Слайд 117.04.2020 г.
ЭДС индукции в движущихся проводниках. Самоиндукция.
План урока:
Проверьте свою готовность
к изучению нового материала – ответьте на вопросы (слайды2-3) и
Изучите
новый материал (слайды 4-15) и запишите в тетрадь самое основное.
Решите задачи (слайды 16-27), поставив презентацию на воспроизведение (сначала попробуйте решить самостоятельно, затем смотрите ответ)
Выполните тест «+самоиндукция» (на стене в группе)
Слайд 2Проверьте свою готовность к изучению нового материала
Как показать на опыте,
что величина индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока?
Как
показать на опыте, что направление индукционного тока зависит от направления линий магнитной индукции внешнего магнитного поля?
Как читается закон электромагнитной индукции?
Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»?
Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС индукции, а не для силы индукционного тока?
Слайд 3Проверьте свою готовность к изучению нового материала
Как направлены линии магнитной
индукции в постоянном магните?
Как направлены линии магнитной индукции около проводника
с током?
Как направлены линии магнитной индукции около витка с током?
Перечислить случаи возникновения индукционного тока.
Что называется магнитным потоком?
В чем смысл правила Ленца?
Слайд 4ЭДС ИНДУКЦИИ В ДВИЖУЩИХСЯ ПРОВОДНИКАХ.
Слайд 5ЭДС индукции в движущихся проводниках.
Сила Лоренца:
Работа силы (вдоль проводника):
По определению:
работа силы по перемещению заряда – есть ЭДС:
1
Вывод формулы
Слайд 6С другой стороны:
Магнитный поток:
Изменение магнитного потока может произойти только за
счет уменьшения площади контура:
Изменение магнитного потока:
По закону ЭМИ:
2
Вывод формулы
Слайд 7Выводы (какие закономерности замечены?):
Двумя различными способами получена одна и та
же формула:
По определению силы Лоренца,
И по закону электромагнитной индукции.
ЭДС индукции
в движущемся проводнике численно совпадает с силой Ампера.
Аналогичные действия были проведены ранее при решении задач.
Слайд 9Явление самоиндукции:
При замыкании цепи определенное значение силы тока создается не
сразу, а постепенно с течением времени.
При самоиндукции проводящий контур играет
двоякую роль: по нему протекает ток, вызывающий индукцию, и в нем же появляется ЭДС индукции.
По правилу Ленца: в момент нарастания тока в проводнике, в нем же создается индукционный ток (т.е. создается вихревое электрическое поле), препятствующий этому нарастанию тока.
При убывании электрического тока вихревое поле этому препятствует.
Слайд 10Наблюдение явления самоиндукции на опытах:
При замыкании ключа первая лампа вспыхивает
практически сразу, а вторая – с заметным опозданием. Возникающая ЭДС
самоиндукции в катушке «тормозит» нарастание тока в ветви.
При размыкании ключа в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая первоначальный ток, поэтому лампа гаснет не сразу после размыкания ключа.
Слайд 111-й опыт Генри
Ток замыкания.
В катушке нарастает магнитный поток и явление
самоиндукции «тормозит» нарастание тока в цепи.
Слайд 122-й опыт Генри
Ток размыкания.
Магнитный поток убывает; явление самоиндукции некоторое время
поддерживает ток в цепи.
Слайд 13Аналогия между самоиндукцией и инерцией:
Каждая катушка индивидуальна, имея разное число
витков и разный диаметр бобины.
Что произойдет, если в первом эксперименте
заменить катушку на другую, с большим числом витков?
Какой из автомобилей легче «растолкать»?
А остановить?
Как называется явление стремления тела сохранить свою скорость в механике?
Самоиндукция аналогична инерции: более «мощная» катушка сильнее препятствует нарастанию тока; она же потом, при размыкании, дольше его поддерживает.
Слайд 14Индуктивность.
Проследим последовательность: Ф~B~I.
Можно утверждать, что магнитный поток пропорционален силе тока:
Ф=LI, где L – коэффициент пропорциональности; он же – индуктивность
контура; он же – коэффициент самоиндукции.
Индуктивность – это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.
Единицы измерения индуктивности – 1 Генри:
Слайд 15Аналогия между механикой и электродинамикой (начало таблицы; продолжение на следующем
уроке)
Слайд 17Задача 14:
Какая ЭДС самоиндукции возникает в катушке, если сила тока
в катушке индуктивностью 1 Гн изменяется с течением времени, как
показано на графике.
Применяется закон ЭДС самоиндукции.
По графику определяется сила тока и время его протекания
Ответ:10 В
Слайд 18Задача 15:
На рисунке приведен график зависимости силы тока в катушке
индуктивности от времени. В каком промежутке ЭДС самоиндукции принимает наименьшее
значение?
Чем меньше скорость изменения тока, тем меньше ЭДС самоиндукции.
Самая маленькая скорость изменения тока за промежуток времени от 1 до 5 с (наименьший угол наклона участка графика)
Слайд 19Задача 16:
1) 0-1 с и 2-3 с
2) 1-2 с и
2-3 с
3) 0-1 с и 3-4 с
4) 2-3 с и
3-4-с
Ответ: 2), т.к. именно в этом промежутке времени сила тока изменяется медленно.
На рисунке показан график изменения силы тока в катушке индуктивности с течением времени. В каком промежутке времени модуль ЭДС самоиндукции принимает наименьшие значения?
Слайд 20Задача 17:
На рисунке представлен график изменения силы тока с течением
времени в катушке индуктивностью 6 мГн. Чему равна ЭДС самоиндукции?
Используется
закон ЭДС самоиндукции.
Выбирается изменение силы тока и соответствующий ему промежуток времени:
6∙10-3 Гн ∙ 3 А/2 с
Ответ: 9 мВ
Слайд 21Задачи 18, 19:
В проводнике индуктивностью 5 мГн сила тока в
течение 0,2 с равномерно возрастает с 2 А до какого-то
конечного значения. При этом в проводнике возникает ЭДС самоиндукции 0,2 В. Определите конечное значение силы тока в проводнике.
Ответ: 10 А
Индуктивность катушки увеличили в 2 раза, а скорость изменения тока уменьшили в 4 раза. Как изменилась ЭДС самоиндукции?
Ответ: ЭДС самоиндукции уменьшилась в 2 раза.
Слайд 22Задача 20
Прямолинейный проводник движется со скоростью 25 м/с в поле
с индукцией 0,0038 Тл перпендикулярно силовым линиям. Чему равна длина
проводника, если на его концах имеется напряжение 0,028 В?
Ответ: 29 см
Слайд 23Задача 21
Виток площадью 100 см2 находится в магнитном поле с
индукцией 1 Тл. Плоскость витка перпендикулярна линиям поля. Определите среднее
значение ЭДС индукции при выключении поля за 0,01 с.
Ответ: 1 В
Слайд 24Задача 22
Прямолинейный проводник длиной 120 см движется в однородном магнитном
поле под углом 90° к силовым линиям со скоростью 15
м/с. Определите индукцию поля, если в проводнике создается ЭДС индукции 0,12 В.
Ответ: 6,67 мТл
Слайд 25Задача 23
Найдите индуктивность проводника, в котором равномерное изменение силы тока
на 2 А в течение 0,25 с возбуждает ЭДС самоиндукции
20 мВ.
Ответ: 2,5 мГн
Слайд 26Задача 24
Самолет летит горизонтально со скоростью 900 км/ч. Найдите разность
потенциалов, возникающую между концами крыльев самолета, если вертикальная составляющая земного
магнитного поля равна 50 мкТл и размах крыльев 12 м.
Подсказка: используется формула ЭДС индукции в движущихся проводниках, где размах крыльев – это длина проводника.
Ответ: 0,15 В
Слайд 27Задача 25
Сколько витков должна иметь катушка, чтобы при изменении магнитного
потока внутри нее от 0,024 Вб до 0,056 Вб за
промежуток времени 0,32 с в катушке возникала средняя ЭДС индукции 10 В?
Ответ: 100 витков