Конспект уроку з фізики

Тема. Магнітне поле котушки зі струмом.

Мета: ознайомити учнів з будовою і принци­пом дії електромагніта, показати його практичне використання; розвивати пам'ять, уяву, критичне мислення, пізнавальний інтерес до навчання; ви­ховувати вміння аналізувати усну відповідь.

Основні поняття: електромагніт, магнітне поле.

Обладнання: електромагніт, котушка, залізні ошурки, провідники, джерело струму, вимикач, реостат, амперметр, залізний циліндр.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Нове потрібно створювати у поті чола свого,

а старе саме продовжує існувати й

твердо триматися на милицях звички.

О. Герцен

Хід уроку

І. Розминка

Вправа «Тренуємо пам'ять»

Називаємо десять слів, учні намагаються їх запам'ятати, а потім записують їх у зошитах. Учитель перевіряє.

Слова: компас, школа, сонце, дошка, гумка, залізо, телевізор, дитина, Земля, вазон.

Показуємо, як можна було легко запам'ятати слова, використовуючи ейдетику: для цього треба було всі слова «оживити» і придумати добру фан­тастичну історію про них.

II. Актуалізація опорних знань

1. Звіт щодо виконання домашньої практичної роботи

2. Вправа « Відповідь + рецензія»

Один учень біля дошки переказує теоретич­ний матеріал теми «Магнітна дія струму. Дослід Ерстеда. Магнітне поле провідника із струмом. Гіпотеза Ампера». Учні класу мають написати ре­цензію на його доповідь.

План рецензії:

1.   Повнота відповіді.

2.   Логіка викладу.

3.   Наявність (відсутність) фактичних помилок у викладі.

4.   Мовна грамотність.

5.   Наявність прикладів.

6.   Оцінювання відповіді.

Рецензії можна перевірити вибірково, учитель дає свої коментарі до них.

III. Мотивація навчальної діяльності. Кейс-метод

Дари, автор відомої книги «Електрика в її засто­суванні», наводить розповідь одного французького фокусника про виступ, який він продемонстрував у Алжирі. На неосвічених глядачів фокус справив враження справжнього чародійства. «На сцені, – розповідає фокусник, – знаходиться невеликий обкутий ящик з ручкою на кришці. Я викликаю з глядачів найсильнішу людину. У відповідь на моє запрошення виступив араб середнього зросту, але міцної статури, такий собі аравійський геркулес. Виходить він з бадьорим і самовпевненим вигля­дом і, трохи глузливо посміхаючись, зупиняється біля мене.

— Дуже ви сильні? — запитав я його, оглянув­ши з ніг до голови.

— Так, — відповів він недбало.

— Чи впевнені ви, що завжди залишитеся силь­ним?

— Абсолютно впевнений.

— Ви помиляєтеся: в одну мить я можу забрати у вас силу, і ви станете слабким, як мала дитина.

Араб презирливо посміхнувся на знак недовіри до моїх слів.

— Підійдіть сюди, – сказав я, – і підійміть скриньку. Араб нагнувся, підняв ящик і зарозуміло запитав:

— Більше нічого?

— Почекайте трохи, — відповів я.

Потім, набувши серйозного вигляду, я зробив владний жест і виголосив урочистим тоном:

—  Ви тепер слабший, ніж жінка. Спробуйте знову підняти ящик.

Силач, анітрохи не боячись моїх чарів, знову взявся за ящик, але цього разу ящик, попри від­чайдушні зусилля араба, залишається нерухомим, немов прикутий до місця. Араб силкується підняти ящик з такою силою, якої вистачило б для підняття величезної маси, але все марно. Стомлений, захека­ний і згораючи від сорому, він, нарешті, зупиняєть­ся. Тепер він почав вірити в силу чародійства».

— Як ви гадаєте, в чому полягав секрет чародій­ства? Сподіваюся, що до кінця уроку ви здогадаєтесь. (Джерело: Перельман. Занимательная физика. Книга 2).

IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу

1. Магнітна дія котушки зі струмом

Провідник зі струмом вже є електромагнітом, але магнітне поле такого магніту досить слабке, посилити його можна, зробивши кільце з багатьох витків або намотавши значну кількість витків на котушку ізолятора. Така котушка зі струмом уже досить помітно притягує залізні предмети та взаємодіє з постійними магнітами.

(Демонструємо магнітну дію котушки зі стру­мом.)

Якщо розмістити магнітні стрілки навколо такої котушки, то до одного торця котушки магнітні стрілки повернуться північним полюсом, а до другого – південним. Дослідимо магнітне поле ко­тушки зі струмом за допомогою залізних ошурок.

Отже, котушка поводить себе як постійний магніт. Вона має південний та північний полюси. Якщо порівняти картину ліній магнітних полів ко­тушки зі струмом і постійного штабового магніту, то можна побачити, що вони дуже схожі

Полюси котушки легко визначити за правилом правої руки.

2. Від чого залежить магнітна дія котушки зі струмом?

Складемо електричне коло з джерела струму, котушки, реостата, амперметра, над котушкою підвісимо на динамометрі залізний циліндр.

Демонструючи досліди, підводимо учнів до висновку, що магнітна дія котушки зі струмом по­силюється у випадках:

•    збільшення сили струму в котушці;

•    збільшення кількості витків котушки;

•    уведення   всередину   котушки   залізного осердя.

3. Будова електромагніту

Електромагніт — пристрій, що створює магніт­не поле при проходженні електричного струму. Електромагніт складається з обмотки та осердя і набуває властивостей магніту при проходженні струму обмоткою.

Обмотки електромагнітів виготовляють з ізольованого алюмінієвого або мідного дроту. Осердя електромагнітів виготовляють із магнітом'яких

матеріалів — з електротехнічної або якісної кон­струкційної сталі, литої сталі, чавуну, залізонікелевих і залізокобальтових сплавів.

4. Практичне використання електромагні­тів

Електромагніт – одна з основних деталей багатьох технічних приладів. Вони широко вико­ристовуються у техніці завдяки їхнім особливим властивостям:

•    швидко  розмагнічуються  при  вимиканні струму;

•    залежно від призначення можна виготовля­ти різних розмірів;

•    можна регулювати магнітну дію електро­магніту, змінюючи силу струму в котушці.

На металургійних заводах можна бачити гігантські електромагнітні підйомні крани, що пере­носять величезні вантажі – масивні залізні брили або частини машин масою десятки тонн – без всякого прикріплення.

На одному тільки металургійному заводі елек­тромагнітний кран переносить одразу 10 залізнич­них рейок, замінюючи ручну працю 200 людей. Але якщо струм з якоїсь причини припиниться, аварія неминуча. Електромагніт діаметром 1,5 м може підняти до 16 т вантажу (товарний вагон). Він не може переміщувати тільки розжарений метал: нагрітий до 800 °С магніт втрачає магнітні якості. Винятком є випадок, коли у розжареному металі існує сильний струм, який утворює магнітне поле, здатне взаємодіяти із зовнішнім магнітним полем.

Проте науковий прогрес не стоїть на місці. Вчені з США винайшли світло-чутливий пластиковий магніт, що працює при температурі 75 К (348°С). Магнітні властивості нового магніту збільшу­ються в 1,5 рази при опроміненні синім світлом. Зелене світло призводить до протилежного ефекту. Пластиковий магніт виготовлений з полімеру. Керований за допомогою світла, магніт забезпечує можливість записування (стирання) даних за допо­могою магнітного поля. Особливо цікаво, що цей світлочутливий магніт працює і за відносно висо­кої температури.

Найбільший у світі електромагніт використо­вується в Швейцарії. Він має восьмикутну форму, складається з серцевини, виготовленої з 6400 т низьковуглецевої сталі, і алюмінієвої котушки масою 1100 т. Котушка має 168 витків, закріплених електрозваркою на рамі. Струм силою 30 кА при проходженні котушкою створює потужне магнітне поле. Розміри електромагніту – 12х12х12 м – перевищують висоту 4-поверхового будинку, його загальна маса 7810 т. На виготовлення такого електромагніту знадобилося більше металу, ніж на побудову Ейфелевої вежі.

Маса найважчого в світі магніта 36 тис. т, діаметр 60 м. Він був виготовлений для синхрофазо­трона, встановленого в Об'єднаному інституті ядерних досліджень у м. Дубно, Московська обл. Електормагніти застосовують в  електродвигунах і генераторах, у телеграфних, телефонних апаратах, електричному дзвінку та інших при­строях (показати моделі телеграфного апарату та електричного дзвінка). Важливим є застосування електромагнітів у так званих електромагнітних реле – пристроях, що автоматично чи напівавтоматично керують тими чи іншими електричними колами.

Як не дивно, але захистом від магнітних сил є також залізо. Всередині залізного кільця магнітна стрілка компаса не відхиляється магнітом, розмі­щеним поза кільцем. Старі механічні годинники зі сталевими або залізними частинами виходять із ладу, якщо їх намагнітити. Але якщо годинник має залізну або сталеву кришку, то його не намагнітить навіть найсильніший електромагніт.

Важкоатлети використовують електромагніт для тренувань. Його підвішують на висоті, трохи більшій від людського зросту, а спортсмен, трима­ючи в руках залізну праску, намагається побороти магнітне притягання. Залежно від струму, який ре­гулюється тренером, притягання буває різної сили, і може бути таким, що атлет, не бажаючи випускати праски з рук, ризикує повиснути на магніті.

У сільському господарстві магніти викорис­товують для того, щоб відділити ворсисте насіння бур'янів від гладенького зерна культурних рослин. Якщо суміш насіння обсипати залізним порошком, то крупинки заліза обліплять насіння бур'янів, але не пристануть до гладенького насіння культурних рослин. Таким чином магніт виловлює все насіння бур'янів.

Інститут залізничних технічних досліджень у Японії продовжує розробку транспорту на магнітній подушці. Проводяться багаторазові експериментальні пробіги поїзда на спеціальній залізниці у преф. Міядзакі на о. Кюсю з метою створення системи для практичної експлуатації. Під час пробігу в 1979 р. без пасажирів була до­сягнута швидкість 517 км/год, у 1987 р. з пасажира­ми —

400 км/год. У лінійному двигуні експери­ментального поїзда використаний як надпровідник ніобій-титановий сплав, а як охолоджувач – рід­кий гелій. Втім, гелій має один недолік: він дуже дорогий. Вчені працюють над тим, щоб досягнути потрібної надпровідності хоча б за температури рідкого кисню.

V. Осмислення об'єктивних зв'язків

Розв'язування вправ

1.  Вкажіть напрям електричного струму в ко­тушці:

              

                                     

2. Як буде змінюватися підіймальна сила електромагніта, якщо переміщувати повзунок реостата праворуч?

VI. Узагальнення знань

Складання O.K.

Магнітна дія котушки зі струмом посилюється у випадках:

•    збільшення сили струму у котушці;

•    збільшення кількості витків котушки;

•    уведення всередину електромагніта залізно­го осердя.

Властивості електромагнітів:

•    швидко  розмагнічуються  при  вимиканні струму;

•    залежно від призначення можна виготовля­ти різних розмірів;

•    можна регулювати магнітну дію електро­магніту, змінюючи силу струму в котушці.

VII. Підсумки уроку

Спробуємо дати відповідь на запитання, постав­лене на початку уроку: в чому секрет чародійства фокусника, який так просто зумів відібрати силу в досить сильного чоловіка?

Секрет простий. Залізне дно ящика розміще­но на підставці, що являє собою полюс сильного електромагніту. Поки струму немає, ящик під­няти неважко, але варто пропустити струм через обмотку електромагніту і ящик не можна підняти зусиллями 2-3 осіб. Отже, силою електромагнітів іноді користуються і фокусники.

VIII. Домашнє завдання

1.   § 35 (підручник Шут М.І. Мартинюк М.Т.).

2.   Підготувати повідомлення: «Історія ство­рення та використання електромагнітів» (дода­ток).