Энергия магнитного поля

Раздел долгосрочного плана:

Электромагнитная  индукция

Школа:

Дата:  

ФИО учителя:

Класс: 10  

Количество присутствующих:

отсутствующих:

Тема урока: Энерия магнитного поля

Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу)

- проводить аналогии между механической и магнитной энергии;

Критерии оценивание

Учащиеся проводит аналогию между механической и магнитной энергии

Языковые цели

Знают определение явления электромагнитной индукции, правило Ленца, закон электромагнитной индукции.

Учащиеся должны использовать новые слова таким способом, который демонстрирует их понимание. Они должны понимать и быть в состоянии использовать физические термины, уметь обозначать их.

            Специальная предметная лексика и терминология:

Привитие ценностей

Развиваются навыки сотрудничества, умение критически мыслить, уважение к идеям окружающих, взаимоподдержки

Межпредметные связи

 Техника, математика

Навыки использования ИКТ

-видеофрагменты, просмотр и анализ

Предварительные знания

Понятие о магнитном поле, силовых линиях магнитного поля, магнитном потоке, плотности магнитного потока.

Ход урока

Запланированные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Ресурсы

Начало урока

(5-10 мин )

1. Вступительное слово учителя  (Мобилизующее начало урока.  Психологический настрой на урок.)

Проверка выполнения домашнего задания (сочетания контроля, самоконтроля и взаимоконтроля)

Цель: Проверить уровень усвоения учебного материала, выявить пробелы и  скорректировать их.

А)Актуализация опорных знаний

Форма: коллективная

Метод: индивидуальный

Прием: вопрос-ответ

Взаимопроверка

Вопросы:

1. В чем состоит сущность самоиндукции?
2. Что понимают под индуктивностью?
3. От чего зависит индуктивность катушки?
4. Чем создается электростатическое поле? Вихревое электрическое поле? Магнитное поле?
5. Какие поля называются вихревыми?

Раздаточный материал

Приборы для демонстрации явления э/магнитной индукции

Середина урока

20 минут

2. Подготовка к активному усвоению и осмысления учебного материала (решение задач)

Цель: Обеспечить мотивацию и принятия учащимися цели учебно-познавательной деятельности.

            Форма: ППС и индивидуальная

Метод: поисково-эвристический

1. Провести аналогию между самоиндукцией и инерцией (между процессом установления в цепи электрического тока величиной I и процессом приобретения некоторым телом определенной скорости υ).

1.      При замыкании цепи с катушкой ток, постепенно нарастая, через некоторое время приобретает определенное значение I.

2.      Автомобиль, трогаясь с места, постепенно набирает скорость и через некоторое время приобретает некоторую скорость υ.

3.      Для того чтобы ток в цепи с индуктивностью при ее замыкании достиг некоторого значения, необходимо совершить работу.

4.      Для разгона автомобиля до некоторой скорости необходимо совершить работу.

5.      Нарастание силы тока I тем медленнее, чем больше (при прочих равных условиях) индуктивность катушки L.

6.      Нарастание скорости υ тем медленнее, чем больше (при прочих равных условиях) масса автомобиля m.

2. Используя аналогию между самоиндукцией и инерцией получить формулу для энергии магнитного поля тока.

1. Можно утверждать, что магнитное поле имеет энергию?

Рассмотрим явление самоиндукции в контуре с лампочкой с точки зрения закона сохранения энергии. Откуда берется энергия, за счет которой в течение некоторого времени после отключения источника питания поддерживается электрический ток в контуре? Ведь вспышка происходит тогда, когда ключ уже разомкнут. Следовательно, энергия не может браться от аккумулятора. Очевидно, что эта энергия была ранее запасенная в виде энергии магнитного поля.

Таким образом, описанное выше явление самоиндукции наглядно показывает, что магнитное поле имеет запас энергии. Эта энергия расходуется на создание магнитного поля, поэтому в случае исчезновения поля ее можно получить обратно.

2. Вычисление энергии магнитного поля

Сразу же после замыкания цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, которое противодействует электрическому полю источника питания. Источник выполняет дополнительную работу против сил вихревого поля. Согласно закону сохранения энергии ΔWМ — энергия, накапливает магнитное поле за незначительный интервал времени Δt, — равна дополнительной работе, которую выполняет источник для создания тока:

где ACT — работа вихревого поля, равна по модулю и противоположна по знаку дополнительной работе источника питания за интервал времени Δt; Iинд — средняя сила тока в проводнике за интервал времени Δt.

Поскольку получаем

Чтобы найти полную энергию WМ, магнитного поля, обратимся к графику зависимости LI(И).

Энергия ΔWМ численно равен площади участка abcd со сторонами LIинд и ΔI (ΔI — изменение силы тока за интервал времени Δt). Полная энергия WM, которую накапливает магнитное поле за время возрастания силы тока от 0 до I, численно равна площади треугольника OBC со сторонами I и LI.

Полная энергия магнитного поля прямо пропорциональна квадрату силы тока в проводнике:

Необходимо обратить внимание на аналогию индуктивности и массы в механике. Так, что больше (при прочих равных условиях) индуктивность L, то нарастание тока I медленнее. А что больше (при прочих равных условиях) масса m, тем медленнее нарастание скорости .

Частичная сходство между процессом установления тока в катушке индуктивности и разгоном автомобиля позволяет предположить, что величины работы по разгону автомобиля и по установлению тока выражаются аналогичными соотношениями.

Механическая работа по разгону автомобиля равна

Эту величину можно принять как модель для установки силы тока в катушке индуктивности. Соотношение между I , L и m позволяет превратить

Обобщение знаний об электрических и магнитных полях можно провести, заполняя следующую таблицу.

4. ВОПРОСЫ К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Почему для создания тока в цепи источник должен затратить энергию?

2. Электромагнит включают в круг постоянного тока. Почему максимальная сила тока в цепи устанавливается не сразу?

Второй уровень

1. Замкнули круг, содержащей источник постоянной ЭДС. На что расходуется энергия источника до и после установления постоянной силы тока?

2. Почему после повышения индуктивности ток в контуре нарастает гораздо медленнее при прочих равных условиях?

Видеоролик

Bilimland

https://bilimland.kz/ru/courses/physics-ru/ehlektrodinamika/magnitnoe-pole/lesson/primenenie-ehlektromagnitnyx-sil

https://bilimland.kz/ru/courses/physics-ru/ehlektrodinamika/magnitnoe-pole/lesson/primenenie-ehlektromagnitnyx-sil

Конец работы

5минут

3. Самостоятельное решение задачи (с последующей проверкой):

1. Какой должна быть сила тока в катушке с индуктивностью 20 мГн, чтобы энергия магнитного поля составляла 5 Дж?

2. На катушке с индуктивностью 80 мГн поддерживается постоянное напряжение 12 В. Известно, что сопротивление катушки равно 3 Ом. Найдите энергию, которая выделится при размыкании цепи. Также найдите ЭДС самоиндукции в катушке, предполагая, что размыкание произошло за 10 мс.

3. Соленоид длиной 40 см содержит 5 витков на каждый сантиметр. Найдите энергию магнитного поля при силе тока в 5 А, если при этом магнитный поток через поперечное сечение соленоида равен 10 мВб.

4. При увеличении силы тока в катушке от 3 А до 8 А, энергия магнитного поля возросла на 20 Дж. Найдите индуктивность этой катушки.

 Подведение итогов урока. Рефлексия (Какой момент урока для вас оказался наиболее сложным? Удалось ли справится с затруднениями?).

5. Домашнее задание:

Дифференциация – каким образом Вы планируете оказать больше поддержки? Какие задачи Вы планируете поставить перед более способными учащимися?

Оценивание – как Вы планируете проверить уровень усвоения материала учащимися?

Здоровье и соблюдение техники безопасности

Все учащиеся будут:

Проводит аналогию механической энергии с магнитным

Большинство учащихся будут:

Применять теоретические знания на практике.

Некоторые учащиеся будут: решать задачи повышенной сложности

(1)             Устное оценивание ответов учащихся, похвала

(2)              Работа в парах по исследованию магнитного поля тока

(3)  Взаимооценивание ответов, гипотез и их доказательств

В процессе обработки результатов интерактивных опытов учащимися развивается критическое и логическое мышление. При обсуждении результатов работы в группах и коллективной, развивается уважение к чужому мнению, умение выражать свои мысли и общаться должным образом со сверстниками и одноклассниками. Соблюдение инструкций по технике безопасности в кабинете демонстрирует ответственность и уважение к жизни и здоровью других.

Рефлексия по уроку

Были ли цели урока/цели обучения реалистичными?

Все ли учащиеся достигли ЦО?

Если нет, то почему?

Правильно ли проведена дифференциация на уроке?

Выдержаны ли были временные этапы урока?

Какие отступления были от плана урока и почему?

Общая оценка

Какие два аспекта урока прошли хорошо (подумайте, как о преподавании, так и об обучении)?

1:

2:

Что могло бы способствовать улучшению урока (подумайте, как о преподавании, так и об обучении)?

1:

2:

Что я выявил(а) за время урока о классе или достижениях/трудностях отдельных учеников, на что необходимо обратить внимание на последующих уроках?