Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель постоянного тока - Электромагнитные явления

Цели: ознакомить учащихся с действием магнитного поля на проводник с током, с проявлением действия силы Ампера; объяснить учащимся устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока.

Демонстрации: движение проводника и рамки с током в магнитном поле; устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока.

Ход урока

I. Проверка знаний

Первые 10 минут урока целесообразно посвятить проверке качества усвоения материала по теме «Постоянные магниты». Для письменной проверочной работы можно предложить следующие варианты разноуровневых заданий:

Уровень 1

1. Как взаимодействуют разноименные и одноименные полюсы магнитов?

2. Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой - только южный?

Уровень 2

1. Почему корпус компаса делают из меди, алюминия, пластмассы и других материалов, но не из железа?

2. Почему стальные полосы и рельсы, лежащие на складах, через некоторое время оказываются намагниченными?

Уровень 3

1. К южному полюсу магнита притянулись две булавки (рис. 34). Почему их свободные концы отталкиваются?

2. Нарисуйте магнитное поле подковообразного магнита и укажите направление силовых линий.

Уровень 4

1. Полосовой магнит разделили на две равные части и получили два магнита. Будут ли эти магниты оказывать такое же действие, как и целый магнит, из которого они изготовлены?

2. Стальной, хорошо отполированный шар имеет идеально круглую форму. Можно ли намагнитить этот шар?

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Действие магнитного поля на проводник с током.

2. Сила Ампера. Правило левой руки.

3. Рамка с током в магнитном поле.

4. Устройство электродвигателя постоянного тока.

5. Применение электродвигателей.

1. Важнейшее проявление магнитного поля - это действие его на движущиеся заряды. Для демонстрации этого явления собираем установку из дугообразного постоянного магнита и длинного гибкого провода, присоединенного последовательно с реостатом к аккумулятору (см. рис. 113 на с. 143 учебника). Горизонтальный участок провода располагают в магнитном поле магнита.

При замыкании цепи наблюдается отклонение провода, при размыкании - возвращение его к положению равновесия. Делается вывод: магнитное поле действует е некоторой силой на провод с током.

При изменении направления электрического тока в проводнике изменяется и направление движения проводника, а значит и действующей на него силы.

2. Сила Ампера. Направление действующей на проводник с током силы в магнитном поле (силы Ампера) можно определить, пользуясь правилом левой руки: руку располагают так, чтобы ладонь была обращена к северному полюсу магнита, а четыре пальца показывали направление тока в проводнике, тогда отставленный на 90° большой палец укажет направление действующей на проводник силы.

Сила Ампера тем больше, чем сильнее магнитное поле магнита, чем больше сила тока в проводнике, а также зависит от длины проводника и его расположения в магнитном поле.

3. В практике часто используют действие магнитного поля на рамку с током (рис. 115 на с. 144 учебника). Поворот рамки учитель объясняет, применяя правило левой руки к каждому вертикальному участку рамки. При изменении направления тока в рамке она будет поворачиваться в обратном направлении. То же самое мы наблюдаем, поменяв местами полюсы магнита.

Пользуясь правилом левой руки, мы уже выяснили, что магнитное поле, действуя на вертикальные стороны рамки, вынуждает ее поворачиваться так, что ее плоскость располагается перпендикулярно силовым линиям поля. При этом по инерции рамка каждый раз проходит несколько дальше положения равновесия. Если в момент прохождения рамкой положения равновесия каждый раз изменять направление тока в ней, то она будет непрерывно вращаться.

Наблюдая опыт, учащиеся должны отчетливо представлять, что вращение рамки происходит в результате действия магнитного поля на проводники с током, и что в этом процессе происходит превращение электрической энергии в механическую. На рассмотренном явлении основано устройство электродвигателей.

4. В электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника, что и обмотка якоря.

Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение в транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы).

Полезно будет рассказать о первом электродвигателе и его изобретателе - русском ученом Б. С. Якоби.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала в конце урока можнр обсудить решения следующих качественных задач:

1. В троллейбусах установлены электродвигатели постоянного тока. Притягиваются или отталкиваются провода троллейбусной линии?

2. Два параллельных проводника, по которым текут токи в одном направлении, притягиваются. Почему же два параллельных электронных пучка отталкиваются? Можно ли поставить опыт так, чтобы параллельные проводники, по которым текут токи в одном направлении, тоже отталкивались?

Решение: Проводники, по которым текут токи, обычно электрически нейтральны, и поэтому взаимодействие между ними - только магнитное. Между электронными пучками тоже действует магнитное притяжение, но гораздо более сильным оказывается электрическое отталкивание одноименно заряженных частиц. Это отталкивание приводит также к расширению пучков. Параллельные проводники, по которым текут токи в одном направлении, тоже будут отталкиваться, если им сообщить достаточно большие одноименные заряды.

3. Какие преобразования энергии происходят в электродвигателе постоянного тока?

4. Изменится ли направление вращения якоря, если изменится направление тока: а) в обмотке якоря электродвигателя; б) в обмотке электромагнитов; в) одновременно в обмотках якоря и электромагнита?

Домашнее задание

§ 61 учебника; вопросы и задания к параграфу.