Демонстрационный эксперимент по теме "Электромагнитная индукция"

Демонстрационный эксперимент при изучении темы «Электромагнитная индукция»

Пояснительная записка

Развитие мышления учащихся, в том числе и на уроках физики, было и остается одной из важнейших и актуальных проблем педагогической науки и практики обучения в средней школе.

Между явлениями природы, которые изучаются в курсе физики, существует огромное множество связей и отношений. Одной из таких связей является причинно-следственная связь явлений, процессов, поэтому выработка умения устанавливать такие связи способствует формированию диалектического мышления школьников уже на первой ступени обучения.

Демонстрационный эксперимент, учебные опыты требуют от учащихся знания приемов обработки их результатов, способствуя развитию догадки, творческого мышления, рождению ученика - исследователя. Постановка учеников в условия «первооткрывателей», повторение пути их рассуждений – рациональный прием обучения творческому мышлению, так как в этом случае ученики должны искать решение поставленной задачи за пределами известных им знаний, непосредственно используя известные и логические операции в ходе рассуждений.

Данная методическая разработка содержит описание возможных демонстрационных экспериментов по теме «Электромагнитная индукция», методику их проведения, позволяя учителю выбрать те из них, которые соответствуют образовательному стандарту, по которому ведется преподавание в классе. Анализ традиционной методики изложения основ электродинамики в базовом курсе физики, позволяет предложить некоторые изменения в подходе к изложению некоторых вопросов по теме «Электромагнитная индукция», если рассматривать электродинамику как учение об электромагнитном поле.

Формирование сложных понятий электродинамики длительное, поэтому необходимо решение такой задачи, как обобщение знаний учащихся на различных этапах изучения предлагаемой темы. Тема «Электромагнитная индукция» в зависимости от действующего в школе уровня освоения (базовый или профильный) изучается в течение 4 или 10 учебных часов.

Методика освоения основных вопросов темы «Электромагнитная индукция»

С явлением электромагнитной индукции в базовом курсе физики учащиеся знакомятся в основной школе, при этом в 9 классе изучается образование индукционного тока при относительном движении проводника и магнита. Затем, в 11 классе, наряду с этими явлениями, рассматривается возникновение вихревого электрического поля при изменении поля магнитного.

Поэтому приступая к изучению данной темы в 11 классе, учитель предлагает учащимся вспомнить отличительные особенности электрического поля (его способность действовать на неподвижные заряды) и магнитного поля (способность действовать с некоторой силой на движущиеся заряды). Тем самым он подводит учащихся к пониманию того, что только по поведению заряженных частиц можно судить, о каком поле в данном случае идет речь.

Урок 1 «Электромагнитная индукция»

Приступая к изучению темы, учащимся сообщается или ими готовится краткое сообщение об истории открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции, затем обсуждаются способы получения тока с помощью магнитного поля. Известно много разнообразных методов получения индукционного тока, но все они могут быть условно разделены на две группы: индукция, связанная с относительным движением проводника и магнита, и индукция, не связанная с таким движением. Следует добиваться понимания учащимися того, что в реальных условиях оба случая могут сочетаться. [1, с.77]

В подтверждение сказанного проводятся демонстрации, цель которых: показать, что при каждом изменении магнитного поля в области, охватываемой замкнутым конкуром, в контуре возникает переменное электрическое поле, вызывающее в контуре ток.

Оборудование: источник постоянного тока, гальванометр, постоянный магнит, универсальный трансформатор, реостат.

Демонстрация1: Катушку от универсального трансформатора присоединить к гальванометру. Вводя в катушку постоянный магнит, наблюдать отклонение стрелки гальванометра при движении магнита. Обратить внимание учащихся на то, что при неподвижном относительно катушки магните, стрелка гальванометра остается в покое. Затем видоизменить демонстрацию: оставляя магнит неподвижным, двигать катушку относительно магнита и вновь наблюдать отклонение стрелки гальванометра. В заключение демонстрации - вращать катушку вокруг гальванометра. Обратить внимание учащихся на то, что стрелка гальванометра при этом не отклоняется.

Обсуждение с учащимися демонстраций: отклонение стрелки гальванометра говорит о возникновении в катушке электрического тока. Но причиной тока является электрическое поле. Следовательно, представленная демонстрация свидетельствует о возникновении в катушке электрического поля, которое называется индукционным или наведенным, а само наблюдаемое явление – электромагнитной индукцией. В этих демонстрациях единственной переменной величиной является магнитное поле, поэтому естественно предположить, что причиной возникновения электрического поля является изменение поля магнитного.

Демонстрация 2: Для проверки гипотезы (высказанного предположения), магнит заменяем электромагнитом, собранным из деталей универсального трансформатора. Электромагнит соединяем с источником тока через реостат. Изменяя силу тока в катушке электромагнита, наблюдаем возникновение индуцированного тока во второй катушке при всяком изменении магнитного поля.

Демонстрация 3: Оставляя ток в обмотке электромагнита, замыкаем магнитную цепь якорем и наблюдаем в момент замыкания цепи отклонение стрелки гальванометра, что подтверждает возникновение в цепи индуцированного электрического тока. Аналогичное явление наблюдаем при выдвигании сердечника из катушки.

На основании этих демонстраций учащимися делается вывод: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в последнем возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока. Данный вывод формулируется как закон электромагнитной индукции.

На этом уроке возможна иная комбинация опытов - демонстраций с рассуждениями учащихся и последующим выводом:

Демонстрации – опыты (могут выполняться самими учащимися):

Помещенный в магнитное поле дугообразного магнита проводник, оставляем неподвижным;

Внутри магнитного поля дугообразного магнита перемещаем проводник параллельно линиям магнитного поля;

Перемещаем дугообразный магнит относительно проводника так, чтобы проводник пересекал линии магнитного поля.

Вывод по выполненным демонстрациям может быть получен как результат логической обработки результатов опытов. Указанный прием требует применения учащимися дедуктивного рассуждения; для объяснения полученного результата предполагается использование специально для этого составленной схемы. [2, с. 91]

Задание учащимся: сопоставьте опыты с выводом и объясните, на основе чего он сделан.

Схема представления результатов опытов  - в Приложении №1  к материалу.

 Схема рассуждений - в ПРиложении № 2 к материалу.

Проблемный вопрос: будет ли отклоняться стрелка гальванометра, если магнит, падая, пролетит мимо контура на расстоянии 5 – 10 см от него?

Последующие демонстрации должны подвести учащихся к понятию магнитного потока. Их проведение необходимо, чтобы показать, что значение имеет не только само магнитное поле, но и форма проводника, площадь контура, охватывающая магнитное поле.

Демонстрация: В катушку с током вставляем сердечник, длина которого больше длины катушки. К гальванометру присоединяем длинный проводник с изоляцией, которым делаем два – три витка вокруг сердечника. Установив в электромагните ток в 3 – 4 А, включается цепь; гальванометр при этом регистрирует небольшой индукционный ток. При размыкании цепи наблюдаем ток обратного направления. Увеличивая число витков вокруг сердечника, повторяем опыт и наблюдаем больший индукционный ток в цепи. [1, с.78] Формулируется вывод на основе демонстрации.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Каменецкий С. Е., Пустильник И. Г. Электродинамика в курсе средней школы (пособие для учителей) М., Просвещение, 1978, 127 с.

2. Решанова В. И. Развитие логического мышления учащихся при обучении физики М., Просвещение, 1985, 94 с.

3. Шахмаев Н. М., Каменецкий Е. С. Демонстрационные опыты по электродинамике. М., 1973, 2-е изд., с. 324

Приложение № 2

Приложение № 1

/data/files/b1571065299.jpg (960x720)