На доске вывешиваются рисунки к заданиям и таблица для учета ответов. На демонстрационном столе размещается оборудование для проведения опытов: два подковообразных магнита, обмотка на одном магните, демонстрационный гальванометр; катушка Томсона (дроссельная катушка в 3600 витков и сердечник с ярмом), алюминиевое и медное кольца; подковообразный магнит, длинная, сложенная вдвое проволока, гальванометр; два демонстрационных гальванометра, соединительные провода (длинные); выпрямитель на 6 В, выключатель лабораторный, лампочка на подставке на 6,3 В, модель электрического звонка, дроссельная катушка, неоновая лампочка.
I. Ход урока
I. Физический диктант (устно)
1. Явление электромагнитной индукции.
2. М.Фарадей и его опыты.
3. Правило Ленца.
4. Закон электромагнитной индукции (для неподвижного и подвижного контуров).
5. Правило левой руки.
6. Самоиндукция.
7. Индуктивность.
8. Энергия магнитного поля.
9. Тесла.
10. Правило буравчика.
11. Вебер.
12. Магнитный поток.
13. Ферромагнетики.
14. Соленоид.
15. Дроссель.
II. Решение задач. Класс делится на пять групп, каждая выбирает карточку с заданиями и обсуждает ответы на каждый вопрос. Экспериментальное задание сначала выполняют сами, а потом демонстрируют всему классу и дают объяснение.
III. Подведение итогов (в таблице на доске)
1-я группа
1. Для чего на горловину телевизионных кинескопов надевают магниты?
2. Стеклянные U-образные трубки, наполненные ртутью, соединены скобой из толстой алюминиевой проволоки. Как должны быть расположены полюсы сильного постоянного магнита, чтобы при замыкании ключа алюминиевая проволока взлетела вверх?
3. Почему иногда недалеко от места удара молнии плавятся предохранители и повреждаются чувствительные электроизмерительные приборы?
4. Опыт. Два одинаковых подковообразных магнита сложены противоположными полюсами так, как показано на рисунке. На один из магнитов надета катушка А, концы которой присоединены к гальванометру.
В момент отрывания одного магнита от другого и в момент их соединения стрелка гальванометра отклоняется (в противоположные стороны). Укажите причины отклонения стрелки гальванометра.
2-я группа
1. Для гашения электрической дуги, образующейся при размыкании больших токов, часто вблизи рубильника располагают магнит так, чтобы линии магнитной индукции были перпендикулярны возникающей дуге. Почему?
2. В кольцо из диэлектрика вдвигают магнит. Какое явление возникает?
3. Почему на заводе для переноса раскаленных болванок нельзя использовать электромагнитные краны?
4. Опыт. На железный сердечник катушки Томсона надевают алюминиевое кольцо несколько большего диаметра, чем сердечник. Кольцо держится в воздухе. Если надеть на сердечник и приближать к алюминиевому кольцу медное (не выпуская его из рук), то алюминиевое кольцо будет подниматься. Почему?
3-я группа
1. Два тонких проводника, имеющих форму окружности, расположены в перпендикулярных плоскостях так, как показано на рисунке. Будет ли в проводнике А возникать индукционный ток при изменении тока в контуре В?
2. Почему корпус компаса не делают из железа?
3. Для исследования стальных балок, рельсов и т.п. на них надевают катушку изолированной проволоки, замкнутую на гальванометр, и перемещают ее вдоль балки. При всякой неоднородности строения балки (трещины, раковины и т.п.) в гальванометре возникает ток. Объясните это явление.
4. Опыт. Концы сложенной вдвое проволоки присоединены к гальванометру. Проволока движется, пересекая линии индукции магнитного поля, но стрелка гальванометра остается на нуле. Почему?
4-я группа
1. Проволочная прямоугольная рамка падает между полюсами электромагнита. Укажите направление индукционных токов в рамке при прохождении ею положений А, В, С.
2. Почему сверхпроводящий шарик «парит» в магнитном поле?
3. В какой момент искрит рубильник: при замыкании или размыкании?
4. Опыт. Если два демонстрационных гальванометра соединить и раскачивать стрелку одного из них, то что произойдет со стрелкой другого? Почему?
5-я группа
1. В каком месте Земли магнитная стрелка обоими концами показывает на юг?
2. Почему подземный кабель, по которому подается переменный ток в жилые дома и на предприятия, не разрешается прокладывать вблизи газовых, водопроводных и теплофикационных труб?
3. При электросварке применяется стабилизатор – катушка со стальным сердечником, включаемая последовательно с дугой. Почему стабилизатор обеспечивает устойчивое горение дуги?
4. Опыт. При замыкании цепи работает электрический звонок и горит неоновая лампа, а лампа накаливания не горит. Если исключить из цепи звонок, то загорается лампа накаливания, а неоновая лампа гаснет. Почему?
Ответы
1-я группа
1. В магнитном поле на движущиеся электроны действует сила Лоренца, отклоняя их от прямолинейного движения по горизонтали или вертикали.
2. Вектор индукции должен быть направлен к читателю.
3. Изменяющееся магнитное поле молнии индуцирует в электроизмерительных приборах и в осветительных сетях сильные токи.
4. Отрывание магнитов друг от друга и их соединение связано с резким изменением магнитного потока, пронизывающего катушку, и наведением в ней ЭДС индукции.
2-я группа
1. Электроны и ионы воздуха, образующие ток в дуге, отклоняются в магнитном поле; дуга смещается в сторону и гаснет.
2. Поляризация диэлектрика.
3. При нагревании ферромагнитные материалы теряют магнитные свойства, они полностью исчезают при температуре Кюри.
4. Кольца сближаются, потому что в них наводятся индукционные токи одинакового направления.
3-я группа
1. Не будет, т.к. поток магнитной индукции контура В не пронизывает контур А.
2. Железо является ферромагнетиком, и все магнитные силовые линии пойдут через корпус, уже не оказывая влияния на стрелку.
3. Неоднородность в стальной балке создает искажения магнитного потока, а значит, в катушке дефектоскопа наводится ЭДС индукции.
4. В двух отрезках проволоки возникают равные по величине, но имеющие разный знак ЭДС индукции, которые взаимно компенсируются.
4-я группа
1. При прохождении рамкой положения А ток направлен против часовой стрелки, положения В – ток отсутствует, положения С – направлен по часовой стрелке, если смотреть на рамку справа. [Вертикальный размер рамки меньше вертикального размера магнита. – Ред.]
2. Возникают токи Фуко (вихревые индукционные токи), магнитное поле которых противодействует магнитному полю В, вызвавшему эти токи. Взаимодействуют одноименные полюсы – отталкиваются.
3. ЭДС самоиндукции, возникающая при размыкании, вызывает искру через рубильник.
4. Она также будет раскачиваться, но в противофазе, – направление отклонения стрелки второго гальванометра будет противоположно направлению отклонения стрелки первого.
5-я группа
1. На Северном полюсе.
2. [Токи утечки подземных кабелей при высокой влажности почвы обуславливают явление электролиза, которое вызывает окисление (коррозию) металла и разрушение труб. – Ред. ]
3. Действие стабилизатора основано на явлении самоиндукции. По правилу Ленца, при изменении сварочного тока в катушке возникает вихревое поле, которое препятствует изменению тока (и возрастанию, и убыванию).
4. Когда работает звонок, происходит замыкание и размыкание цепи. Вследствие возникновения при замыкании ЭДС самоиндукции, направленной против ЭДС генератора тока, и быстрого затем размыкания цепи волосок лампы накаливания не успевает разогреться. Возникающая при частом размыкании значительная по величине ЭДС самоиндукции поддерживает горение неоновой лампы. Если из цепи исключить звонок, то в цепи будеть течь постоянный ток, – загорается лампа накаливания.
Литература
Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе.
Городецкий Д.Н., Пеньков И.А. Проверочные работы по физике.
Марон В.Е., Городецкий Д.Н. Физика. Законы. Формулы. Задачи.
