«Энергия магнитного поля».

Тема урока: «Энергия магнитного поля».

Цель урока: ввести формулу для расчета энергии магнитного поля тока и понятие электромагнитного поля.

Образовательная: сформировать представление об энергии, которой обладает электрический ток в проводнике и энергии магнитного поля, созданного током.

Воспитательная: воспитывать интерес к предмету с помощью применения информационных технологий (с использованием компьютера);

Развивающая: Развивать умения принимать самостоятельные решения, доказывать свою точку зрения

Требования государственного стандарта

Знания: Знать магнетики и их классификацию.

Умения: уметь работать с информацией

Навыки: развитие у учеников навыка выполнения задач различной степени сложности.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Оборудование: учебник 11 класс, ПК, мультимедийный проектор, презентация, листы опроса для повторения материала

Ход урока.

I.Организационный момент.

Приветственное слово учителя. Отмечание отсутствующих

II.Повторение изученного материала

1. В чем состоит и что доказывает опыт Эрстеда?

1. Эрстед первым заметил то, что стрелка компаса располагается перпендикулярно проводнику, если по нему пустить электрический ток, и параллельно проводнику, если ток по проводнику не идет. Опыты Эрстеда показали, что электрический ток оказывает магнитное действие.

2. Какая векторная физическая величина характеризует магнитное поле?

2. Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции B. Его направление совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещенной в магнитное поле. Правило буравчика: Если ввинчивать правый винт (буравчик) в направлении тока в проводнике, то направление вращение его ручки укажет направление вектора магнитной индукции.

3. Сформулируйте правило буравчика и правило правой руки, определяющее направление вектора магнитной индукции, созданной прямым током.

3. Правило правой руки: если охватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление силы тока, о кончики других пальцев укажут направление вектора магнитной индукции.

4. Сформулируйте принцип суперпозиции для магнитного и электрического полей.

то есть результирующий вектор магнитной индукции складывается из векторов магнитной индукции, создаваемых разными токами. (То же можно сказать и про вектор напряженности электрического поля.)

5. Как определить направление вектора магнитной индукции на оси витка с током? Как направлен вектор магнитной индукции снаружи от кольцевого тока?

По правилу буравчика: если вращать буравчик по направлению силы тока в витке, то поступательное движение буравчика укажет направление вектора магнитной индукции. Вектор магнитной индукции снаружи от кольцевого тока направлен противоположно вектору магнитной индукции внутри кольцевого тока.

III.Изучение нового материала

Согласно закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока (гальванический элемент, генератор на электростанции и др.) на создание тока. При размыкании цепи эта энергия переходит в другие виды энергии.

То, что для создания тока необходимо затратить энергию, т. е. необходимо совершить работу, объясняется тем, что при замыкании цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против того электрического поля, которое создается в проводнике благодаря источнику тока. Для того чтобы сила тока стала равной I, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока.

При размыкании цепи ток исчезает, и вихревое поле совершает положительную работу. Запасенная током энергия выделяется. Это обнаруживается, например, по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью.

Таким образом, энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

Энергия магнитного поля выражена здесь через характеристику проводника L и силу тока в нем 7. Но эту же энергию можно выразить и через характеристики поля. Вычисления показывают, что плотность энергии магнитного поля (т. е. энергия единицы объема) пропорциональна квадрату магнитной индукции: wм ~ В2, подобно тому как плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности электрического поля wэ ~ Е2.

Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока.

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

Можно предложить ученикам выполнить сравнение между процессом установления в круге электрического тока величиной И процессом приобретения некоторым телом определенной скорости .

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Энергия магнитного поля тока в контуре с индуктивностью L равна где I — сила тока в контуре.

IV.Закрепление изученного материала

1. Чему равна энергия магнитного поля?

(Энергия магнитного поля равна половине произведения индуктивности цепи на квадрат силы тока)

2. В какой момент искрит рубильник: при замыкании или размыкание круга?

(При замыкании ток вначале равен нулю, потом он растет до постоянного значения. При размыкании мы резко меняем ток от начального до 0 (воздух — диэлектрик). Это ведет к большим ЭДС самоиндукции, приложенным к воздушному промежутку, что ведет к пробою воздуха, то есть искре. Ответ: размыканию.)

3. Как зависит индуктивность катушки от числа витков? Почему?

(Если катушка состоит из N витков, то ее индуктивность в N2 раз больше индуктивности одного витка, потому что, во-первых, суммируются индукции каждого из N витков, и, во-вторых, площадь, которая пронизывается результирующей индукцией, оказывается в N раз больше.)

4. Почему при замыкании цепи сила тока в ней не нарастает мгновенно?

(При замыкании ключа магнитный поток через соленоид возрастает, и по правилу Ленца возникает индукционный ток, который создает индукцию, направленную против внешней индукции. Полярность ЭДС самоиндукции включена встречно ЭДС внешнего источника, и оно препятствует нарастанию силы тока через катушку. Поэтому при замыкании цепи сила тока в ней не нарастает мгновенно.)

5. Почему питания мощных электродвигателей отпирают плавно и медленно при помощи реостатов?

(При резком отключении возникает большая ЭДС самоиндукции.)

Решение задач

Задача1.

Какова энергия магнитного поля катушки индуктивностью 2 Гн, при силе тока в ней 200 мА?

Решение. WM= L I2/2; WM= 2·2·10-1= 0,4 Дж

№927 (Рымкевич)

В катушке индуктивностью 0,6Гн сила тока равна 20А. Какова энергия магнитного поля этой катушки?

№929 (Рымкевич)

Найти энергию магнитного поля соленоида, в котором при силе тока 10 А возникает магнитный поток 0,5Вб.

V. оценивание учащихся.

VI. Домашнее задание§ 10. Ответить на вопросы.