Разработка урока по физике 'Взаимодействие токов' 11 класс

Методика проведения компьютерной лабораторной работы

«Взаимодействие параллельных токов»

Оборудование для демонстрационного эксперимента: ленты из фольги, штатив, ключ, цветные соединительные провода, источник постоянного тока на 12 В.

Оборудование для фронтального эксперимента: проволочные мотки, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Проведение демонстрационного эксперимента и проведение

фронтального эксперимента.

Подготовить и провести демонстрационный эксперимент «Взаимодействие двух параллельных токов» с лентами из алюминиевой фольги. Целесообразно показать взаимодействие токов на двух опытах, вначале на двух параллельных проводниках с током одинакового и противоположного направлений. Вокруг каждого проводника с током обнаруживается магнитное поле (рис. 1). Акцентировать внимание учащихся на то, что силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током являются концентрическими окружностями и лежат в плоскости, перпендикулярной этому проводнику.

Рисунок 1. Магнитное поле прямолинейного проводника с током.

Затем перейти к фронтальному эксперименту взаимодействия катушек с током, который будут проводить сами учащиеся. Объяснить учащимся, что первый эксперимент достаточно труден в исполнении и требует тщательной подготовки. Именно поэтому фронтально учащимся предлагается провести эксперимент по взаимодействию двух круговых токов, используя проволочные мотки, ключ, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Проведение фронтального эксперимента.

Отметить направление тока в каждом витке, используя цветные провода. Включив на непродолжительное время ток, пронаблюдать взаимодействие двух катушек с током.

Учащиеся должны зафиксировать притяжение и отталкивание двух катушек с током в зависимости от направления тока. Витки с током одинакового направления притягиваются, а противоположного - отталкиваются.

После первичного формирования представлений о взаимодействии двух проводников с токов, акцентируем внимание учащихся на вопросы:

1) Магнитное поле создается электрическим током каждого проводника. (Силовые линии магнитного поля обозначены на рис. 2. красным цветом).

2) Магнитное поле обнаруживается по его действию на электрический ток. (Соответствующие силы обозначены как F1 и F2 синим цветом).

Рисунок 2. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов.

3) Векторы В₁ и В₂ магнитной индукции параллельных токов I₁ и I₂ лежат в плоскости, перпендикулярной обоим токам. Следовательно, направление тока в проводнике I₁ и I₂, направление магнитного поля B₁ и B₂ и направление сил, действующих на проводники F₁ и F₂, связаны между собой.

Проведение компьютерной лабораторной работы

Затем рекомендуется вначале ознакомиться с соответствующей интерактивной моделью (рис. 3).

Рисунок 3. Интерактивная модель «Взаимодействие параллельных токов».

Затем ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе «Взаимодействие параллельных токов»:

1. Каковы направления тока в проводах и индукции магнитного поля от проводов, если параллельные провода притягиваются?

А) токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны

Б) токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону;

В) токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону;

Г) токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны;

Д) токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в ту же сторону.

2. Как взаимодействуют параллельные проводники с током, если токи протекают в разных направлениях, и как направлена индукция магнитного поля от каждого из проводов?

А) проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в разные сторон

Б) проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону;

В) проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону;

Г) проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов направлены в разные стороны;

Д) проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов параллельны направлению соответствующих токов.

3. По двум параллельным проводам в одном направлении протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами увеличить в 2 раза?

А) увеличится в 2 раза;

Б) уменьшится в 2 раза;

В) увеличится в 4 раза;

Г) уменьшится в 4 раза;

Д) не изменится.

4. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 2 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза?

А) увеличится в 2 раза;

Б) уменьшится в 2 раза;

В) увеличится в 4 раза;

Г) уменьшится в 4 раза;

Д) не изменится.

5. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи в разных направлениях. Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника.

А) вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в ту же сторону, что и соответствующий ток;

Б) вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в противоположную сторону к соответствующему току;

В) векторы индукции магнитного поля от каждого проводника направлены в одну сторону по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников;

Г) индукция магнитного поля от каждого проводника направлена в разные стороны по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников;

Д) определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника не возможно.

6. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза, а силу тока в одном из проводов увеличить в 4 раза?

А) увеличится в 2 раза; Б) уменьшится в 2 раза; В) увеличится в 4 раза;

Г) уменьшится в 4 раза; Д) увеличится в 8 раз

Верные ответы: 1 - А, 2 - В, 3 - Б, 4 - А, 5 - В, 6 - Д.

После этого провести компьютерные эксперименты по определенным заданиям и проверить свои решения. Компьютерные эксперименты к лабораторной работе, по которым можно провести соответствующий компьютерный эксперимент, специально составлены как задания с числами, соответствующими интерактивной лабораторной работе.

По умолчанию, в компьютерной лабораторной работе установлено значение I1 = 1,0 A, I2 = 1,5 A. В модели можно изменить направление тока, протекающего по проводнику, изменив соответствующее значение силы тока. Установите значение I1 = 0,5 A, I2 = 2 A. Как изменилась картина силовых линий магнитного поля? (Рис. 4).

Рисунок 4. Изменение картины силовых линий магнитного поля двух проводов с током.

Эксперимент № 1. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи 1 А и 2 А в разных направлениях. Расстояние между проводниками 0,8 м. Определить величину и направление индукции магнитного поля на расстоянии 0,8 м от каждого проводника. Провести компьютерный эксперимент и проверить ответ.

Ответ. Индукция магнитного поля направлена в одну сторону. От первого тока B₁₂ = 2,5·10-7 Тл, от второго тока B₂₁ = 5·10-7 Тл.

Эксперимент № 2. Сила тока в проводниках, расположенных параллельно на расстоянии 1 м друг от друга, равна соответственно 1 А и 2 А. Токи протекают в одном направлении. Определить индукцию магнитного поля на расстоянии 1 м от каждого проводника. Во сколько раз по модулю индукция от второго проводника больше индукции от первого проводника? Провести компьютерный эксперимент и проверить ответ. Индукция магнитного поля В₁₂ = 2·10^-7 Тл, В₂₁ = -4·10^-7 Тл.

Ответ. В 2 раза.

Эксперимент № 3. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м течет ток соответственно 2 А и 1,5 А в разных направлениях. Определить, во сколько раз изменится сила взаимодействия, если расстояние увеличить в 2 раза. Провести компьютерный эксперимент и проверить ответ.

Ответ. Уменьшится в 2 раза.

Эксперимент № 4. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, протекают токи в одном направлении. Сила тока в проводниках 2 А. Во сколько раз изменится сила взаимодействия проводников, если расстояние увеличить в три раза. Провести компьютерный эксперимент и проверить ответ.

Ответ. Уменьшится в 3 раза.

Умения учащихся творчески использовать полученные знания по теме «Взаимодействие параллельных токов» можно продемонстрировать на заданиях проблемного и творческого характера. Примеры таких ожидаемых заданий:

В каком случае совпадают направления векторов магнитной индукции В₁ и В₂ при взаимодействии двух параллельных проводов с током?

Могут ли силы, действующие на два параллельных проводника с током быть разными по значению? А по направлению?

Как изменяется при взаимодействии двух параллельных током при увеличении расстояния между ними в 2 раза индукция магнитного поля и сила взаимодействия двух проводников?

В тетрадях для лабораторных работ у учащихся после выполнения компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов» должны быть записи:

По проведению фронтального эксперимента.

По проведению компьютерных экспериментов.

Отметка за выполнение компьютерной работы ставится по правильным результатам.

В настоящее время при изучении физики все более широко применяются персональные компьютеры как в процессе обучения, так и текущего контроля. Применение компьютеров активизирует процесс изучения предмета учащимися, облегчает и ускоряет усвоение нового материала и контроль, что в итоге повышает качество обучения и углубляет знания учащихся.

Обучающие системы, созданные с использованием компьютерных технологий, относятся к специфическому виду технических средств обучения и призваны облегчить труд учителя и освободить его от трудоемкой работы.

Важным аспектом применения компьютера в обучении физике имеет ряд особенностей:

1) отсутствие или недостаточность лабораторной базы в кабинете физики;

2) конкретное мышление учащихся, воспринимающих изучаемый предмет в аспекте своего жизненного опыта.

Учет первой из этих особенностей заставляет применять компьютерное интерактивное моделирование вместо лабораторных работ на реальном оборудовании. Вторая особенность вызывает необходимость моделировать конкретные задачи в ходе выполнения лабораторного практикума.

Использование компьютеров связано с решением целого ряда задач развития физического образования. Автоматизированные обучающие системы могут применяться как дополнение и пояснение к уроку, а также для текущего контроля знаний на практических занятиях, для автоматизации проведения лабораторных работ.

Главная цель лабораторных работ - экспериментально подтвердить теоретические положения изучаемой науки, обеспечить понимание обучаемыми основных закономерностей и форм их проявления, сформировать у учащихся подход к научным исследованиям, привить навыки экспериментальной деятельности.

Компьютерная обучающая система должна быть организована таким образом, чтобы при необходимости имелась возможность встраивать звук и видео. Видео изображение просто незаменимо при изучении физических явлений. Звук используется в тех случаях, когда звуковое восприятие материала необходимо для полного понимания происходящих процессов, для полного точного восприятия опыта.

Эффективность применения информационных технологий в обучении физике во многом зависит от того, насколько методически грамотно и педагогически оправдано их включение в структуру учебно-воспитательного процесса. В каждом конкретном случае учителю физики приходится самостоятельно определять, с какой целью и как использовать ИКТ на занятиях, для решения каких образовательных и воспитательных задач он обращается к тому, или иному виду ИКТ, какой педагогический результат надеется получить.