Лабораторна работа по физика: "Изучаване на явлението електромагнитна индукция." Феноменът на електромагнитната индукция Изучаването на феномена на електромагнитната индукция

30.01.2022

Учител по физика GBOU средно училище № 58 на град Севастопол Safronenko N.I.

Тема на урока: Експериментите на Фарадей. Електромагнитна индукция.

Лабораторна работа "Изследване на явлението електромагнитна индукция"

Цели на урока : Знам/разбирай: дефиниция на явлението електромагнитна индукция. Да може да опише и обясни електромагнитната индукция,да могат да наблюдават природни явления, да използват прости измервателни уреди за изучаване на физически явления.

- разработване: развиват логическо мислене, познавателен интерес, наблюдателност.

- образователни: Изградете увереност във възможността за познаване на природата,трябваразумно използване на постиженията на науката за по-нататъшното развитие на човешкото общество, уважение към създателите на науката и технологиите.

Оборудване: Електромагнитна индукция: галванометърна намотка, магнит, сърцевинна намотка, източник на ток, реостат, променливотокова намотка на сърцевината, плътен и прорезен пръстен, намотка с крушка. Филм за М. Фарадей.

Тип урок: комбиниран урок

Метод на урока: частично изследователски, обяснителни и илюстративни

Домашна работа:

§21(стр.90-93), устно отговори на въпроси стр.90, тест 11 стр.108

Лабораторна работа

Изследване на феномена на електромагнитната индукция

Обективен: да разбера

1) при какви условия възниква индукционен ток в затворена верига (намотка);

2) какво определя посоката на индукционния ток;

3) какво определя силата на индукционния ток.

Оборудване : милиамперметър, намотка, магнит

По време на занятията.

Свържете краищата на бобината към клемите на милиамперметъра.

1. Разберете какво електрически ток (индуктивен) в намотката възниква, когато магнитното поле вътре в намотката се промени. Промените в магнитното поле вътре в намотка могат да бъдат предизвикани чрез натискане на магнит в или извън намотката.

а) Поставете магнита с южния полюс в намотката и след това го извадете.

b) Поставете магнита със северния полюс в намотката и след това го извадете.

Когато магнитът се движи, появи ли се ток (индуктивен) в намотката? (При промяна на магнитното поле появи ли се индукционен ток вътре в намотката?)

2. Разберете какво посоката на индукционния ток зависи от посоката на движение на магнита спрямо намотката (магнитът се поставя или отстранява) и на кой полюс се поставя или отстранява магнитът.

а) Поставете магнита с южния полюс в намотката и след това го извадете. Наблюдавайте какво се случва със стрелката на милиамперметъра и в двата случая.

b) Поставете магнита със северния полюс в намотката и след това го извадете. Наблюдавайте какво се случва със стрелката на милиамперметъра и в двата случая. Начертайте посоките на отклонение на стрелката на милиамперметъра:

магнитни полюси

Да се навива

От макарата

Южен полюс

Северен полюс

3. Разберете какво силата на индукционния ток зависи от скоростта на магнита (скоростта на промяна на магнитното поле в бобината).

Бавно поставете магнита в намотката. Наблюдавайте показанията на милиамперметъра.

Бързо поставете магнита в намотката. Наблюдавайте показанията на милиамперметъра.

Заключение.

По време на занятията

Път към знанието? Тя е лесна за разбиране. Отговорът е прост: „Грешите отново и отново, но всеки път по-малко, по-малко. Изразявам надежда, че днешният урок ще бъде с един по-малко по този път на знанието. Нашият урок е посветен на явлението електромагнитна индукция, което е открито от английския физик Майкъл Фарадей на 29 август 1831 г. Рядък случай, когато датата на ново забележително откритие е известна толкова точно!

Феноменът на електромагнитната индукция е феноменът на възникване на електрически ток в затворен проводник (намотка), когато външно магнитно поле се промени вътре в намотката. Токът се нарича индуктивен. Индукция - насочване, приемане.

Целта на урока: изучаване на явлението електромагнитна индукция, т.е. при какви условия възниква индукционен ток в затворена верига (намотка), разберете какво определя посоката и големината на индукционния ток.

Едновременно с изучаването на материала ще извършвате лабораторни работи.

В началото на 19 век (1820 г.), след опитите на датския учен Ерстед, става ясно, че електрическият ток създава около себе си магнитно поле. Нека да преразгледаме този опит. (Студент разказва опита на Ерстед ). След това възникна въпросът дали е възможно да се получи ток с помощта на магнитно поле, т.е. извършете обратното действие. През първата половина на 19-ти век учените се обърнаха към точно такива експерименти: започнаха да търсят възможността за създаване на електрически ток поради магнитно поле. М. Фарадей пише в дневника си: „Превърнете магнетизма в електричество“. И вървеше към целта си почти десет години. Справи се блестящо със задачата. Като напомняне за това, за което трябва да мисли през цялото време, той носеше магнит в джоба си. С този урок ще отдадем почит на великия учен.

Помислете за Майкъл Фарадей. Кой е той? (Студентът говори за М. Фарадей ).

Синът на ковач, търговец на вестници, книговезец, самоук, който самостоятелно изучава физика и химия от книги, лаборант на изключителния химик Деви и накрая учен, свърши страхотна работа, прояви изобретателност, постоянство, постоянство, докато не получи електрически ток с помощта на магнитно поле.

Нека да направим пътуване до онези далечни времена и да възпроизведем експериментите на Фарадей. Фарадей се смята за най-великия експериментатор в историята на физиката.

н С

1) 2)

Сн

Магнитът беше поставен в намотката. Когато магнитът се движи, в намотката се записва ток (индукция). Първата схема беше доста проста. Първо, М. Фарадей използва бобина с голям брой завои в своите експерименти. Бобината беше свързана към милиамперметров инструмент. Трябва да се каже, че в онези далечни времена нямаше достатъчно добри инструменти за измерване на електрически ток. Затова те използвали необичайно техническо решение: взели магнитна игла, поставили до нея проводник, през който протичал ток, а токът се оценявал по отклонението на магнитната игла. Ще преценим тока по показанията на милиамперметър.

Студентите възпроизвеждат опита, изпълняват стъпка 1 от лабораторната работа. Забелязахме, че стрелката на милиамперметъра се отклонява от нулевата си стойност, т.е. показва, че във веригата се е появил ток, когато магнитът се движи. Веднага след като магнитът спре, стрелката се връща в нулева позиция, т.е. няма електрически ток във веригата. Токът се появява, когато магнитното поле вътре в намотката се промени.

Стигнахме до това, за което говорихме в началото на урока: получихме електрически ток, използвайки променящо се магнитно поле. Това е първата заслуга на М. Фарадей.

Втората заслуга на М. Фарадей - той установи от какво зависи посоката на индукционния ток. Ще го инсталираме и ние.Студентите изпълняват т.2 в лабораторната работа. Нека се обърнем към параграф 3 от лабораторната работа. Нека разберем, че силата на индукционния ток зависи от скоростта на магнита (скоростта на промяна на магнитното поле в намотката).

Какви изводи направи М. Фарадей?

В затворена верига се появява електрически ток, когато магнитното поле се промени (ако магнитното поле съществува, но не се променя, значи няма ток).

Посоката на индукционния ток зависи от посоката на движение на магнита и неговите полюси.

Силата на индуктивния ток е пропорционална на скоростта на промяна на магнитното поле.

Вторият експеримент на М. Фарадей:

Взех две намотки на общо ядро. Единият е свързан към милиамперметър, а вторият с ключ към източник на ток. Веднага след като веригата беше затворена, милиамперметърът показа индукционния ток. Отвори също, показа ток. Докато веригата е затворена, т.е. има ток във веригата, милиамперметърът не показа тока. Магнитното поле съществува, но не се променя.

Помислете за съвременната версия на експериментите на М. Фарадей. Вкарваме и изваждаме електромагнит, ядро в намотка, свързана с галванометър, включваме и изключваме тока, променяме силата на тока с помощта на реостат. Върху сърцевината на бобината се поставя намотка с крушка, през която протича променлив ток.

Открих условия поява в затворена верига (намотка) на индукционен ток. И какво епричина неговото възникване? Припомнете си условията за съществуване на електрически ток. Това са: заредени частици и електрическо поле. Факт е, че променящото се магнитно поле генерира електрическо поле (вихър) в пространството, което действа върху свободните електрони в намотката и ги привежда в насочено движение, създавайки по този начин индукционен ток.

Магнитното поле се променя, броят на линиите на магнитно поле през затворен контур се променя. Ако завъртите рамката в магнитно поле, тогава в нея ще се появи индукционен ток.Показване на модела на генератора.

Откриването на феномена на електромагнитната индукция беше от голямо значение за развитието на технологията, за създаването на генератори, с помощта на които се генерира електрическа енергия, които се използват в енергийните промишлени предприятия (електроцентрали).От 12.02 минути се показва филм за М. Фарадей „От електричество към електрически генератори”.

Трансформаторите работят върху феномена на електромагнитната индукция, с помощта на която предават електричество без загуба.Показан е електропровод.

Феноменът на електромагнитната индукция се използва при работата на дефектоскоп, с помощта на който се изследват стоманени греди и релси (хетерогенностите в лъча изкривяват магнитното поле и в намотката на дефектоскопа се появява индукционен ток).

Бих искал да припомня думите на Хелмхолц: „Докато хората се радват на предимствата на електричеството, те ще помнят името на Фарадей“.

„Нека са свети онези, които в творчески плам, изследвайки целия свят, откриха закони в него.”

Мисля, че по нашия път на знанието има още по-малко грешки.

Какво научихте? (Че токът може да се получи с помощта на променящо се магнитно поле. Открихме от какво зависи посоката и големината на индукционния ток).

Какво научихте? (Вземете индукционен ток, като използвате променящо се магнитно поле).

въпроси:

През първите две секунди в металния пръстен се вкарва магнит, през следващите две секунди той е неподвижен вътре в пръстена, през следващите две секунди се отстранява. Колко време отнема токът да протече през бобината? (От 1-2 секунди; 5-6 секунди).

Върху магнита се поставя пръстен с прорез и без. Какъв е индуцираният ток? (В затворен кръг)

Върху сърцевината на бобината, която е свързана към източник на променлив ток, има пръстен. Включете тока и пръстенът отскача. Защо?

Оформление на дъската:

"Превърнете магнетизма в електричество"

М. Фарадей

Портрет на М. Фарадей

Чертежи на опитите на М. Фарадей.

Електромагнитната индукция е явлението на възникване на електрически ток в затворен проводник (намотка), когато външно магнитно поле се променя вътре в намотката.

Този ток се нарича индуктивен.

Цел на работата: Изучаване на явлението електромагнитна индукция.
Оборудване: милиамперметър, бобина, дъгообразен магнит, източник на захранване, намотка с желязна сърцевина от сгъваем електромагнит, реостат, ключ, свързващи проводници, модел генератор на електрически ток (по един за клас).
Инструкции за работа:
1. Свържете бобината-бобина към скобите на милиамперметъра.
2. Гледайки показанията на милиамперметъра, приближете един от полюсите на магнита към намотката, след това спрете магнита за няколко секунди и след това отново го приближете до намотката, като го плъзнете в нея (фиг. 196). Запишете дали е възникнал индукционен ток в намотката по време на движението на магнита спрямо намотката; по време на спирането му.

Запишете дали магнитният поток Ф, проникващ в намотката, се е променил при движението на магнита; по време на спирането му.
4. Въз основа на вашите отговори на предишния въпрос направете и запишете заключението при какво условие е възникнал индукционен ток в бобината.
5. Защо магнитният поток, проникващ през тази намотка, се промени, когато магнитът се приближи до намотката? (За да отговорите на този въпрос, не забравяйте, първо, от какви количества зависи магнитният поток Ф и, второ, е един и същ
дали модулът на индукционния вектор B на магнитното поле на постоянен магнит близо до този магнит и далеч от него.)
6. Посоката на тока в бобината може да се прецени по посоката, в която стрелката на милиамперметъра се отклонява от нулево деление.
Проверете дали посоката на индукционния ток в намотката ще бъде същата или различна, когато същият полюс на магнита се приближи до нея и се отдалечи от нея.

4. Приближете полюса на магнита към бобината с такава скорост, че стрелката на милиамперметъра да се отклони с не повече от половината от граничната стойност на нейната скала.
Повторете същия експеримент, но с по-висока скорост на магнита, отколкото в първия случай.
При по-голяма или по-малка скорост на движение на магнита спрямо намотката променя ли се по-бързо магнитният поток Ф, проникващ в тази намотка?
При бърза или бавна промяна на магнитния поток през намотката, силата на тока в нея беше по-голяма?
Въз основа на вашия отговор на последния въпрос направете и запишете извода за това как модулът на силата на индукционния ток, който възниква в намотката, зависи от скоростта на изменение на магнитния поток Ф, проникващ в тази намотка.
5. Сглобете настройката за експеримента съгласно Фигура 197.
6. Проверете дали има индукционен ток в намотка 1 в следните случаи:
а) при затваряне и отваряне на веригата, в която е включена намотка 2;
б) при протичане през бобината 2 постоянен ток;
в) с увеличаване и намаляване на силата на тока, протичащ през бобината 2, чрез преместване на плъзгача на реостата на съответната страна.
10. В кой от случаите, изброени в параграф 9, проникващата намотка 1 на магнитния поток се променя? Защо се променя?
11. Наблюдавайте появата на електрически ток в модела на генератора (фиг. 198). Обяснете защо в рамка, въртяща се в магнитно поле, възниква индукционен ток.
Ориз. 196

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА „ИЗУЧАВАНЕ НА ФЕНОМЕНА ЕЛЕКТРОМАГНИТНА ИНДУКЦИЯ“ Целта на урок 6 е да се изучава явлението електромагнитна индукция. Оборудване: милиамперметър, намотка, източник на захранване, намотка с желязна сърцевина от сгъваем електромагнит, реостат, ключ, свързващи проводници, магнит. Работен процес 1. Свържете бобината-бобина към скобите на милиамперметъра. 2. Гледайки показанията на милиамперметъра, приближете един от полюсите на магнита към намотката, след това спрете магнита за няколко секунди и след това отново го приближете до намотката, като се движите в нея. 3. Запишете дали се е появил индукционен ток в намотката при движение на магнита спрямо намотката? По време на спирането му? 4. Запишете дали магнитният поток Ф, проникващ в намотката, се е променил при движението на магнита? По време на спирането му? 5. Въз основа на вашите отговори на предишния въпрос начертайте и запишете условието, при което е възникнал индукционният ток в бобината. 6. Защо магнитният поток, проникващ през тази намотка, се промени, когато магнитът се приближи до намотката? (за да отговорите на този въпрос, не забравяйте, първо, от какви величини зависи магнитният поток Ф и, второ, е модулът на вектора на магнитна индукция B на магнитното поле на постоянен магнит близо до този магнит и далеч от него.) 7 За посоката на тока в бобината може да се съди по посоката, в която стрелката на милиамперметъра се отклонява от нулево деление. Проверете дали посоката на индукционния ток в бобината ще бъде една и съща или различна, когато същият полюс на магнита се приближи и се отдалечи от него. 8. Приближете полюса на магнита до намотката с такава скорост, че стрелката на милиамперметъра да се отклони с не повече от половината от граничната стойност на скалата. Повторете същия експеримент, но с по-висока скорост на магнита, отколкото в първия случай. При по-голяма или по-малка скорост на движение на магнита спрямо намотката променя ли се по-бързо магнитният поток Ф, проникващ в тази намотка? При бърза или бавна промяна на магнитния поток през бобината се появи по-голям ток в нея? Въз основа на вашия отговор на последния въпрос направете и запишете извода за това как модулът на силата на индукционния ток, който възниква в бобината, зависи от скоростта на изменение на магнитния поток Ф, около

150 000₽ награден фонд 11 почетни документа Доказателство за публикуване в медиите

Майкъл Фарадей е първият, който изследва феномена на електромагнитната индукция. По-точно, той установи и изследва това явление в търсене на начини за превръщане на магнетизма в електричество.

Отне му десет години, за да реши такъв проблем, но сега използваме плодовете на работата му навсякъде и не можем да си представим съвременния живот без използването на електромагнитна индукция. В 8-ми клас вече разгледахме тази тема, в 9-ти клас това явление се разглежда по-подробно, но извеждането на формули се отнася до курса от 10-ти клас. Можете да следвате тази връзка, за да се запознаете с всички аспекти на този въпрос.

Феноменът на електромагнитната индукция: помислете за опита

Ще разгледаме какво представлява феноменът на електромагнитната индукция. Можете да проведете експеримент, за който имате нужда от галванометър, постоянен магнит и намотка. Свързвайки галванометъра към намотката, натискаме постоянен магнит вътре в намотката. В този случай галванометърът ще покаже промяната в тока във веригата.

Тъй като нямаме източник на ток във веригата, логично е да предположим, че токът възниква поради появата на магнитно поле вътре в намотката. Когато издърпаме магнита обратно от намотката, ще видим, че показанията на галванометъра ще се променят отново, но стрелката му ще се отклони в обратна посока. Отново ще получим ток, но вече насочен в другата посока.

Сега ще направим подобен експеримент със същите елементи, само че в същото време ще фиксираме магнита неподвижно и сега ще поставим самата бобина върху и изключен магнита, свързан с галванометъра. Ще получим същите резултати.Стрелецът на галванометъра ще ни покаже появата на ток във веригата. В този случай, когато магнитът е неподвижен, няма ток във веригата, стрелката стои на нула.

Възможно е да се извърши модифицирана версия на същия експеримент, само за замяна на постоянния магнит с електрически, който може да се включва и изключва. Ще получим резултати, подобни на първия опит, когато магнитът се движи вътре в намотката. Но освен това, когато изключвате и изключвате стационарен електромагнит, това ще доведе до краткотрайна поява на ток във веригата на бобината.

Бобината може да бъде заменена с проводяща верига и могат да се правят експерименти за преместване и въртене на самата верига в постоянно магнитно поле или магнит във фиксирана верига. Резултатите ще бъдат същия вид на тока във веригата, когато магнитът или веригата се движат.

Промяната в магнитното поле причинява появата на ток

От всичко това следва, че промяната в магнитното поле предизвиква появата на електрически ток в проводника. Този ток не се различава от тока, който можем да получим от батериите например. Но за да се посочи причината за възникването му, такъв ток се нарича индукция.

Във всички случаи променихме магнитното поле, или по-скоро магнитния поток през проводника, в резултат на което се появи ток. По този начин може да се изведе следната дефиниция:

При всяка промяна в магнитния поток, проникващ във веригата на затворен проводник, в този проводник възниква електрически ток, който съществува по време на целия процес на промяна на магнитния поток.

Вече знаете, че около електрически ток винаги има магнитно поле. Електрическият ток и магнитното поле са неразделни един от друг.

Но ако се каже, че електрическият ток „създава” магнитно поле, няма ли обратното? Възможно ли е да се "създадат" електрически ток с помощта на магнитно поле?

Такава задача в началото на XIX век. се опитаха да решат много учени. Пред него го постави и английският учен Майкъл Фарадей. „Превърнете магнетизма в електричество“ – така Фарадей пише този проблем в дневника си през 1822 г. На учения му отне почти 10 години упорита работа, за да го разреши.

Майкъл Фарадей (1791-1867)
английски физик. Той открива феномена на електромагнитната индукция, допълнителни токове при затваряне и отваряне

За да разберем как Фарадей е успял да „превърне магнетизма в електричество“, нека проведем някои от експериментите на Фарадей с помощта на съвременни инструменти.

Фигура 119, а показва, че ако магнит се постави в намотка, затворена към галванометър, тогава иглата на галванометъра се отклонява, което показва появата на индукционен (индуциран) ток във веригата на бобината. Индукционният ток в проводник е същото подредено движение на електрони като тока, получен от галванична клетка или батерия. Името "индукция" посочва само причината за възникването му.

Ориз. 119. Възникването на индуктивен ток при движение на магнит и намотка един спрямо друг

Когато магнитът се отстрани от намотката, стрелката на галванометъра отново се отклонява, но в обратна посока, което показва появата на ток в намотката в обратна посока.

Веднага щом движението на магнита спрямо намотката спре, токът спира. Следователно токът във веригата на бобината съществува само по време на движението на магнита спрямо намотката.

Опитът може да бъде променен. Ще поставим намотка върху фиксиран магнит и ще я премахнем (фиг. 119, б). И отново можете да откриете, че по време на движението на намотката спрямо магнита, във веригата отново се появява ток.

Фигура 120 показва намотка А, включена във веригата на източника на ток. Тази намотка се вкарва в друга намотка C, свързана с галванометър. Когато веригата на намотка А е затворена и отворена, в намотка C възниква индукционен ток.

Ориз. 120. Възникване на индуктивен ток при затваряне и отваряне на електрическа верига

Можете да предизвикате появата на индукционен ток в намотка C и чрез промяна на силата на тока в намотка A или чрез преместване на тези намотки една спрямо друга.

Нека направим още един експеримент. Нека поставим в магнитно поле плосък контур на проводник, чиито краища ще свържем с галванометър (фиг. 121, а). Когато веригата се завърти, галванометърът отбелязва появата на индукционен ток в нея. Токът също ще се появи, ако магнит се завърти близо до или вътре във веригата (фиг. 121, б).

Ориз. 121. Когато веригата се върти в магнитно поле (магнит спрямо веригата), промяна в магнитния поток води до появата на индукционен ток

Във всички разглеждани експерименти индукционният ток възниква при промяна на магнитния поток, проникващ в областта, покрита от проводника.

В случаите, изобразени на фигури 119 и 120, магнитният поток се променя поради промяна в индукцията на магнитното поле. Наистина, когато магнитът и намотката се движат един спрямо друг (виж фиг. 119), намотката попада в полето с по-голяма или по-малка магнитна индукция (тъй като полето на магнита е нееднородно). При затваряне и отваряне на веригата на намотка А (виж фиг. 120), индукцията на създаденото от тази намотка магнитно поле се променя поради промяна в силата на тока в нея.

Когато проводната верига се върти в магнитно поле (виж фиг. 121, а) или магнитът спрямо веригата (виж фиг. 121, b "), магнитният поток се променя поради промяна в ориентацията на тази верига спрямо към линиите на магнитната индукция.

По този начин,

с всяка промяна в магнитния поток, проникващ в областта, ограничена от затворен проводник, в този проводник възниква електрически ток, който съществува по време на целия процес на промяна на магнитния поток

Това е феноменът на електромагнитната индукция.

Откриването на електромагнитната индукция е едно от най-забележителните научни постижения от първата половина на 19 век. Това предизвика появата и бързото развитие на електро- и радиотехниката.

Въз основа на феномена на електромагнитната индукция са създадени мощни генератори на електрическа енергия, в чието разработване участват учени и техници от различни страни. Сред тях бяха нашите сънародници: Емил Христианович Ленц, Борис Семьонович Якоби, Михаил Йосифович Доливо-Доброволски и други, които дадоха голям принос в развитието на електротехниката.

Въпроси

Каква беше целта на експериментите, изобразени на фигури 119-121? Как бяха проведени?
При какви условия в експериментите (виж фиг. 119, 120) е възникнал индукционен ток в намотка, затворена към галванометър?
Какво представлява явлението на електромагнитната индукция?
Какво е значението на откриването на феномена на електромагнитната индукция?

Упражнение 36

Как да създадете краткотраен индукционен ток в намотка K 2, показан на фигура 118?
Телният пръстен се поставя в еднородно магнитно поле (фиг. 122). Стрелките, изобразени до пръстена, показват, че в случаи a и b пръстенът се движи праволинейно по индукционните линии на магнитното поле, а в случаи c, d и e се върти около оста OO. „В кой от тези случаи може да се появи индукционен ток се появяват на ринга?