«Электромагниттік индукция заңы. Ленц ережесі»

597

 

Сабақтың тақырыбы:  «Электромагниттік индукция заңы. Ленц ережесі»

Сабақтың мақсаты:

Білімділік: Оқушыларға электромагниттік индукция құбылысы және индукциялық токтың бағыты туралы Ленц ережесін түсіндіру.

Дамытушылық: Оқу материалын талдай білу дағдысын дамыту, бақылау, салыстыру, оқылған құбылыстар мен фактілерді салыстыра білу, қорытынды жасай білуге баулу.  Жаңа білімді қолдану дағдысын дамыту, ақылға салу дағыдысын қалыптастыру.

Тәрбиелік: Жауапкершілікті сезіне  отырып жұмыс жасауға, ұқыптылыққа, өз жолдасының пікірін тыңдауға тәрбиелеу.

Сабақтың типі: аралас

Сабақтың түрі: жаңа тақырыпты меңгерту.

Сабақтың әдістері:түсіндіру, тест тапсырмалары, есептер шығару.

Сабақтың көрнекілігі:  үлестірілмелі карточкілер,  слайдтар,  бейнефильм

 

Сабақтың құрылымы:

1.Ұйымдастыру кезеңі  

ІІ.Үй тапсырмасын сұрау кезеңі: 

Ой шақыру-қызығушылықты ояту кезеңі

а) Суретті карточкамен жұмыс

ә) «Кім шапшаң?» ойыны

б) Есептер шығару

ІІІ. Жаңа білімді игеру:

а)Оқытушы лекциясы

б) Бейнефильм «Фарадей тәжірибелері»

IV.Жаңа тақырыпты бекіту  

а) есептер шығару

ә) өзіндік жұмыс (тест сұрақтары)

V.Үйге тапсырма беру 

VI.Қорытынды  

а) Бағалау

ә) рефлексия (не білемін?,  не білдім?,  не білгім келеді?)

Барысы:

Ұйымдастыру кезеңі.

а) Сәлемдесу (Құрметті оқушылар бүгін біздің сабағымызға қонақтар қатысып отыр. Бір бірімізге күлімдеп,  сабақты  жақсы көңіл-күймен бастаймыз. Отырыңдар.)

б) Оқушыларды түгендеу .

в) Сабақтың құрылымы, жоспарымен  таныстыру  (Бүгінгі сабақта біз магнит өрісінің қасиеттерін одан әрі терең оқып, зерттеп «Электромагниттік идукция құбылысымен» танысамыз.)

Мұғалім: Сабақты халқымыздың аса көрнекті ағартушысы, ойшылы, қоғам қайраткері Ы. Алтынсариннің ғылымның адам өміріндегі  маңызы туралы өлең жолдарына шолу жасап  бастаймыз.

Өнер-білім бар жұрттар

Тастан сарай салғызды

Айшылық алыс-жерлерден

Көзіңді ашып-жұмғанша,

Жылдам хабар алғызды

Аты жоқ құр арбаны

Мың шақырым жерлерге

Күн жарымда барғызды

Адамды құстай ұшырды.

Мал істейтін жұмысты

От пен суға түсірді

Отынсыз тамақ пісірді

Сусыздан сусын ішірді

Теңізде жүзді балықтай

Дүниені кезді жалықпай

Білгендерге осылар

Бәрі-дағы анықтай

Біз де бекер жатпалық

Осыларға таныспай , —

Білмегенде танықтай, —  Бұл өлең жолдарын талдасақ, қазіргі инновациялық технология заманында  физика құбылыстарына  байланысты түсініктер келтірілген  және оны оқып-үйренуге шақырған.

Сондай-ақ оқушылар электронды, автоматты  құрылғы-аспаптардың жұмыс принципі бүгінгі біз танысатын «электромагнитті идукция құбылысына» негізделген. Осы уақытқа дейін  «Магнит өрісі» тарауы бойынша көп нәрсені оқып үйрендік. Негізінен магнит өрісі және оның қасиеттері, магнит индукция векторының,  магнит өрісі тарапынан әсер ететін Ампер, Лоренц күштерінің модулдері мен бағыттарын анықтау,  заттың магниттік қасиеттері туралы ұғымдарды түсініп, біліп техникада, өмірде күнделікті қажеттілікке қолдана білуіміз қажет. Сондықтан қазір сендердің өткен тақырыптар бойынша білімдеріңді тексереміз.

 

ІІ.Үй тапсырмасын сұрау кезеңі:

Ой шақыру-қызығушылықты ояту кезеңі

а) Суретті карточкамен жұмыс (Суретте бейнеленген құбылысты  түсіндіру: түзу токтың магнит өрісі,  тогы бар катушканың магнит өрісі,, ампер гипотезасы, магнит индукция векторының бағыты, сол қол ережесі: Ампер күші, Лоренц күші)

ә) «Кім шапшаң?» ойыны:6 сұрақ

(Сандықшаға салынған сұрақтарға бірден жауап беру)

Физикалық

шама

I  R Q U E P A F
Өлшем бірліктері

 

2)Қозғалған зарядтарға

Магнит өрісінің әсері,

Жылдамдығын өзгертеді.

Өлшемдерін қарасаң,

Ньютонға ол келеді.         Шешуі:(Лоренц күші).

3)

Физикалық заңдар Ом заңы Лоренц кұші Ампер күші Фарадей заңы Джоуль-Ленц заңы Токтың жұмысы Толық тізбек үшін Ом заңы
Формулалар

 

 

4)Тогы бар өткізгіштер

Өзара тартылады, тебіледі

Жауабын білсеңдер

Айтыңдаршы неліктен ? Шешуі:  (Магниттік күштер әсерінен)

5) Минимал зарядтың мәні нешеге тең? (е = 9,1*10-19 Кл)

6)Сыртқы магнит өрісін әжептәуір күшейтетін заттар не деп аталады ? Оларға жататындар: Темір, болат,шойын, никель, кобальт, гадолиний (Ферромагнетиктер)

б) Есептер шығару: (А-деңгей; В-деңгей; С- деңгей;)

  1. Индукциясы 0,2 Тл – ге тең магнит өрісіндегі 10 Мм/с жылдамдықпен индукция сызықтарына перпендикуляр қозғалып келе жатқан протонға қандай күш әсер етеді? (qп= 1,6*10-19 Кл) (0,32 пН)

2)Көлденең қимасының ауданы 60 см2 –ге тең контурының ішіндегі магнит ағыны 0,3 мВб –ге тең. Контур ішіндегі өріс индукциясын тап.(50 мТл)

3)Магниттік индукциясы В = 2 Тл болатын біртекті магнит өрісі ұзындығы ∆l = 20 см өткізгішке F = 0,075 Н күшпен әрекет етсе, өткізгіштегі токтың күші қандай? Магнит индукциясы сызықтары мен өткізгіштегі токтың бағыттары арасындағы бұрыш α = 30°.

4)Егер өріс өзара перпендикуляр болып, өткізгіштің актив бөлігінің ұзындығы 5 см, ондағы ток күші 25 А болса, тоғы бар өткізгішке 50 мН күш әсер ететін магнит өрісінің индукциясы қандай?

5)Электрон және протон бірдей жылдамдықта қозғалып, біртекті магнит өрісіне индукция векторына перпендекуляр бағытта енеді. Егер

mp = 1.8*10-27 кг ;  mе = 9,1*10-31 кг болса         қатынасы қандай болады? (2*103);

6)Актив бөлігінің ұзындығы 8 см өткізгіштегі ток күші 50 А-ге тең. Ол индукциясы 20 мТл біртекті магнит өрісінде орналастырылған. Егер өткізгіш индукция сызықтарына перпендекуляр 10 см-ге орын ауыстырса, осындағы істелген жұмысты табыңдар. (8 мДж)

ІІІ. Жаңа тақырыптың қысқаша мазмұны:

а) Магнит өрісінің электр тогын тудыруы туралы болжамдар

ә) Фарадей тәжірибелері

б) Электромагниттік индукция заңы

в) Ленц ережесі

г) Магнит өрісінің энергиясы

Х.Эрстед тәжiрибесi электр тогы өзiнiң маңындағы кеңiстiкте магнит өрiсiн туғызатындығын дәлелдейдi. Бұл дерек, өз кезегiнде электр және магнит өрiстерiнiң арасында қандай да бiр байланыс бар екенiне нұсқағандай. Осымен байланысты мынадай заңды сауал туындайды:  «керiсiнше, магнит өрiсi электр тогын туғыза ала ма?». Бұл сауалдың жауабын 1831 жылы ағылшын ғалымы М.Фарадей бердi. Фарадей тәжiрибесi өткiзгiштiң тұйық контурын тесiп өтетiн магнит ағыны өзгерген кезде ол өткiзгiште электр тогы пайда болатынын көрсеттi. Физика мен техниканың одан арғы дамуында үлкен роль атқарған бұл құбылыс электромагниттiк индукция құбылысы деп, ал сәйкес контурда пайда болған ток индукциялық ток деп аталды. Электромагниттiк индукция құбылысы кезiнде тұйық контурда индукциялық токтың тууы бұл тiзбекте осы токты туғызатын индукция электр қозғаушы күшiнiң (ЭҚК) пайда болатындығының дәлелi. Электромагниттiк индукция заңы осы индукция ЭҚК-iнiңмәнiнiң неге байланыстыболатындығынанықтайды. Бұлзаңғасәйкестұйықконтурдапайдаболатын индукция ЭҚК-i εi, сол тұйық контурмен қоршаған беттi тесiп өтетiн магнит ағынының өзгеру жылдамдығының терiс таңбамен алынған мәнiне тең, яғни

Бұл өрнектен контурды тесiп өтетiн магнит ағыны неғұрылым тез өзгерсе (артса немесе кемiсе) соғұрылым индукция ЭҚК-нiң модулi де үлкен болатындығы көрiнiп тұр.

Ал электромагниттiк индукция құбылысы кезiнде контурда пайдаболатын индукциялық токтың бағыты жөнiнде не айтуға болады ?

Бұл токтың бағытын анықтауға мүмкiндiк беретiн жалпы ереженi 1833 жылы Э.Ленц ашқан. Осы ғалымның құрметiне Ленцер ежесi деп аталған бұл тұжырым мынадай: Кезкелген ток тәрiздi тұйық контурда пайда болатын индукциялық ток та өзiнiң маңында магнит өрiсiнтуғызады. Индукциялық ток, әрқашан да өзi тудырып тұрған магнит өрiсi, сол токты тудырып тұрған магнит ағынының кез келген өзгерiсiне кедергi жасайтындай болып бағытталады. Электромагниттiк индукция заңының өрнегiндегi минус таңбасы осы Ленц ережесiмен байланысты.

Ленц ережесi электромагниттiк құбылыстардағы энергияның сақталу заңының салдарыболып табылады. Мұны тұйық және тұйық емес (үзiгi бар) сақиналар мен жасаған тәжiрибе айқын көрсетедi.

Индукциялықтоктыңэнергиясыөзкезегiндеөткiзгiштердiқыздыруғажұмсалуы, қозғалатынәртүрлiмеханизмдердiңмеханикалықэнергиясынаайналуыжәнеэнергияныңбасқатүрлерiнеауысуымүмкiн. Катушка арқылы өтiп жатқан токтың шамасы өзгерсе, онда о лкатушканың маңындағы магнит өрiсiнiң ағыны да өзгередi. Ал, өз кезегiнде бұл өзгерген магнит ағыны электромагниттiк индукция құбылысына сәйкес катушкада қайтадан индукциялық ЭҚК-iн туғызады. Осылай, тiзбектегi токтың өзгеруiнен осы тiзбектiң өзiнде қайтадан индукциялық ЭҚК-нiң пайда болуы өздiк индукция құбылысы деп аталады.

Өткiзгiш арқылы өтiп жатқан ток туғызып отырған магнит өрiсiнiң ағыны Ф сол өрiстiң магнит индукциясына пропорционал, ал магнит индукциясы өз кезегiнде тiзбектегi ток күшiнен тәуелдi, олай болса, өздiк индукция магнит ағыны сол өткiзгiштiң өзiндегi ток күшiне тура пропорционал, яғни Ф ~ I. Контурдың пiшiнiнен және ортаның магниттiк қасиеттерiнен тәуелдi болатын пропорционалдық коэффициентi L деп белгiлеп, индуктивтiлiк немесе өздiк индукция коэффициентi деп атайды. Онда

Ф = L·I

Мұндағы L – дiң бiрлiгi ретiнде 1А ток өткенде 1 Вб магнит ағынын туғызатын контурдың индуктивтiлiгi алынады. Оны 1 Генри (Гн) деп атайды. Яғни, 1 Гн = 1 Вб/А. Ленц ережесi бойынша индукциялық ЭҚК-i тiзбектегi токтың арту сәтiнде оның өсуiне, ал төмендеу сәтiнде оның кемуiне кедергi жасайды. Осы тұрғыдан алғанда өздiк индукция құбылысы механикадағы заттардың инерттiлiк қасиетiмен, ал индуктивтiлiк сәйкес инерттi масса мен баламалы.

Фарадейдiң электромагниттiк индукция заңы өздiк индукция құбылысы  үшiн де орынды. Яғни, өздiк индукция ЭҚК-i өздiк индукция магнит ағынының өзгерiсi түрiнде мына өрнекпен анықталады

Егер өткiзгiштiң индуктивтiлiгi уақытқа байланысты өзгермейтiн болса, онда  өрнекті ескере отырып εis-тi мына түрде анықтауға болады.

Өздiк индукция құбылысын индуктивтiлiгi үлкен катушкадан, резистордан және қыздыру лампаларынан тұратын тiзбекпен жасалғант әжiрибе айқын көрсетедi

 

Магниттiкөрiстiңэнергиясы. Магнит өрiсi энергиясының тығыздығы

Электр тiзбегiн ток көзiне қосқан кезде контурдағы токтың мәнi нөлден бастап артып, өзiнiң қандай да бiр I – ге тең тұрақты мәнiне жеткенше, токтың осы өзгерiсiнен пайда болатын өздiк индукция ЭҚК-iн жеңуге қарсы жұмыс жасалынуы тиiс. Энергияның сақталу заңына сәйкес бұл жасалынған жұмыс энергияның басқа түрiне, яғни осы тұйық контурдың магнит өрiсiнiң энергиясына айналады. Бұл үрдiс механикада жұмыс iстей отырып массасы m – ға тең денеге v – ға тең жылдамдық бергенге ұқсас. Бұл жағдайда дене mυ2/2-ге тең кинетикалық энергияға ие болатыны белгiлi. Осы ұқсастықты пайдалана отырып бiздiң жағдайымыздағы энергияның өрнегiнмына түрде жазуға болады

Бұл өрнекте энергияның мәнi индуктивтiлiк және тiзбектегi ток арқылы анықталған. Бiрақ бұл магнит өрiсiнiң энергиясы болғандықтан оны тiкелей осы өрiстi сипаттайтын шамалар арқылы да жазуға болады. Ол үшiн өрiс туғызып тұрған контурды ұзындығы аса үлкен катушка деп есептесек, өрiстiң бүкiл энергиясы сол катушканың iшiне жинақталады Ал катушка индуктивiгiнiң L=μμ0n2Sℓ және магнит өрiсi индукциясының B=μμ0In екенiн ескерсек, онда

екендiгiн аламыз. Мұндағы μ-ортаның магниттiк өтiмдiлiгi, μ0- магнит тұрақтысы,

S – катушканың көлденең қимасының ауданы, ℓ-катушканың ұзындығы. Ал S·ℓ=V катушканың көлемi екенiн ескерсек, онда энергия тығыздығының, яғни көлем бiрлiгiндегiэнергияның мәнiүшiн мынадай өрнектi аламыз:

Дербес жағдайда аса ұзын катушканың магнит өрiсi үшiн алынған осы өрнек өзін қандай токтардың туғызып тұрғанынан байланыссыз кез-келген магнит өрiсiүшiн де орынды болады.

Энергияның сақталу заңына сәйкес, тiзбектегi ток нөлге дейiн кемiген кезде өрiстегi жинақталған энергия қайта бөлiнiп шығады. Оны индуктивтi катушканы ток көзiнен ажыратқан кезде онымен параллель жалғанған шамның жылт етiп жанып өшкенiнен байқауға болады.

 

 

IV.Жаңа тақырыпты бекіту 

а) есептер шығару

1) 2 секундта контурды тесіп өтетін магнит ағыны 10 Вб –ден 0 Вб-ге дейін бірқалыпты  кеміді Контурдағы индукцияның ЭҚК-і неге тең? (5 В)

2)Өздік индукцияның максимальды ЭҚК-і 20 В, индуктивтілігі 0,5 ГШн контурда катушкадан өтетін  (А/с) ток күшінің өзгеру жылдамдығын тап. (40А/с)

ә) өзіндік жұмыс (тест сұрақтары)

1.Ленц ережесі нені анықтайды?

  1. Индукциялық токтың күшін
  2. Индукциялық токтың бағытын
  3. Индукциялық ЭҚК-ті
  4. Ток күшінің бағытын
  5. ЭҚК-ң бағытын.

2.Электр контурдың магниттік қасиеттерін анықтайтын шама:

  1. Сыйымдылық
  2. ЭҚК-і
  3. Индуктивтілік
  4. Ток күші
  5. Кернеу
  6. Ток күші 2 есе артса магнит өрісінің энергиясы қалай өзгереді?
  7. 2 есе артады
  8. 4 есе артады
  9. 2есе азаяды
  10. 4 есе азаяды
  11. Өзгермейді
  12. Төмендегі өрнектің қайсысы электромагниттік индукция заңының өрнегі болып табылады?
    1. E=I(R+r)
    2. E=
    3. E=
    4. E=vBIsina
    5. E=I/(R+r)
    6. Тізбекте өздік индукция ЭҚК ненің әсерінен туындайды?
  13. Сыртқы магнит өрісі әсерінің артуынан
  14. Магнит ағынының өзгеруінен
  15. Магнит ағыны әсерінің кездейсоқ өзгеруінен
  16. Сыртқы магнит өрісі ағынының кемуінен
  17. Жауаптардың дұрысы жоқ

6.Катушка ішіне темір өзекше енгізгенде ондағы магнит индукциясы қалай өзгереді?

  1. Көп өседі
  2. Азаяды
  3. Аз ғана өседі
  4. Өзгермейді
  5. Аз ғана азаяды
  6. Магнит ағынының өлшем бірлігі ..
  7. Тл*м2

в) Тл/м2

с) Вт*м2

д) Вт/м2

е) 2м/Тл

  1. Тоғы бар катушканың энергиясы қай жерде шоғырланған?
  2. А) Катушканың өткізгіштерінде.
  3. В) Катушканың ішіндегі кеңістікте.
  4. С) Жалғастырғыш сымдарда.
  5. Д) Анықталмаған.
  6. Е) Катушканың өткізгіштерінде және жалғастырғыш сымдарда.

9.Магнит өрісін күш сызықтарымен бейнелеуді кім ұсынды?

  1. Ампер
  2. Фарадей
  3. Джоуль
  4. Ньютон
  5. Максвелл

10.Егер зарядталған бөлшектің бастапқы жылдамдығы магнит индукциясы сызықтарына перпендекуляр болса, бөлшек магнит өрісінде қалай қозғалады?

  1. Түзу сызықпен
  2. Параболамен
  3. Шеңбер бойымен
  4. Спираль бойымен
  5. Тыныш күйде болады

V.Үйге тапсырма беру 

Тақырыпты қосымша деректермен толықтару

VI.Қорытынды 

а) Бағалау

ә) рефлексия