Конспект урока по теме:
« Действие магнитного поля на проводник с током.
Электрический двигатель»
Цель урока: Применить модель электромагнитного взаимодействия для решения практических потребностей человека (в частности, конструирование электродвигателя постоянного тока).
Основной материал: Действие силы на проводник с током, находящийся в магнитном поле. Изменение направления этой силы при изменении направления тока. Вращение рамки с током в магнитном поле. Принцип работы электродвигателя. Преимущества электродвигателей.
Эпиграф:
«Не нужно делать с большим то,
Что можно делать с меньшим»
У. Оккам.
План урока
1.Актуализация познавательного опыта, лежащего в основе построения нового способа действия. Мотивация учебной деятельности.
Вступление: Чудеса науки современной далеко превосходят чудеса древней мифологии (Р. Эмерсон). Величие и достоинство современной науки состоит исключительно в той пользе, которую она приносит людям, увеличивая производительность их труда и укрепляя природные силы их умов ().
Нам предстоит в этом не только убедиться, но и получить некоторый опыт научной и конструкторской деятельности. За дело, господа будущие ученые и инженеры!
2.Изучение нового материала.
Опыт №1: Катушку помешают между полюсами дугообразного магнита. При замыкании электрической цепи проводник приходит в движение. Объясните данное явление.
Вывод: При нахождении электрического тока по катушке, вокруг нее возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита
Вопрос №1: Что произойдет, если поменять направление тока в проводниках катушки?
Ответ: Если до этого катушка отталкивалась от дугообразного магнита, то теперь она начнет притягиваться и наоборот. При изменении тока в проводниках катушки меняются полюса электромагнита.
Вопрос №2: Какие преобразования энергии вы наблюдали при этом?
Ответ: Энергия магнитного тока переходит в кинетическую энергию катушки, а затем в потенциальную энергию катушки.
Вопрос №3: В предыдущих опытах мы наблюдали поступательное движение катушки. А каким образом это поступательное движение превратить во вращательное?
Ответ: Катушку электромагнита нужно закрепить на оси перпендикулярной магнитам.
Опыт №2. Берем рамку и помешаем между полюсами постоянного магнита. Остается ли катушка в покое, если замкнуть электрическую цепь?
Вывод: При прохождении электрического тока по катушке она превращается в электромагнит. Под воздействием магнитных полей постоянных магнитов она повернется противоположными полюсами к постоянным магнитам.
Вопрос №4: Как же заставить виток с током повернуться, еще раз на тот же угол и в туже сторону?
Ответ: Для этого нужно поменять направление тока в рамке на противоположное.
Вопрос №5: Можно ли придумать устройство, позволяющее автоматически в нужный момент изменять направление тока в проводнике?
Ответ: Таким устройством является полукольца, к которым присоединены концы обмотки. Один конец обмотки присоединен к одному полукольцу, другой – к другому. Каждое полукольцо прижимается к металлической пластинке – щетке. Щетки служат для подвода тока от источника к рамке. Одна щетка всегда соединена с положительным полюсом источника, а другая – с отрицательным. При вращении рамки именно они позволяют постоянно менять направление тока в рамке, через каждое пол-оборота рамки.
Опыт №3. Демонстрируем модель электродвигателя.
Вывод: Энергия электрического тока превращается в механическую энергию вращения рамки с током.
Вопрос №6: Как увеличить мощность электродвигателя?
Возможные ответы:
А) Увеличением числа витков в обмотке;
Б) Увеличением числа обмоток;
В) Увеличением силы тока в обмотке;
Г) Приблизить магниты к обмотке;
Д) Наличие сердечника;
Е) Уменьшением силы трения;
Ж) Уменьшением сопротивления проводов;
З) Использованием вместо постоянных магнитов более мощных электромагнитов;
И) Охлаждением обмоток электродвигателя.
Опыт №4. Демонстрирует двигатель постоянного тока.
Вывод: Вращающаяся часть электродвигателя называется якорем. Неподвижная часть электродвигателя называется статором.
3.Апробация физической модели в новой ситуации.
а) Почему у некоторых электродвигателей постоянного тока имеется не две, а четыре зажима для включения тока?
б) Изменит ли якорь электродвигателя постоянного тока направлением своего вращения, если: а) в обмотке электромагнита направление тока изменить на противоположное; б) изменить направление тока одновременно и в обмотке электромагнита, и в обмотке якоря?
4) Домашнее задание.
§ 21, 3(для дополнительного чтения)
