Электромагнит. Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №18»

МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДСКОЙ ОКРУГ СИМФЕРОПОЛЬ

РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

^{295050 г. Симферополь, ул. Ростовская, 16, 16а тел./факс (0652) 22-24-18. тел. 22-63-98}

ОГРН 1149102182790 КПП 910201001 ИНН 9102066720

Конспект урока по физике по модульной технологии

(2 академических часа)

в 8 классе



«Электромагнит. Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель»

подготовила

учитель физики

Гладких Виктория Павловна

г. Симферополь

2015

Спаренный урок по модульной технологии (3 по 30 минут)

Урок по физике в 8 классе : «Электромагнит. Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель.»

Цели:

Образовательная: изучить устройство и принцип действия электромагнита, изучить действие магнитного поля на проводник с током и движущиеся заряженные частицы, ввести понятие о силе Ампера и силе Лоренца, сформулировать правило левой руки для определения направления силы Ампера, изучить действие магнитного поля на рамку с током , изучить устройство и принцип действия двигателя постоянного тока .

Развивающая: Развивать аналитическое мышление и творческую самостоятельность учащихся, при работе в малых группах, умение проводить исследования и анализировать полученные результаты, развивать интерес к науке и технике

Воспитывающая: Воспитывать культуру общения, коммуникативные навыки, аккуратность записей в тетради.

Оборудование: U - образная рамка, источник тока, магнит, соединительные провода, демонстрационная модель двигателя, плакаты(правило левой руки, строение электродвигателя)

Тип урока: комбинированный.

1-30

1. Орг.момент

2. Актуализация опорных знаний

Повторение, закрепление пройденного материала

Фронтальный опрос, индивидуальная работа по карточка.

Работа по карточкам

1.Какие физические тела называют постоянными магнитами? Перечислите виды магнитов? Что называется полюсами магнита? Какие бывают полюса магнита? Как они взаимодействуют? Продемонстрируйте.

2.Как получить наглядное представление о магнитном поле магнита? Дайте определения магнитных линий постоянного магнита? Проведите эксперимент.

3. Изобразите на доске магнитные линии магнитного поля Земли. Как располагаются магнитные полюса Земли? Каким образом компас указывает на стороны света?

4. В каком опыте и кем была впервые обнаружена связь между электрическими и магнитными явлениями? В чем заключался опыт? Сделайте вывод.(оборудование)

5. Каким образом можно найти направление линий магнитного поля проводника с током? Выполните рисунок

Фронтальный опрос

Как называются вещества, которые притягивают железные предметы?

Какие из известных нам веществ притягиваются магнитом?

Как называются места с наибольшим сильным действием магнита?

Что произойдет, если мы распилим магнит?

При помощи чего происходит взаимодействие полюсов магнита?

Что может служить источником магнитного поля?

Кто и каким образом установил взаимосвязь между электрическим и магнитным полем?

Как можно обнаружить магнитное поле?

Что является причиной магнетизма? Каким образом можно создать магнит электрическим током? Какие магниты называются электромагнитами?

2-30

III. Изучение нового материала

1.Катушка с током. Электромагнит.

На предыдущем уроке мы как раз остановились на том, что узнали, что катушка ведет себя как постоянный магнит. И так следующий этап изучения магнитного поля будет связан с катушкой.

Исследования магнитного поля катушки провели два фр. ученых Ампер и Араго. Они выяснили, что катушки с током вели себя как постоянные магниты.

У катушки, по которой протекал электрический ток, были ярко выражены северный и южный магнитные полюса. Если мы поместим рядом с этой катушкой большое количество железных опилок, стружек, то они точно так же будут располагаться вокруг этой катушки, как и вокруг проводника с током или постоянного магнита. Тем самым будет понятно, ясно станет, что магнитное поле есть определенной формы, определенного значения, по густоте этих линий

Обратите внимание, что на схемах катушка обозначается определенным символом.

Магнитное поле катушки с током достаточно велико, т.е. по сравнению с магнитным полем проводника с током. Оказывается, при небольшой силе тока оно уже достаточно ощутимо. И следующий этап в развитии использования магнитного поля уже был связан с тем, что был изобретен электромагнит.

Если мы возьмем вот такую катушку, и если мы будем пропускать по ней электрический ток, то, как мы уже понимаем, вокруг этой катушки будет образовываться магнитное поле. Если мы увеличим количество витков, то, соответственно, магнитное поле тоже увеличится. А уменьшая количество витков, мы тем самым магнитное поле будем уменьшать. Другими словами, мы можем уже регулировать магнитное поле тем, что можем изменять электрический ток, протекающий по катушке, и регулировать количество витков в этой катушке.

Демонстрация Действие магнитного поля катушки на железные опилки.(катушки с разным количеством витков, источник тока, катушка, реостат) наблюдение параметров от которых зависит магнитное поле катушки.

Оказывается магнитное поле катушки с током можно значительно усилить не изменяя ранее определенные парамеры. Для этого надо внутрь катушки железный стержень (сердечник). Это открытие принадлежит английского инженера Стёрженту

Катушка с железным сердечником называется электромагнитом.

Если мы обмотаем железный гвоздь проволокой, то получим простейший электромагнит

Демонстрация. Сборка простейшего электромагнита.

Электромагнит на схеме обозначается как катушка, а сверху располагается такая горизонтальная линия (рисунок). И теперь мы понимаем, что простейший электромагнит обеспечивает сила тока, протекающая в катушках, количество витков и обязательно металлический сердечник.

Применение Самое простейшее применение _это звонок.

Демонстрация работы звонка. Объяснение

На сегодняшний день электромагниты очень широко распространены. Электромагниты работают у нас практически везде и всюду. Без электромагнитов не работает теперь уже практически ни одно устройство. Например, если нам надо где-то перетащить достаточно большие грузы, мы используем электромагниты. И, регулируя силу тока, мы будем, соответственно, силу либо увеличивать, либо уменьшать. Тогда мы можем перетаскивать большой груз, поменьше груз, и при этом сила тока будет достаточной. Кроме этого, тормоза различных движущихся систем тоже часто обеспечиваются электромагнитом.

Открытие и закрытие дверей тоже обеспечивается электромагнитами, причем эта работа настолько надежная, настолько хорошо выполняется, что уже о другом запоре, о других каких-то замках никто не помышляет.

2. « Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель»

Переходим к следующему этапу урока, рассмотрим тему «Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель».

Из опытов Ампера мы знаем что проводник через кот. протекает ел. ток взаимодействует с таким же проводником. А как же будет взаимодействовать проводник с током с постоянным магнитом.

Демонстрация опыта.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током называется силой Ампера.

Силу Ампера можно определить по правилу Левой руки.

Если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии пронизывали ладонь, а вытянутые четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера.

Эксперименты показали, что магнитное поле действует на любые движущиеся заряженные частицы. Частицы отклоняются в магнитном поле. Эта сила называется силой Лоренца.

Применение правила левой руки на практике.

Что будет происходить с рамкой, по которой протекает электрический ток, если ее поместить между полюсами магнита?

По рамке протекает электрический ток вот в таком направлении, в котором мы здесь указали, т.е. подводящие провода, рамка представляет собой каркас, на который намотана проволока, и по проволоке пропускается электрический ток. В результате взаимодействия проводников, по которым протекал ток с магнитным полем постоянных магнитов, которые вот здесь с двух сторон располагаются, мы наблюдаем поворот этой рамки. Рамка развернется на 90°.Если мы изменим направление электрического тока в такой рамке, то рамка развернется еще на 90°.

Такие исследования привели к тому, что мы можем создать устройство, которое будет обеспечивать непрерывное вращение рамки в магнитном поле. То есть создается магнитное поле постоянным магнитом, внутрь этого магнита мы помещаем рамку, по которой протекает электрический ток, и, изменяя всякий раз направление тока, мы каждый раз будем заставлять рамку поворачиваться.

В этом случае мы получаем не что иное, как первый электродвигатель. (Плакат)

Давайте посмотрим, как он устроен и из каких частей состоит электродвигатель.

Электродвигатель в общем , состоит из трех частей.

Что это за части?

Во-первых, это статор. Статор в переводе с латинского означает "неподвижный". Это означает, что есть в этом двигателе часть, которая остается неподвижной. Роль статора в данном случае играет магнит, посмотрите, пожалуйста, вот здесь с двух сторон, посмотрите, с одной стороны, с другой стороны располагаются магниты. Замкнуты они на железный сердечник, поэтому магнитное поле в данном случае, как вы уже знаете, достаточно большое.

Вторая часть электромагнита называется ротором.

РОТОР (от лат. roto - вращаю) (вихрь)". Еще иногда эту часть называют якорем.

Что она собой представляет?

Это видоизмененная рамка, вот она. Намотанная проволока на эту рамку, в определенном порядке она располагается внутри магнитного поля, которое этим магнитом создается. Естественно, ротор может вращаться.

И третья часть, это самое, пожалуй, важное. Как все-таки электрический ток в этой рамке переключать?

Переключается он при помощи коллекторных пластинок. Обратите внимание, вот с этой стороны эти коллекторные пластины находятся. Вот они, медные.. Вот одна пластина и полукольцо, если мы повернем, обратите внимание - вторая пластинка. И далее к этим пластинам прижаты скользящие контакты. Иногда их называют графитовыми щетками, заменяют графитовыми щетками. У нас это просто контакты, выполненные из меди.

Такой электрический двигатель может совершенно спокойно работать, если к этим клеммам подвести электрический ток.

Как работает электрический двигатель?

Работа его происходит следующим образом. Когда мы подключаем электрический ток к контактам, естественно, в рамке протекает электрический ток. Этот электрический ток, взаимодействуя с магнитным полем статора, заставляет рамку повернуться. Рамка поворачивается, и вместе с рамкой поворачиваются пластины коллектора. Как только они повернулись на 90°, существует между ними разрез, они разделены, эти коллекторные пластины, они тут же по инерции, проскакивая дальше, соединяются со следующими контактами, тем самым происходит автоматическое переключение контактов и вновь протекает электрический ток в том направлении, в котором нам необходимо. Это приводит к тому, что при вращении такого ротора каждый раз при повороте происходит переключение электрического тока в рамке, и он протекает то в одну сторону, то в другую. При этом ротор этого самого двигателя вращается все время в одну сторону. Если мы поменяем полюса подключения, то и, соответственно, ротор, или якорь этого двигателя начнет вращаться в другую сторону.

Такие двигатели, конечно, гораздо больше, мощнее, располагаются, как я уже сказал, и в трамваях, и в троллейбусах, и в метро, очень широко используются. Они достаточно удобны и просты, поэтому получили такое широкое распространение. И самое важное заключается в том, что работают они, как вы видели, без тесного контакта между частями, т.е. трущихся, взаимодействующих частей здесь достаточно немного.

Применение двигателей

Двигатели нашли широкое применение на транспорте - трамваи, троллейбусы. Они имеют ряд преимуществ : не выделяют газов дыма и пара, работая при той же мощности. Одним из первых в мире электрических двигателей , пригодным для применения , был изобретен русским ученым Якоби Борисом Семеновичем 1854 г.

Подведение итогов изученного материала

IV. Закрепление

3-30

Лабораторная работа №8

«Исследование действия электрического поля катушки на магнитную стрелку»

Цель: Изучить влияние электрического поля в катушке на магнитную стрелку, а так же способы изменения силы магнитного поля катушки с эл. током.

Оборудование: источник тока, катушка, гвоздь, карандаш, реостат, ключ.

Ход работы (стр. 76 учебника)

1.Убедится, что катушка без тока не влияет на магнитную стрелку,

2.Пронаблюдать, каким образом катушка с током действует на северный полюс м. стрелки.

3.Повторить опыт, повернув катушку на 180 гр.

4.Повторить опыт при изменения направления тока в проводе

5.Ввести в катушку с током карандаш. Пронаблюдать, каким образом катушка с током действует на северный полюс м. стрелки.

6. Повторим опыт с гвоздем.

7.Демонстрация, зависимость магнитного поля катушки с током от силы тока.

Выводы.

Магнитные мины

Хорошо известно, что любое железное или стальное тело, внесённое в поле магнита, само становится магнитом. Ещё в шестнадцатом веке английский физик Гильберт заметил, что все железные колонны, стоящие вертикально в Ирландии, сами по себе становятся магнитами, причем нижний их конец всегда является южным полюсом. Известно, что стальные корпуса кораблей во время постройки приобретают намагниченность за счёт магнитного поля Земли и становятся гигантскими плавающими магнитами.

Самопроизвольное намагничивание железных предметов в магнитном поле Земли было использовано в годы Великой Отечественной войны для устройства магнитных мин, которые устанавливались на некоторой глубине под поверхностью воды и взрывались при прохождении над ними корабля. Механизм, заставляющий мину всплывать и взрываться, приходил в действие, когда магнитная стрелка, вращающаяся вокруг горизонтальной оси, поворачивалась под влиянием магнитного поля проходящего над миной железного корабля, который всегда оказывается самопроизвольно намагниченным.

Исследовательская группа под руководством Игоря Васильевича Курчатова придумала, как обезвредить магнитную мину. Применялось два способа: магнитное траление этих мин и нейтрализация магнитного поля корабля.

Первый способ заключался в том, что самолёт, летящий низко над поверхностью моря, проносил над этим участком подвешенный к нему на тросах сильный магнит. Иногда вместо этого опускали на поверхность воды на поплавках кабель в виде кольца и пропускали по этому кольцу ток. Под влиянием поля магнита или тока механизмы всех мин приходили в действие, и мины взрывались, не причиняя вреда.

Второй способ состоял в том, что на самом корабле укреплялись петли из изолированного провода и по ним пропускались токи с таким расчётом, чтобы магнитное поле этих токов было равно по величине и противоположно по направлению полю корабля (постоянного магнита). Оба поля, складываясь, компенсировали друг друга, и корабль свободно проходил над магнитной миной, не приводя в действие её механизм.

Презентация учеников по теме: применение электродвигателя, применение электромагнита.

Тест по теме: электродвигатель.

1. Магнитное поле катушки с током тем ….., чем ….. число витков в ней.

1) сильнее ….. меньше

2) сильнее ….. больше

3) слабее ….. больше

2. Выберите правильное утверждение.

1) если проводник поместить между полюсами магнита, то он придет в движение;

2) если по проводнику пойдет ток, то он придет в движение;

3) если по проводнику, помещенному в магнитное поле, пропустить ток, то он придет в движение

3. Какие явления используются в устройстве электродвигателей?

1) вращение рамки в магнитном поле

2) вращение рамки с током

3) вращение рамки с током в магнитном поле.

4. Подвижная часть электродвигателя называется:

1) статор

2) ротор

3) коллектор

5. В промышленных электродвигателях источником магнитного поля являются:

1) постоянные магниты

2) электромагниты

6. Коллектор в электродвигателе предназначен для:

1) подвода электрического тока к обмотке якоря

2) переключения и изменения направления электрического тока в обмотке якоря

V Поведение итогов. Выставление оценок. ДЗ № 18- 20 стр 85 19.1, 19.2, 19.3 87. 20.1

VI. Рефлексия.