Урок физики в 11 классе по теме "Явление самоиндукции. Индуктивность"

Цели урока:

• раскрыть механизм возникновения ЭДС самоиндукции;
• исследовать аналогию между самоиндукцией и инерцией;
• изучить понятие индуктивности катушки.

Оборудование урока: компьютер, проектор, дроссельная катушка, две низковольтные лампы, источник постоянного тока, реостат, неоновая лампа, ключ, соединительные провода.

Организационный момент

- Добрый день, ребята! Я рада вас всех видеть.
- Вижу вашу готовность к учебной работе и деловое настроение.

Актуализация опорных знаний

Блиц-опрос:

1. Что мы изучали на предыдущих уроках?
2. В чем заключается явление электромагнитной индукции?
3. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока (т.к. сила тока зависит и от свойств проводника, а ЭДС определяется только изменением магнитного потока)?
4. Как определяется направление индукционного тока?
5. Прочитать закон электромагнитной индукции в буквенном виде, назвать величины, входящие в формулу.
6. Почему в формуле стоит знак "-"? (знак "-" в формуле учитывает направление индукционного тока; при числовых расчетах "минус" опускается)

Мотивационный этап

- Все то, что мы повторили, будет нужно для рассмотрения нашего урока.
- Попробуем объяснить одно из интересных явлений в электродинамике путем исследований и познакомиться с новыми понятиями и определениями.

Этап изучения нового материала

Постановка учебной проблемы

Учитель: на столе стоят приборы: катушка с большим числом витков проволоки (дроссель) L, реостат R, две одинаковые низковольтные лампочки Л1 и Л2, источник постоянного тока, ключ, соединенные так как показано на рисунке.

Электроприборы для проведения опыта

- Как будут гореть обе лампочки при замыкании? (обычно, замыкая цепь, мы наблюдали, что лампочки при параллельном включении загорались одновременно)

Демонстрация опыта
- Замыкаю цепь. Что видим? (из опыта наглядно видна основная особенность явления: замедленное нарастание силы тока в ветви, содержащей катушку)
- Возникает проблемная ситуация - почему лампа 1, включенная через реостат загорается раньше?
- Вторая вспыхивает на 1 секунду позже? Какая физическая причина могла вызвать задержку нарастания силы тока в ветви с катушкой?

Ученики: запаздывание накала нити лампы 2 проявляется на участке цепи с дроссельной катушкой, потому, что в ней возникает сильное магнитное поле. Можно предположить, что причина наблюдаемого явления именно в ней.
Учитель: А какой ток течет в катушке в момент замыкания цепи – он постоянен? Изменяется? Как?

Выдвижение гипотезы
Ученики: Возрастает, потому что сила тока не сразу достигает своего максимального значения, значит, по катушке протекает переменный (нарастающий ток) и в ней создается ЭДС.
Учитель: А теперь прочитайте два абзаца параграфа 11 учебника стр. 47 и сформулируйте тему и цель урока.

Основной этап

Учитель: На данном уроке мы познакомимся с понятием самоиндукции, определим, что самоиндукция – это частный случай электромагнитной индукции, узнаем, от чего будет зависеть ЭДС самоиндукции.
- Запишем тему урока: "Явление самоиндукции. Индуктивность".

- Итак, делаем вывод: при замыкании цепи Л2 загорается с некоторым опозданием, что объясняется возникновением в катушке ЭДС самоиндукции. По правилу Ленца при увеличении силы тока в цепи напряженность вихревого электрического поля направлена против напряженности поля источника тока. Таким образом, в этом случае самоиндукция препятствует увеличению силы тока в цепи, и определенное значение силы постоянного тока устанавливается в цепи не сразу, а постепенно, со временем.

- Возникает ли ЭДС самоиндукции в цепи, содержащем лампу Л2?
Ученики: Да, но она значительно меньше, так как практически магнитное поле сосредоточено в катушке Поэтому эта ЭДС заметно на накал лампы Л2 не влияет.
Выдвижение новой гипотезы

Учитель: Явление самоиндукции можно также пронаблюдать и при размыкании цепи. Сравним, какие произойдут изменения с магнитным полем катушки в этом случае.
- Для этого соберем цепь, состоящую из катушки с большим количеством витков, намотанных на железном сердечнике, к зажимам которой параллельно подключена лампа накаливания, сопротивление которой значительно меньше сопротивлением катушки. В качестве источника тока возьмем источник с небольшим ЭДС.

Электрическая цепь

- Замкнем цепь, видим, что накаливание волоска лампочки происходит постепенно, как бы с задержкой. Что произойдет, если после полного загорания ключ разомкнуть?
Ученики: Возможно, что лампа потухнет не сразу.
Учитель: Но, она ярко вспыхнула! Это будет проявлением самоиндукции? Объясните.

Ученики: Да! Так как при размыкании цепи магнитный поток в катушке уменьшается, вызывая в ней ЭДС самоиндукции, которая в соответствии с законом Ленца, замедляет скорость уменьшения силы тока. Катушка на некоторое время превращается в источник энергии. Ток самоиндукции имеет направление пропускаемого тока от батареи, и под действием суммы сил этих токов лампочка вспыхнула ярко

Учитель: Сила тока при размыкании в цепи может превышать силу тока, проходящего при замкнутом ключе. Это означает, что ЭДС самоиндукции больше ЭДС источника тока.
- Итак, какой мы можем сделать вывод? (Ток самоиндукции при замыкании цепи направлен противоположно первичному току; ток при размыкании цепи направлен одинаково с первичным током)

Сделаем вывод:

Самоиндукция – это частный случай электромагнитной индукции

Учитель: Поскольку ЭДС самоиндукции противодействует ЭДС источника тока, то можно сказать, что ЭДС самоиндукции зависит от характеристик катушки или проводника, включенного в электрическую цепь. (Учащиеся самостоятельно выясняют эту зависимость, проработав часть учебника стр. 47-48)

Индукция В пропорциональна силе тока в катушке, поэтому магнитный поток возникающий в катушке, также пропорционален силе тока: Ф = LI.

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью проводника или его коэффициентом самоиндукции. Индуктивность – это новая физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи.

- Через индуктивность выражается ЭДС самоиндукции в контуре, возникающая при изменении в нем тока. Запишем формулу для определения ЭДС самоиндукции:

Индуктивность проводника в данной среде определяется его размерами и формой. Индуктивность прямолинейного проводника незначительна, но ее можно увеличить, если из проводника сделать виток. Индуктивность катушки увеличивается пропорционально количеству ее витков

Просмотр видео фильма "Индуктивность"

- Итак, с помощью экспериментов и просмотра видеофильма мы выяснили и описали изучаемое явление.

Применение (формирование умений и навыков)

Работа в парах

1. Выполнение задания по рисунку, пункт 1; по окончании первого пункта задания две пары сообщают всему классу свои ответы.
2. Самостоятельная работа каждым обучающимся: пункты 2-4 задания, тест, задача.

Подведение итогов

Выставление отметок обучающимся в соответствии с критериями оценивания.

Домашнее задание

Проработать §11, ответить на вопросы учебника, стр. 49, заполнить таблицу "Аналогия между самоиндукцией и инерцией".

Рефлексия

Завершить наш урок я бы хотела словами Конфуция: "Три пути ведут к знанию: путь размышления – это путь самый благородный, путь подражания – это путь самый легкий, и путь опыта – этот путь самый горький".

1. На уроке я работал активно / пассивно.
2. Своей работой на уроке я доволен / недоволен.
3. Урок для меня показался коротким / длинным.
4. За урок я не устал / устал.
5. Мое настроение стало лучше / стало хуже.
6. Материал урока мне был понятен / не понятен.