МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Самарской области
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Тольяттинский политехнический техникум»
(ГБОУ СПО «ТПТ»)
Модульная программа
Электромагнитная индукция
Дисциплина: Физика
Тольятти, 201-
Модульная программа разработана – преподавателем дисциплины «Физика» ГБОУ СПО «ТПТ»
Модульная программа составлена в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Физика».
Аннотация. Методическое пособие предназначено для оказания помощи студентам в организации самостоятельной работы при изучении темы: Электромагнитная индукция.
Дано описание модульной конструкции темы, представлены: структура модульной программы, комплексная дидактическая цель, алгоритм работы в каждом учебном элементе, рейтинговая система оценки знаний.
Пособие дает студенту полные сведения о содержании и последовательности изучения темы, формах аудиторной и самостоятельной работы, требованиях к знаниям и умениям, формах отчетности. Позволяет прогнозировать результаты изучения данного модуля.
Модульная программа
“Электромагнитная индукция”
 |
Комплексная дидактическая цель
Усвоив, материал данного модуля вы будете знать:
- как можно получить электрический ток в проводнике без источника тока.
- что называется явлением электромагнитной индукции и как она применяется на практике.
- как определяется величина и направление индукционного тока.
- что представляет собой вихревое электрическое поле.
- что называется явлением самоиндукции и где его необходимо учитывать на практике.
- как определяется энергия магнитного поля тока.
- что называется электромагнитным полем.
Структура модульной программы
Электромагнитная индукция
|
|
|
Условные обозначения | |
| указывается цель (и) учения |
! | обратите внимания! Это важно! Суть! |
? | - контрольные вопросы (или вопросы для самоконтроля) |
| ответы на вопросы |
| практические задания |
| - обдумайте это! |
УЭ 1-1 | Явление электромагнитной индукции Магнитный поток |
| |
| Известно: электрическое поле создается неподвижными электрическими зарядами (запряженными частицами). Магнитное поле - движущимися электрическими зарядами (электрическим током). Между электрическим полем и магнитным полем, существует теснейшая взаимосвязь. | ||
| Опыт Эрстеда (рис.1) позволяет нам говорить о существующем магнитном поле, созданным электрическим током. М. Фарадей, опираясь на теорию взаимосвязи явления природы решил, ответить на вопросы “Не может ли в свою очередь магнитное поле создать электрический ток?” ответ был получен им через 10 лет. 29августа 1831 г. было открыто явление возникновения электрического тока в замкнутом проводнике при меняющемся во времени магнитном поле (при движении магнита) – явления электромагнитной индукции. | ||
| |||
  
| ? Перечислите все способы, открытые Фарадеем, возникновения электромагнитного тока в замкнутом проводнике. ! Явление электромагнитной индукции - явление возникновения электрического тока при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. (Рис.3) ? Возникает ли индукционный ток в катушке при изменении силы тока в соседней катушке. Для того, чтобы дать количественную формировку закона электромагнитной индукции в ведем понятие: “магнитный поток Ф” ! Магнитный поток Ф (поток магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину равную произведению модуля вектора магнитной индукции B на площадь S и косинус угла а между векторами B и n: Ф=B * S * cos a ! Единица измерения: Ф [Вебер] =[Bб] ? Что характеризует поток магнитной индукции? ? Где в технике нашло применение явление электромагнитной индукции | ||
Изучив данный элемент вы познакомитесь с явлениями электромагнитной индукции и с принципами получения электрического тока на электростанциях всех типов.
УЭ 1-2 | Направление индукционного тока. Правило Ленца. | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Опыт по электромагнитной индукции показывает, что направление тока, протекающего в замкнутом проводнике меняется при приближении или удалении магнита к нему. | ||||||||||||||||||||||||||||||
      
  
   
 
| Как определить направление индукционного тока в замкнутом контуре? На этот вопрос ответил Ленц, опираясь на закон сохранения энергии. ? Рассмотрите процессы, происхождения в установке (рис. 1) при приближении и удалении магнита. ! Возникающий индукционный ток в замкнутом контуре своим магнитным полем противодействуют тому изменению магнитного потока, которым он вызван. ! Рассмотрите опыт (рис. 2). ? В чем состоит различие двух опытов? ? Постоянный магнит выдвигается из металлического кольца южным полюсом. 1. Притягивается кольцо к магниту или отталкивается от него? 2. Какое направление имеет индукционный ток (Ii) в кольце, если смотреть со стороны выдвигаемого магнита. | ||||||||||||||||||||||||||||||
(Закон сохранения энергии) Используем ключевое слово: “противодействует” из правила Ленца; При удалении магнита в кольце возникает Ii, который создает магнитное поле. Это магнитное поле будет, со стороны удаляющегося магнита, будет иметь полюс, противоположный N, то есть S. Два разноименных полюса притягиваются! 2.Итак, верхняя часть кольца имеет S полюс, значит, линии магнитной индукции B1 будут направлены вниз. Воспользуемся правилом буравчика: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением вектора B1, то его вращательное движение совпадет с направлением Ii будет направлено по часовой стрелке. | Решите задачи: Рымкевич 902(908) 8б. 504(911) 10б | ||||||||||||||||||||||||||||||
УЭ 1-3 | Закон электромагнитной индукции. | ||||
Ответ вы найдете в ученике “Физика -10” [Просмотрите конспект модуля N 3] закон постоянного тока Ответ в g 4”Физика -11’
t=0.1c Ф1=5Bб Ei =
0.1 Ответ: 50B | Вспомните понятие “магнитный поток Ф”. (учебный элемент УЭ-1-1). Мы знаем: величина индукционного тока Ii пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих контур проводника.
? 1.При каких условиях возникает электрический ток? 2.Что называется э. д.с. источника тока? 3. Какие сторонние силы вам известны? Известно, что электрический ток в проводнике возникает при действии э. д.с. Следовательно, по закону Ома Ii=Ei/R
 так как
Ei =
 Правило Ленца позволяет определить, что Ei и имеет разные знаки, следовательно:
Задача. За 0,1 сек. магнитный поток, пронизывающий контур проводника, равномерно уменьшился с 5 до 0Bб. чему при этом равно значение э. д.с. индукции в контуре. Решите задачи: Рымкевич 911 (н) 8б 912 (918) 8б | ||||
Дано: По закону электромагнитной
Ф2=0Bб
Ei=? Ei = 5-0=50B
УЭ -1-4 | Вихревое электрическое поле. | ||
Ответ в g 5 “Физика-11” | Как показывает опыт: в трансформаторе (две катушки надетые на замкнутый сердечник), если одну из обмоток (катушек) включить в цепь переменного тока, то в другой тоже будет течь электрический ток, если она замкнута? | ||
| ? Какие силы заставляют электроны во второй обмотке двигаться? Нам известно: на электрические заряды может действовать только электрическое поле! | ||
| Но во второй обмотке течет индукционный ток, который появляется в результате действия переменного магнитного поля. Можно предположить: ! электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем и это поле непосредственно порождается переменным магнитным полем. | ||
К этому выводу пришел Максвелл. Это поле называется вихревым электрическим полем. | |||
Ответы вы найдете в g5 “Физика-11” Ответы вы найдете в g5 “Физика-11” Повторите темы: “Электрическое поле”, “Магнитное поле” “Физика-10”/ | ! 1.Силовые линии вихревого электрического поля (линии напряженности) замкнуты! (См. рис.3) 2.Работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного проводника числено равна ЭДС индукции в этом проводнике . Рассмотрим действие возникающее в массивных проводниках индукционных токов. В массивных проводниках из-за их малого сопротивления возникают индукционные токаи большой величины. Эти токи называются токами Фуко. ?1. Где в промышленности используют токи Фуко? 2.Почему железные сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов…делают из отдельных пластин? Нам известны магнитные изолятор ферриты. !При перемагничивании в ферритах не возникают токов Фуко. ?1.Где применяют ферритовые сердечники? 2.В чем состоят преимущества ферритов по сравнению с обычными ферромагиетиками? ?Заполните следующую таблицу. | ||
Вопросы | Вид поля | |
электрические | магнитные | |
1 Каков источник поля? 2.Что служит индикатором поля? 3. Каково (потенциальное, вихревое) данное поле? 4. Каковы (замкнутые, незамкнутые) линии поля? | ||
5. Каковы условия существования поля? |
УЭ 2-1 | Самоиндукция. Индуктивность. | ||||||||
Изучив данный элемент, вы узнаете, что в катушке по которой идет переменный электрический ток возникает э. д.с. индукции.
| Рассмотрим какие явления происходят в катушке, по которым протекает переменный электрический ток. Для этого, обратимся к опыту (см. рис.1). | ||||||||
             
Ответ найдете в g 8 “Физика-11” Найдите подсказку в g 8 “ Физика-11” стр.17 Ответ в g 8 “Физика-11” | Замкнем ключ К. Лампа Л1, вспыхивает сразу, а Л2 – с опозданием. ? Почему это происходит? При замыкании ключа цепи потечет электрический ток, который будет увеличивать от 0 до какого-то значения I, то есть будет переменным. Переменным электрический ток создает переменный магнитный поток Ф, который пронизывая катушку, вызывает в ней э. д.с. индукции Eis. !Возникновение э. д.с. в каком-либо проводнике при изменении силы тока в нем же самом, называется самоиндукцией. Вихревое электрическое поле, возникающее в катушке, препятствует нарастанию тока (по правилу Ленца). ?1.Как будет вести себя лампа Л2, если ключ К разомкнуть? 2.Может ли Eis быть больше Е батареи элементов? Введем понятие “коэффициент самоиндукции” или “индуктивность контура”. L !L- физическая величина, характеризующая свойства данного проводника обуславливающее возникновение в нем э. д.с. самоиндукции. Единица измерения: L[Генри] =[Гн] L-является коэффициентом пропорциональности индукции между I и Ф, пронизывающим контур проводника
(1) ? 1.Используя закон электромагнитной индукции и выражение (1) получите зависимость 2.Как еще можно характеризовать понятие “индуктивность”? ?Что означает выражение: индуктивность контура равна 1Гн? | ||||||||
t= 0.25c
L=? Решение: Нам известно: следовательно:
Ответ: L=2,5мГн | Решите задачу: Найти индуктивность проводника, в котором равномерное изменение силы тока на 2А в течении 0,25с возбуждает э. д.с. самоиндукции 20мВ. Решите задачи: 221 6б 924 (926) 6б 925 (929) 8б |
УЭ 2-2 | Энергия магнитного плоя тока. Электромагнитное поле. |
| ! По закону сохранения энергии, энергия магнитного поля созданная током, равна энергии затраченной источником тока на создание тока |
Ответ вы найдете в g 9 “Физика-11” Повторите g 5 “Физика-11” Ответ в g 10 “Физика - 11” | ?1. Какие виды источника тока вам известны? 2.Почему для создания тока можно затратить энергию, то есть совершить работу? Воспользуемся известной аналогией между самоиндукцией и инерцией. Индуктивность L в процессе создания тока играет ту же роль, что и масса m при увеличении скорости тела в механике. Следовательно, можно воспользоваться формулой кинетической энергии движения тела ! Нам известно: переменный магнитный ток порождает электрическое поле. Максвелл, основываясь на единстве природы, гармонии законов природы, доказал: переменное электрическое поле порождает магнитное поле. ?1. Как возникает магнитное поле при изменении электрического поля? 2. Как экспериментально была доказана справедливость гипотезы Максвелла? !Электрические и магнитные поля - проявление единого целого - электромагнитного поля. !Электромагнитное поле - особая форма материи, существующая реально. |
Ответ найдите в g 10 “Физика-11”
Wм=1Дж
I=? Ответ: I=2A 2.Энергия магнитного тока Если сила тока увеличивается в 4 раза, то Ответ: L уменьшить в 16 раз. | ?!Почему утверждение о том, что в данной точке пространства существует только электрическое поле или только магнитное поле не является в полнее определенным? Решим задачу: 1.Какой должна быть сила тока в Катюшке индуктивностью 0,5 Гн, чтобы энергия поля оказалась равной 1 Дж? 2. Как необходимо изменить индуктивность Катюшки при увеличении тока в 4 раза, чтобы энергия магнитного поля тока осталась прежней? Решить задачи: 972 (930) 8б 929 (932) 6б |
Резюме | |
Изучив данный элемент, вы сможете определить энергию, которую обладает электрический ток в проводнике, а также познакомитесь с понятием “электромагнитное поле”.
и записать энергию магнитного поля тока:
[Дж]
1.Дано: Энергия магнитного тока
L=0,5 Гн Следовательно, 
, чтобы энергия не изменилась, необходимо индуктивность L уменьшиться в 16 раз, тогда 
(2)Явление электромагнитного индукции состоит в возникновении ЭДС индукции в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Это явление лежит в основе работы генераторов всех электростанций мира. Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком “минус”:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 |
