Электромагнитная индукция и ее применение в профессии "Автомеханик"
методическая разработка урока
Автор: Зубарева Валентина Александровна, преподаватель физики, ГОАПОУ ЛКТиДХ, г. Липецк
Смотреть презентациюВ раздел среднее профессиональное образование
1
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ФИЗИКИ «ЯВЛЕНИЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ»
Зубарева Валентина Александровна «Липецкий колледж транспорта и дорожного хозяйства» Цели урока: Образовательные: изучить физические особенности явления электромагнитной индукции, сформировать понятия: электромагнитная индукция, индукционный ток; познакомить студентов с применением явления электромагнитной индукции в профессии «Автомеханик». Развивающие: развить познавательные интересы и способности студентов при выявлении сути процессов, логическое мышление для объяснения результатов опытов; развить интеллектуальные умения студентов (наблюдать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, анализировать, делать выводы). Воспитательные: на примере биографических фактов из жизни М.Фарадея, показать целеустремленность и трудолюбие ученого. Тип урока: урок изучения нового материала. Вид урока: комбинированный Общие компетенции (ОК), на формирование которых направлен урок: ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, исходя из цели и способов ее достижения. ОК 3. Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы. ОК 4. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач. ОК 6. Работать в коллективе и команде. Оборудование урока: ПК, мультимедиа-проектор, полосовые магниты (8 шт.), гальванометры(3 шт.), катушки(4 шт.), миллиамперметр, модель генератора переменного тока, соединительные провода, модель двигателя автомобиля, модель трансформатора. Дидактическое обеспечение урока: компьютерная презентация, тесты, схема генератора переменного тока, схема системы зажигания автомобиля, портрет М.Фарадея. Ход урока:
2 I. Организационный момент (1 мин.) А) приветствие; Б) проверка посещаемости; В) проверка принадлежностей II. Мотивация и стимулирование деятельности студентов. Преподаватель: Мы сегодня проводим урок физики в лаборатории, где на специальных стендах вы изучаете устройство и принцип работы отдельных узлов и агрегатов автомобиля. И это не случайно. Потому что основные физические процессы и явления положены в основу работы всех технических изобретений человечества, в том числе и автомобиля. Давайте посмотрим, что происходит, когда вы садитесь за руль автомобиля и поворачиваете ключ в замке зажигания? (Преподаватель подходит к действующей модели двигателя и запускает его) (Студенты высказывают свои предположения, делается вывод о том, что начинает работать электрический генератор, который питает все основные потребители). А как устроен и каков принцип работы генератора? Зачем нужна катушка зажигания? Ее действие? Вот на эти вопросы, которые мы поставили сегодня вначале нашего урока, мы попытаемся ответить. Сообщается тема урока: «Явление электромагнитной индукции» и цель урока.
Слайды 1, 2
III. Проверка ранее изученного материала (10мин.) Преподаватель: Прежде чем мы приступим к рассмотрению новой темы, нам необходимо вспомнить ранее изученный материал по теме «Магнитное поле». Вы получите задания на листах, будете работать в парах, помогая друг другу, отвечать на вопросы тестов, решать вычислительные задачи и находить ошибки в заданиях. По окончанию работы вы сверите свои результаты с правильными ответами и выставите себе отметки. Всего заданий -10. Обратите внимание: нельзя исправлять свои ответы! Я желаю вам успехов в данной работе! Время работы – 10 минут. Самоконтроль и самооценка.
Слайды 3, 4
По окончанию работы студенты сверяют свои ответы и выставляют отметки (правильные ответы выведены на экран и даны критерии оценивания) 10-9 ответов –«5» 9- 7 ответов –«4» 7-6 ответов –«3» Менее 6 ответов - «2» IV. Изучение нового материала (25 мин.) 1этап – постановка проблемы и заслушивание сообщения о жизни и деятельности М.Фарадея. Преподаватель: Мы повторили основные понятия темы «Магнитное поле, его особенности». Электрический ток способен вызывать появление магнитного
3 поля. А не может ли магнитное поле создать электрический ток? Эту задачу пытались решить многие ученые в начале 19 века.
Слайд 5
Мир сложен – Он полон событий, сомнений И тайн бесконечных, И смелых догадок. Как
чудо
природы Является
гений
И в хаосе этом Находит порядок.
Слайды 6, 7
Преподаватель: Кто же он, этот гений, решивший поставленную задачу? Майкл Фарадей, английский физик. Если бы в мировой истории не появился такой человек, как Майкл Фарадей, то наша жизнь вряд ли была бы такой, какая она есть сейчас. У нас бы не было компьютеров, не было бы электричества, не было бы нержавеющей стали, не было бы медных проводов, алюминиевых ложек и ещё много чего. Но он возник и сделал столько величайших открытий, каждое из которых могло бы сделать его успешным, даже если бы он не открыл больше ничего. Откуда он взялся и как пришёл в науку? Как он смог перевернуть мир с ног на голову? (сообщение студента) Итак: М. Фарадей поставил перед собой задачу «Превратить магнетизм в электричество!» в 1821 году и только через 10 лет она была успешно решена 29 августа 1831 года. 2 этап – самостоятельная экспериментальная работа.
Слайд 8
Преподаватель: Ответьте на вопрос: можно ли получить электрический ток без источника тока (выслушивает предполагаемые ответы)? А сейчас мы с вами откроем за несколько минут то, на что Фарадей потратил 10 лет. У вас на столах находится оборудование, пользуясь которым вы попробуете себя в роли ученого-экспериментатора. Приступайте к работе, и через 3-4 минуты я готова выслушать ваши выводы о результатах экспериментов. (Студенты приступают к работе по получению тока с помощью МП) Заслушиваются результаты деятельности, и делается общий вывод по всем экспериментам: изменяющееся во времени МП порождает в замкнутом контуре переменный электрический ток. Преподаватель: Итак, вы все побыли в роли первооткрывателей и получили переменный ток с помощью МП, число линий которого должно изменяться: при внесении магнита в катушку число линий МП увеличивается, а при удалении магнита от катушки – уменьшается. Вот этот процесс и носит название – электромагнитная индукция. Обратите внимание на главную особенность явления - только переменное МП, может создать переменное ЭП, которое вызовет в проводнике переменный электрический ток.
4 Запишите в свои тетради определение: Электромагнитная индукция – это возникновение в замкнутом контуре переменного тока при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих данный контур. Этот переменный ток называют индукционным, т.е. наведенным с помощью МП. Давайте посмотрим, от чего будет зависеть сила индукционного тока. А) измените скорость перемещения магнита относительно катушки; Б) измените число витков в катушке (студенты выполняют эксперимент и наблюдают изменение величины тока в катушках). Преподаватель: Сформулируйте общий вывод, к которому пришли все мини- группы. Студенты делают вывод о том, что сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного поля и числа витков катушки
.
Слайд 9
3 этап: применение явления электромагнитной индукции в профессии «Автомеханик»
Слайд 10
Преподаватель: А теперь вернемся к началу нашего урока и рассмотрим устройство и принцип работы генератора и катушки зажигания. Студент Митин Валерий получил опережающее задание и сейчас он познакомит вас с устройством и принципом действия автомобильного генератора (схема выводится на экран). Работу катушки зажигания объясняет преподаватель с показом основных узлов по схеме.
Слайд 11
Вопросы к студентам по ходу объяснения: 1) Почему число витков вторичной катушки зажигания больше, чем первичной? 2) Почему сердечник катушки зажигания не сплошной? 3) Для чего служит прерыватель? 4)Зачем параллельно контактам прерывателя устанавливают конденсатор? Преподаватель: Наша с вами работа подходит к завершению. Мы рассмотрели все вопросы, запланированные на уроке. Какой вывод вы можете сделать по уроку? Понравилось вам быть в роли ученых-экспериментаторов? Нужна ли физика автомеханику? В каких устройствах вашей профессии применяется явление электромагнитной индукции? (выслушиваются ответы студентов). V. Закрепление полученных знаний, умений, навыков (7 мин.) Устная беседа «Незаконченные предложения»
Слайд 12
1. Электромагнитной индукцией называют возникновение… 2. Электромагнитную индукцию открыл… 3. В вашей профессии электромагнитная индукция используется в… 4. ЭДС во вторичной обмотке катушки зажигания появляется при… 5. Во 2-ой обмотке катушки зажигания число витков больше потому… 6. Сердечники катушки зажигания и ротора автомобильного генератора изготавливают из …
5 7. Электрогенератор является источником… 8. Выпрямительный блок служит для… 9. Прерыватель необходим для… VI. Подведение итогов работы, выставление оценок, комментарии домашнего задания (1 мин.).
Слайд 13
Домашнее задание: учебник физики -11 кл. авт. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин §8, вопросы § стр.30.
Слайд 14
Приложения к уроку «Электромагнитная индукция» Приложение 1. Тесты Вариант № 1. 1. При включении звукового сигнала детали, генерирующие звуковые колебания, перемещаются внутрь корпуса за счет… 1) упругости мембраны; 2) намагничивания якоря; 3) прохождения тока через искрогасящий резистор; 4) всех перечисленных явлений. 2. В каких из перечисленных устройств используется действие магнитного поля на проводник с током: 1) стартер; 2) сцепление; 3) амперметр? 1) только 1 и 2; 2) только 1 и3; 3) только 1; 4) во всех устройствах. 3. На рисунке изображен проводник, через который течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С? 1) в плоскости чертежа вверх; С 2) в плоскости чертежа вниз; 3) от нас перпендикулярно плоскости чертежа; 4) к нам перпендикулярно плоскости чертежа. 4. В плоскости листа находится проводник, по которому течет ток снизу вверх. На проводник действует сила Ампера, направленная из листа на нас. Это может происходить, если северный полюс магнита поднесли… 1) слева; 2) справа; 3) с передней стороны листа; 4) с задней стороны листа. 5. Прямолинейный проводник длинной 0,1 м, по которому течет ток силой 3А, находится в однородном магнитном поле индукцией 4 Тл и расположен под
6 углом 30º к вектору индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля? 1) 1,6 Н; 2) 0,6 Н; 3) 1,4 Н; 4) 2,4 Н. 6. Верно следующее утверждение: магнитное поле создается: а) покоящимися зарядами; б) движущимися зарядами; в) электрическими токами. 1) только а; 2) только а и б; 3) только б и в; 4) верны все.
7.
Найдите ошибки в следующих заданиях: А) Х Х Х Б) F F Х Х Х S ʘ N Х Х Х I I В) Г) ● ● ● F F ● ● ● F ● ● ● Вариант № 2. 1. В основе работы электродвигателя лежит… 1) электростатическое взаимодействие зарядов; 2) явление самоиндукции; 3) действие магнитного поля на проводник с током; 4) действие электрического поля на электрические заряды. 2. Действие магнитного поля на проводник с током используется в… 1) аккумуляторе; 2) трансмиссии; 3) звуковом сигнале.
7 3. На рисунке изображен проводник, через который течет электрический ток, направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С? С 1) в плоскости чертежа вверх; 2) плоскости чертежа вниз; 3) от нас перпендикулярно плоскости чертежа; 4) к нам перпендикулярно плоскости чертежа. 4. Силовые линии магнитного поля идут слева направо параллельно плоскости листа. Проводник с током перпендикулярен плоскости листа, а так течет в плоскость листа. Сила Ампера, действующая на проводник, направлена… 1) вправо; 2) влево; 3) вверх; 4) вниз. 5. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник длиной 0, 05 м действует сила 0,05 Н? Сила тока в проводнике 25А. Проводник расположен перпендикулярно линиям индукции. 1) 4Тл; 2) 0,04 Тл; 3) 0,4 Тл: 4) 40 Тл. 6. Верно следующее утверждение: магнитное поле действует на: 1) движущиеся заряды; 2) электрические токи; 3) покоящиеся заряды. 1) только 1 и 2; 2) только 2; 3) верны все; 4) только 1. 7. Найдите ошибки в следующих заданиях: А) S Б) ● ● ● ХХ F ● ● ● I N ● ● ● F I В) Г) N S F F
8 Сила Ампера направлена к нам Ответы: Вопросы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 В№1 2 2 4 2 2 3 А Б В В№2 3 3 4 4 2 1 А В Г Дополнительные задания: 1. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током в 30А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору индукции расположен проводник? 2. Какова сила тока в проводнике, находящемся в магнитном поле с индукцией 2Тл, если длина активной части проводника 20 см, сила, действующая на проводник, 0, 75 Н, а угол между направлением линий индукции и током 30 о ? 3. Сформулировать и решить задачи: S F I N А) Б) I Х Х Х Х F Х Х Х Х I В) Г)
9 Приложение № 2
МАЙКЛ ФАРАДЕЙ (1791г. – 1867г.)
Майкл Фарадей родился в Лондоне в 1791 году. Его отец был кузнецом, старший брат Майкла тоже пошёл по стопам отца, но Майклу была уготована совершенно другая судьба. Его семья жила бедно, да и местом проживания был один из беднейших кварталов Лондона. Такое положение семьи не позволило Майклу даже окончить среднюю школу. Но это его ещё больше закалило. Он стал читать всё, что ему попадалось под руку. Наибольший интерес для него представляли книги по физике и химии. В 13 лет он начал работать – устроился разносчиком книг и газет, но в 14 лет устроился на более спокойную работу, в книжную лавку. В книжной лавке Майкл обогащал свои знания по физике и химии – должностные обязанности позволяли ему это делать. Фарадей работал переплётчиком книг. Во время чтения Майкл сталкивался с описанием опытов, которые он пытался повторить в домашних условиях, часто эти попытки заканчивались успешно. Майкл проработал в книжной лавке 7 лет. За всё это время он получил знаний гораздо больше, чем его сверстники. Семья поощряла его тягу к знаниям, его брат даже давал ему деньги на посещение лекций в философском обществе. Там Майкл с упоением слушал лекции по физике и астрономии, но не только слушал, он ещё и записывал то, что рассказывали. Однажды один из посетителей книжной лавки дал Майклу билет на посещение лекций известного английского химика Гемфри Дэви. Майкл был столь впечатлён услышанным, что не преминул отправить свой конспект и письмо профессору Дэви. Дэви был удивлен знаниями Фарадея и спустя некоторое время взял его лаборантом в Королевский университет. На дворе был 1813 год, Наполеоновские войны подошли к концу, и Дэви решил отправиться в путешествие по Европе. В эту поездку он взял с собой Фарадея. За два года путешествия они посетили крупнейших учёных континента, побывали в
10 лучших лабораториях Италии и Франции. Эта поездка изменила жизнь Фарадея. Можно сказать, после этой поездки Майкл стал штамповать открытия одно за другим. В 1816 году Майкл стал читать курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. Этим лекциям Майкл уделял огромное внимание, поскольку у него в детстве не было возможности ходить на такие лекции, а также выработал ораторский талант. В 1820 году Майкл прочитал об открытии Эрстедом магнитного действия электрического тока. И это его так увлекло, что он потратил более 10 лет на открытие взаимодействия магнетизма и электрического тока и 29 августа 1831 года Майкл совершил открытие электромагнитной индукции. Открытие электромагнитной индукции вдохновило его на дальнейшие поиски взаимодействия различных сил. В 1832 году он открыл явление электролиза – пропускание тока через растворы с выделением ценных компонентов, и сейчас электролиз широко применяется в металлургии и химической технологии. В 1840 году здоровье Фарадея подорвалось, и он был вынужден оставить науку на целых пять лет. Но в 1848 году он вернулся с новым открытием – в этот раз он «намагнитил» свет. Это открытие позволило ему открыть поляризацию света и связать магнетизм с оптикой. Фарадей сделал столько открытий, что сейчас, куда ни глянь, мы сплошь пользуемся его открытиями. Все его теории были впоследствии научно обоснованы. За его выдающиеся заслуги Королевским обществом Великобритании была учреждена Медаль Фарадея – одна из престижнейших наград в научном мире. Секрет успеха Майкла Фарадея. 1) Используй то, что есть под рукой; 2) Не бойся авторитетов; 3) Учись у других; 4) Рассказывай о своих открытиях; 5) Пытайся докопаться до истины; 6) Ищи связи в несвязанных на первый взгляд явлениях; 7) Делай открытия, меняющие мир.
11 Приложение №3
Контактная система зажигания
Рабочая смесь в цилиндре двигателя зажигается электрическим разрядом – искрой, образующейся между электродами свечи зажигания. Для образования электрического разряда в условиях сжатой рабочей смеси необходимо напряжение не менее 12 – 16 кВ. Преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения и распределение его по цилиндрам двигателя осуществляется приборами батарейного зажигания. Система батарейного зажигания состоит из источника тока низкого напряжения, катушки зажигания, прерывателя распределителя, конденсатора, свечей зажигания, выключателя зажигания и проводов низкого и высокого напряжений. В системе батарейного зажигания имеется две цепи – низкого и высокого напряжения. Цепь низкого напряжения питается от аккумуляторной батареи или генератора. В эту цепь кроме источников тока последовательно включены включатель зажигания, первичная обмотка катушки зажигания с добавочным резистором и прерыватель. Цепь высокого напряжения состоит из вторичной обмотки катушки зажигания, распределителя, проводов высокого напряжения, свечей зажигания.
12 Образование тока высокого напряжения в катушке зажигания основано на принципе взаимоиндукции. При включенном выключателе зажигания и сомкнутых контактах прерывателя ток от аккумуляторной батареи или генератора поступает на первичную обмотку катушки зажигания, вследствие чего вокруг нее образуется магнитное поле. При размыкании контактов прерывателя ток в первичной обмотке катушки зажигания и магнитный поток вокруг нее исчезают. Исчезающий магнитный поток пересекает витки вторичной и первичной обмоток катушки зажигания и в каждом из них возникает небольшая Э.Д.С. Благодаря большому числу витков вторичной обмотки, последовательно соединенных между собой, общее напряжение на ее концах достигает 20…24 кВ. От катушки зажигания через провод высокого напряжения, распределитель ток высокого напряжения поступает к свечам зажигания, в результате чего между электродами свечей возникает искровой разряд, зажигающий рабочую смесь.
13 Приложение №4
Устройство и принцип работы генератора
Современный автомобиль не может работать без электрического тока. При помощи электрического тока происходит зажигание рабочей смеси в карбюраторных и газосмесительных двигателях, пуск двигателя стартером, приводятся в действие световая и звуковая сигнализация, контрольно- измерительные приборы, освещение и дополнительное оборудование. Для получения электрической энергии на автомобиле устанавливаются источники электрического тока – генератор и аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую энергию в электрическую, а аккумуляторная батарея – химическую энергию в электрическую. Генератор состоит из статора, ротора, щеток, выпрямительного блока, электронного регулятора напряжения, двух крышек, которые стягиваются при помощи стяжных болтов, а также приводного шкива с вентилятором и конденсатора. Статор состоит из сердечника и катушек обмотки. Сердечник статора изготавливают в виде кольца из отдельных стальных пластин, изолированных друг от друга лаком; это сделано для уменьшения потерь на вихревые токи. На его внутренней поверхности имеются зубцы, на которых надеты катушки. Катушки образуют обмотку статора, разделенную на три фазы, расположенные
14 под углом 120 по отношению друг к другу. Одни концы каждой фазы соединены между собой в одну точку, называемую нулевой, а другие выводятся в цепь. Ротор состоит из вала, на котором напрессована втулка с обмоткой возбуждения, и шести пар электромагнитных полюсных наконечников, создающих под действием обмотки возбуждения магнитное поле. На валу ротора установлены два контактных кольца, через которые в обмотку возбуждения подается электрический ток. По контактным кольцам скользят графитовые щетки, соединенные с выводами В и Ш регулятора напряжения. Ротор вращается в шариковых подшипниках, установленных в передней и задней крышках. Они заполнены специальной смазкой, рассчитанной на весь срок службы генератора. В связи с тем, что для заряда аккумуляторной батареи необходим постоянный ток, внутри задней крышки генератора помещен выпрямительный блок, преобразующий переменный ток в постоянный. Работа генератора осуществляется следующим образом. При включении зажигания загорается контрольная лампа на щитке приборов, сигнализирующая о том, что в обмотку возбуждения ротора поступает ток от аккумуляторной батареи. Протекающий по обмотке возбуждения ток создает вокруг полюсов ротора магнитный поток. После пуска двигателя, когда ротор генератора стал вращаться, под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный полюс ротора. Поэтому магнитный поток, проходящий через зубцы статора, меняется по силе и направлению. Переменный магнитный поток пересекает витки обмотки статора, индуцируя в нем ЭДС. Переменное напряжение и ток, индуктированные в обмотке статора, выпрямляются выпрямительным блоком, и для питания потребителей уже идет постоянный ток, снимаемый с клемм генератора.
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ФИЗИКИ «ЯВЛЕНИЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ»
Зубарева Валентина Александровна «Липецкий колледж транспорта и дорожного хозяйства» Цели урока: Образовательные: изучить физические особенности явления электромагнитной индукции, сформировать понятия: электромагнитная индукция, индукционный ток; познакомить студентов с применением явления электромагнитной индукции в профессии «Автомеханик». Развивающие: развить познавательные интересы и способности студентов при выявлении сути процессов, логическое мышление для объяснения результатов опытов; развить интеллектуальные умения студентов (наблюдать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, анализировать, делать выводы). Воспитательные: на примере биографических фактов из жизни М.Фарадея, показать целеустремленность и трудолюбие ученого. Тип урока: урок изучения нового материала. Вид урока: комбинированный Общие компетенции (ОК), на формирование которых направлен урок: ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, исходя из цели и способов ее достижения. ОК 3. Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы. ОК 4. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач. ОК 6. Работать в коллективе и команде. Оборудование урока: ПК, мультимедиа-проектор, полосовые магниты (8 шт.), гальванометры(3 шт.), катушки(4 шт.), миллиамперметр, модель генератора переменного тока, соединительные провода, модель двигателя автомобиля, модель трансформатора. Дидактическое обеспечение урока: компьютерная презентация, тесты, схема генератора переменного тока, схема системы зажигания автомобиля, портрет М.Фарадея. Ход урока:
2 I. Организационный момент (1 мин.) А) приветствие; Б) проверка посещаемости; В) проверка принадлежностей II. Мотивация и стимулирование деятельности студентов. Преподаватель: Мы сегодня проводим урок физики в лаборатории, где на специальных стендах вы изучаете устройство и принцип работы отдельных узлов и агрегатов автомобиля. И это не случайно. Потому что основные физические процессы и явления положены в основу работы всех технических изобретений человечества, в том числе и автомобиля. Давайте посмотрим, что происходит, когда вы садитесь за руль автомобиля и поворачиваете ключ в замке зажигания? (Преподаватель подходит к действующей модели двигателя и запускает его) (Студенты высказывают свои предположения, делается вывод о том, что начинает работать электрический генератор, который питает все основные потребители). А как устроен и каков принцип работы генератора? Зачем нужна катушка зажигания? Ее действие? Вот на эти вопросы, которые мы поставили сегодня вначале нашего урока, мы попытаемся ответить. Сообщается тема урока: «Явление электромагнитной индукции» и цель урока.
Слайды 1, 2
III. Проверка ранее изученного материала (10мин.) Преподаватель: Прежде чем мы приступим к рассмотрению новой темы, нам необходимо вспомнить ранее изученный материал по теме «Магнитное поле». Вы получите задания на листах, будете работать в парах, помогая друг другу, отвечать на вопросы тестов, решать вычислительные задачи и находить ошибки в заданиях. По окончанию работы вы сверите свои результаты с правильными ответами и выставите себе отметки. Всего заданий -10. Обратите внимание: нельзя исправлять свои ответы! Я желаю вам успехов в данной работе! Время работы – 10 минут. Самоконтроль и самооценка.
Слайды 3, 4
По окончанию работы студенты сверяют свои ответы и выставляют отметки (правильные ответы выведены на экран и даны критерии оценивания) 10-9 ответов –«5» 9- 7 ответов –«4» 7-6 ответов –«3» Менее 6 ответов - «2» IV. Изучение нового материала (25 мин.) 1этап – постановка проблемы и заслушивание сообщения о жизни и деятельности М.Фарадея. Преподаватель: Мы повторили основные понятия темы «Магнитное поле, его особенности». Электрический ток способен вызывать появление магнитного
3 поля. А не может ли магнитное поле создать электрический ток? Эту задачу пытались решить многие ученые в начале 19 века.
Слайд 5
Мир сложен – Он полон событий, сомнений И тайн бесконечных, И смелых догадок. Как
чудо
природы Является
гений
И в хаосе этом Находит порядок.
Слайды 6, 7
Преподаватель: Кто же он, этот гений, решивший поставленную задачу? Майкл Фарадей, английский физик. Если бы в мировой истории не появился такой человек, как Майкл Фарадей, то наша жизнь вряд ли была бы такой, какая она есть сейчас. У нас бы не было компьютеров, не было бы электричества, не было бы нержавеющей стали, не было бы медных проводов, алюминиевых ложек и ещё много чего. Но он возник и сделал столько величайших открытий, каждое из которых могло бы сделать его успешным, даже если бы он не открыл больше ничего. Откуда он взялся и как пришёл в науку? Как он смог перевернуть мир с ног на голову? (сообщение студента) Итак: М. Фарадей поставил перед собой задачу «Превратить магнетизм в электричество!» в 1821 году и только через 10 лет она была успешно решена 29 августа 1831 года. 2 этап – самостоятельная экспериментальная работа.
Слайд 8
Преподаватель: Ответьте на вопрос: можно ли получить электрический ток без источника тока (выслушивает предполагаемые ответы)? А сейчас мы с вами откроем за несколько минут то, на что Фарадей потратил 10 лет. У вас на столах находится оборудование, пользуясь которым вы попробуете себя в роли ученого-экспериментатора. Приступайте к работе, и через 3-4 минуты я готова выслушать ваши выводы о результатах экспериментов. (Студенты приступают к работе по получению тока с помощью МП) Заслушиваются результаты деятельности, и делается общий вывод по всем экспериментам: изменяющееся во времени МП порождает в замкнутом контуре переменный электрический ток. Преподаватель: Итак, вы все побыли в роли первооткрывателей и получили переменный ток с помощью МП, число линий которого должно изменяться: при внесении магнита в катушку число линий МП увеличивается, а при удалении магнита от катушки – уменьшается. Вот этот процесс и носит название – электромагнитная индукция. Обратите внимание на главную особенность явления - только переменное МП, может создать переменное ЭП, которое вызовет в проводнике переменный электрический ток.
4 Запишите в свои тетради определение: Электромагнитная индукция – это возникновение в замкнутом контуре переменного тока при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих данный контур. Этот переменный ток называют индукционным, т.е. наведенным с помощью МП. Давайте посмотрим, от чего будет зависеть сила индукционного тока. А) измените скорость перемещения магнита относительно катушки; Б) измените число витков в катушке (студенты выполняют эксперимент и наблюдают изменение величины тока в катушках). Преподаватель: Сформулируйте общий вывод, к которому пришли все мини- группы. Студенты делают вывод о том, что сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного поля и числа витков катушки
.
Слайд 9
3 этап: применение явления электромагнитной индукции в профессии «Автомеханик»
Слайд 10
Преподаватель: А теперь вернемся к началу нашего урока и рассмотрим устройство и принцип работы генератора и катушки зажигания. Студент Митин Валерий получил опережающее задание и сейчас он познакомит вас с устройством и принципом действия автомобильного генератора (схема выводится на экран). Работу катушки зажигания объясняет преподаватель с показом основных узлов по схеме.
Слайд 11
Вопросы к студентам по ходу объяснения: 1) Почему число витков вторичной катушки зажигания больше, чем первичной? 2) Почему сердечник катушки зажигания не сплошной? 3) Для чего служит прерыватель? 4)Зачем параллельно контактам прерывателя устанавливают конденсатор? Преподаватель: Наша с вами работа подходит к завершению. Мы рассмотрели все вопросы, запланированные на уроке. Какой вывод вы можете сделать по уроку? Понравилось вам быть в роли ученых-экспериментаторов? Нужна ли физика автомеханику? В каких устройствах вашей профессии применяется явление электромагнитной индукции? (выслушиваются ответы студентов). V. Закрепление полученных знаний, умений, навыков (7 мин.) Устная беседа «Незаконченные предложения»
Слайд 12
1. Электромагнитной индукцией называют возникновение… 2. Электромагнитную индукцию открыл… 3. В вашей профессии электромагнитная индукция используется в… 4. ЭДС во вторичной обмотке катушки зажигания появляется при… 5. Во 2-ой обмотке катушки зажигания число витков больше потому… 6. Сердечники катушки зажигания и ротора автомобильного генератора изготавливают из …
5 7. Электрогенератор является источником… 8. Выпрямительный блок служит для… 9. Прерыватель необходим для… VI. Подведение итогов работы, выставление оценок, комментарии домашнего задания (1 мин.).
Слайд 13
Домашнее задание: учебник физики -11 кл. авт. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин §8, вопросы § стр.30.
Слайд 14
Приложения к уроку «Электромагнитная индукция» Приложение 1. Тесты Вариант № 1. 1. При включении звукового сигнала детали, генерирующие звуковые колебания, перемещаются внутрь корпуса за счет… 1) упругости мембраны; 2) намагничивания якоря; 3) прохождения тока через искрогасящий резистор; 4) всех перечисленных явлений. 2. В каких из перечисленных устройств используется действие магнитного поля на проводник с током: 1) стартер; 2) сцепление; 3) амперметр? 1) только 1 и 2; 2) только 1 и3; 3) только 1; 4) во всех устройствах. 3. На рисунке изображен проводник, через который течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С? 1) в плоскости чертежа вверх; С 2) в плоскости чертежа вниз; 3) от нас перпендикулярно плоскости чертежа; 4) к нам перпендикулярно плоскости чертежа. 4. В плоскости листа находится проводник, по которому течет ток снизу вверх. На проводник действует сила Ампера, направленная из листа на нас. Это может происходить, если северный полюс магнита поднесли… 1) слева; 2) справа; 3) с передней стороны листа; 4) с задней стороны листа. 5. Прямолинейный проводник длинной 0,1 м, по которому течет ток силой 3А, находится в однородном магнитном поле индукцией 4 Тл и расположен под
6 углом 30º к вектору индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля? 1) 1,6 Н; 2) 0,6 Н; 3) 1,4 Н; 4) 2,4 Н. 6. Верно следующее утверждение: магнитное поле создается: а) покоящимися зарядами; б) движущимися зарядами; в) электрическими токами. 1) только а; 2) только а и б; 3) только б и в; 4) верны все.
7.
Найдите ошибки в следующих заданиях: А) Х Х Х Б) F F Х Х Х S ʘ N Х Х Х I I В) Г) ● ● ● F F ● ● ● F ● ● ● Вариант № 2. 1. В основе работы электродвигателя лежит… 1) электростатическое взаимодействие зарядов; 2) явление самоиндукции; 3) действие магнитного поля на проводник с током; 4) действие электрического поля на электрические заряды. 2. Действие магнитного поля на проводник с током используется в… 1) аккумуляторе; 2) трансмиссии; 3) звуковом сигнале.
7 3. На рисунке изображен проводник, через который течет электрический ток, направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С? С 1) в плоскости чертежа вверх; 2) плоскости чертежа вниз; 3) от нас перпендикулярно плоскости чертежа; 4) к нам перпендикулярно плоскости чертежа. 4. Силовые линии магнитного поля идут слева направо параллельно плоскости листа. Проводник с током перпендикулярен плоскости листа, а так течет в плоскость листа. Сила Ампера, действующая на проводник, направлена… 1) вправо; 2) влево; 3) вверх; 4) вниз. 5. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник длиной 0, 05 м действует сила 0,05 Н? Сила тока в проводнике 25А. Проводник расположен перпендикулярно линиям индукции. 1) 4Тл; 2) 0,04 Тл; 3) 0,4 Тл: 4) 40 Тл. 6. Верно следующее утверждение: магнитное поле действует на: 1) движущиеся заряды; 2) электрические токи; 3) покоящиеся заряды. 1) только 1 и 2; 2) только 2; 3) верны все; 4) только 1. 7. Найдите ошибки в следующих заданиях: А) S Б) ● ● ● ХХ F ● ● ● I N ● ● ● F I В) Г) N S F F
8 Сила Ампера направлена к нам Ответы: Вопросы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 В№1 2 2 4 2 2 3 А Б В В№2 3 3 4 4 2 1 А В Г Дополнительные задания: 1. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током в 30А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору индукции расположен проводник? 2. Какова сила тока в проводнике, находящемся в магнитном поле с индукцией 2Тл, если длина активной части проводника 20 см, сила, действующая на проводник, 0, 75 Н, а угол между направлением линий индукции и током 30 о ? 3. Сформулировать и решить задачи: S F I N А) Б) I Х Х Х Х F Х Х Х Х I В) Г)
9 Приложение № 2
МАЙКЛ ФАРАДЕЙ (1791г. – 1867г.)
Майкл Фарадей родился в Лондоне в 1791 году. Его отец был кузнецом, старший брат Майкла тоже пошёл по стопам отца, но Майклу была уготована совершенно другая судьба. Его семья жила бедно, да и местом проживания был один из беднейших кварталов Лондона. Такое положение семьи не позволило Майклу даже окончить среднюю школу. Но это его ещё больше закалило. Он стал читать всё, что ему попадалось под руку. Наибольший интерес для него представляли книги по физике и химии. В 13 лет он начал работать – устроился разносчиком книг и газет, но в 14 лет устроился на более спокойную работу, в книжную лавку. В книжной лавке Майкл обогащал свои знания по физике и химии – должностные обязанности позволяли ему это делать. Фарадей работал переплётчиком книг. Во время чтения Майкл сталкивался с описанием опытов, которые он пытался повторить в домашних условиях, часто эти попытки заканчивались успешно. Майкл проработал в книжной лавке 7 лет. За всё это время он получил знаний гораздо больше, чем его сверстники. Семья поощряла его тягу к знаниям, его брат даже давал ему деньги на посещение лекций в философском обществе. Там Майкл с упоением слушал лекции по физике и астрономии, но не только слушал, он ещё и записывал то, что рассказывали. Однажды один из посетителей книжной лавки дал Майклу билет на посещение лекций известного английского химика Гемфри Дэви. Майкл был столь впечатлён услышанным, что не преминул отправить свой конспект и письмо профессору Дэви. Дэви был удивлен знаниями Фарадея и спустя некоторое время взял его лаборантом в Королевский университет. На дворе был 1813 год, Наполеоновские войны подошли к концу, и Дэви решил отправиться в путешествие по Европе. В эту поездку он взял с собой Фарадея. За два года путешествия они посетили крупнейших учёных континента, побывали в
10 лучших лабораториях Италии и Франции. Эта поездка изменила жизнь Фарадея. Можно сказать, после этой поездки Майкл стал штамповать открытия одно за другим. В 1816 году Майкл стал читать курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. Этим лекциям Майкл уделял огромное внимание, поскольку у него в детстве не было возможности ходить на такие лекции, а также выработал ораторский талант. В 1820 году Майкл прочитал об открытии Эрстедом магнитного действия электрического тока. И это его так увлекло, что он потратил более 10 лет на открытие взаимодействия магнетизма и электрического тока и 29 августа 1831 года Майкл совершил открытие электромагнитной индукции. Открытие электромагнитной индукции вдохновило его на дальнейшие поиски взаимодействия различных сил. В 1832 году он открыл явление электролиза – пропускание тока через растворы с выделением ценных компонентов, и сейчас электролиз широко применяется в металлургии и химической технологии. В 1840 году здоровье Фарадея подорвалось, и он был вынужден оставить науку на целых пять лет. Но в 1848 году он вернулся с новым открытием – в этот раз он «намагнитил» свет. Это открытие позволило ему открыть поляризацию света и связать магнетизм с оптикой. Фарадей сделал столько открытий, что сейчас, куда ни глянь, мы сплошь пользуемся его открытиями. Все его теории были впоследствии научно обоснованы. За его выдающиеся заслуги Королевским обществом Великобритании была учреждена Медаль Фарадея – одна из престижнейших наград в научном мире. Секрет успеха Майкла Фарадея. 1) Используй то, что есть под рукой; 2) Не бойся авторитетов; 3) Учись у других; 4) Рассказывай о своих открытиях; 5) Пытайся докопаться до истины; 6) Ищи связи в несвязанных на первый взгляд явлениях; 7) Делай открытия, меняющие мир.
11 Приложение №3
Контактная система зажигания
Рабочая смесь в цилиндре двигателя зажигается электрическим разрядом – искрой, образующейся между электродами свечи зажигания. Для образования электрического разряда в условиях сжатой рабочей смеси необходимо напряжение не менее 12 – 16 кВ. Преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения и распределение его по цилиндрам двигателя осуществляется приборами батарейного зажигания. Система батарейного зажигания состоит из источника тока низкого напряжения, катушки зажигания, прерывателя распределителя, конденсатора, свечей зажигания, выключателя зажигания и проводов низкого и высокого напряжений. В системе батарейного зажигания имеется две цепи – низкого и высокого напряжения. Цепь низкого напряжения питается от аккумуляторной батареи или генератора. В эту цепь кроме источников тока последовательно включены включатель зажигания, первичная обмотка катушки зажигания с добавочным резистором и прерыватель. Цепь высокого напряжения состоит из вторичной обмотки катушки зажигания, распределителя, проводов высокого напряжения, свечей зажигания.
12 Образование тока высокого напряжения в катушке зажигания основано на принципе взаимоиндукции. При включенном выключателе зажигания и сомкнутых контактах прерывателя ток от аккумуляторной батареи или генератора поступает на первичную обмотку катушки зажигания, вследствие чего вокруг нее образуется магнитное поле. При размыкании контактов прерывателя ток в первичной обмотке катушки зажигания и магнитный поток вокруг нее исчезают. Исчезающий магнитный поток пересекает витки вторичной и первичной обмоток катушки зажигания и в каждом из них возникает небольшая Э.Д.С. Благодаря большому числу витков вторичной обмотки, последовательно соединенных между собой, общее напряжение на ее концах достигает 20…24 кВ. От катушки зажигания через провод высокого напряжения, распределитель ток высокого напряжения поступает к свечам зажигания, в результате чего между электродами свечей возникает искровой разряд, зажигающий рабочую смесь.
13 Приложение №4
Устройство и принцип работы генератора
Современный автомобиль не может работать без электрического тока. При помощи электрического тока происходит зажигание рабочей смеси в карбюраторных и газосмесительных двигателях, пуск двигателя стартером, приводятся в действие световая и звуковая сигнализация, контрольно- измерительные приборы, освещение и дополнительное оборудование. Для получения электрической энергии на автомобиле устанавливаются источники электрического тока – генератор и аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую энергию в электрическую, а аккумуляторная батарея – химическую энергию в электрическую. Генератор состоит из статора, ротора, щеток, выпрямительного блока, электронного регулятора напряжения, двух крышек, которые стягиваются при помощи стяжных болтов, а также приводного шкива с вентилятором и конденсатора. Статор состоит из сердечника и катушек обмотки. Сердечник статора изготавливают в виде кольца из отдельных стальных пластин, изолированных друг от друга лаком; это сделано для уменьшения потерь на вихревые токи. На его внутренней поверхности имеются зубцы, на которых надеты катушки. Катушки образуют обмотку статора, разделенную на три фазы, расположенные
14 под углом 120 по отношению друг к другу. Одни концы каждой фазы соединены между собой в одну точку, называемую нулевой, а другие выводятся в цепь. Ротор состоит из вала, на котором напрессована втулка с обмоткой возбуждения, и шести пар электромагнитных полюсных наконечников, создающих под действием обмотки возбуждения магнитное поле. На валу ротора установлены два контактных кольца, через которые в обмотку возбуждения подается электрический ток. По контактным кольцам скользят графитовые щетки, соединенные с выводами В и Ш регулятора напряжения. Ротор вращается в шариковых подшипниках, установленных в передней и задней крышках. Они заполнены специальной смазкой, рассчитанной на весь срок службы генератора. В связи с тем, что для заряда аккумуляторной батареи необходим постоянный ток, внутри задней крышки генератора помещен выпрямительный блок, преобразующий переменный ток в постоянный. Работа генератора осуществляется следующим образом. При включении зажигания загорается контрольная лампа на щитке приборов, сигнализирующая о том, что в обмотку возбуждения ротора поступает ток от аккумуляторной батареи. Протекающий по обмотке возбуждения ток создает вокруг полюсов ротора магнитный поток. После пуска двигателя, когда ротор генератора стал вращаться, под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный полюс ротора. Поэтому магнитный поток, проходящий через зубцы статора, меняется по силе и направлению. Переменный магнитный поток пересекает витки обмотки статора, индуцируя в нем ЭДС. Переменное напряжение и ток, индуктированные в обмотке статора, выпрямляются выпрямительным блоком, и для питания потребителей уже идет постоянный ток, снимаемый с клемм генератора.
В раздел среднее профессиональное образование