Почему ток был кратковременным?
- Почему тока нет, когда магнит находится внутри катушки (Рисунок 1), когда не перемещается ползунок реостата (Рисунок 2), когда одна катушка перестает двигаться относительно другой?
Вывод: ток появляется при изменении магнитного поля.
Явление электромагнитной индукции заключается в 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.
В случае изменяющегося магнитного поля его основная характеристика В – вектор магнитной индукции может меняться по величине и направлению. Но явление электромагнитной индукции наблюдается и при магнитном поле с постоянной В.
Вопрос: Что же при этом меняется?
Изменяется площадь, которую пронизывает магнитное поле, т.е. изменяется число силовых линий, которые пронизывают эту площадь.
Для характеристики магнитного поля в области пространства вводят физическую величину – магнитный поток – Ф (Слайд 7).
Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведения модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами В и n.
Ф = ВS cos
Произведение В cos = Вn представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль n к плоскости контура. Поэтому Ф = Вn S.
Единица магнитного потока – Вб (Вебер).
Магнитный поток в 1 вебер (Вб) создается однородным магнитным полем с индукцией 1Тл через поверхность площадью 1м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.
Главное в явлении электромагнитной индукции состоит в порождении электрического поля переменным магнитным полем. В замкнутой катушке возникает ток, что и позволяет регистрировать явление (Рисунок 1).
Возникающий индукционный ток того или иного направления как-то взаимодействует с магнитом. Катушка с проходящим по ней током подобно магниту с двумя полюсами – северным и южным. Направление индукционного тока определяет, какой конец катушки выполняет роль северного полюса. На основании закона сохранения энергии можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких отталкивать.
Если магнит приближать к катушке, то в ней появляется индукционный ток такого направления, магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу. Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к приближающемуся к ней магниту. Одноименные полюса отталкиваются. При удалении магнита наоборот.
В первом случае магнитный поток увеличивается (Рисунок 5), а во втором случае уменьшается. Причем в первом случае линии индукции В/ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, т.к. катушка отталкивает магнит, а во втором случае входят в этот конец. Эти линии на рисунке изображены более темным цветом. В первом случае катушка с током аналогична магниту, северный полюс которого находится сверху, а во втором случае – снизу.
Аналогичные выводы можно сделать с помощью опыта показанного на рисунке (Рисунок 6).
(Просмотр фрагмента «Правило Ленца») [4]
Вывод: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым вызван. (Слайд 8).
Правило Ленца. Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором возникает противодействие причинам, его породившим.
Алгоритм определения направления индукционного тока. (Слайд 9)
1. Определить направление линий индукции внешнего поля В (выходят из N и входят в S).
2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то ∆Ф>0, если выдвигается, то ∆Ф 0, то линии В и В′ направлены в противоположные стороны; если ∆Ф 30.03.2012
«>