Методика введения закона электромагнитной индукции с помощью демонстрационного эксперимента

Автор: Шорикова Татьяна Викторовна

Организация: ГБОУ Школа №1793

Населенный пункт: город Москва

Аннотация. В настоящее время интенсивно развиваются всевозможные школьные педагогические технологии, которые помогают усвоению учебного материала, Физика – наука экспериментальная, поэтому в основу ее преподавания должен быть положен эксперимент. В статье предлагается оригинальный методический прием одновременного введения понятия магнитного потока и закона электромагнитной индукции с помощью демонстрационного эксперимента.

«Эксперимент – неотъемлемая основа любого прогресса наук, эксперимент,

из которого мы всегда исходим и к которому мы всегда возвращаемся –

лишь он один может служить нам источником знаний о реальных фактах,

которые стоят выше любой теоретической концепции, либо предвзятой теории».

(Л. де Бройль)

После краткой исторической справки и проведения вводных опытов по обнаружению электромагнитной индукции ставим вопрос: от чего зависит величина индукционного тока?

Для ответа на этот вопрос воспользуемся рамкой, подключенной к демонстрационному гальванометру и прибором для демонстрации свойств электронных пучков, из которого вынута электронно-лучевая трубка. Прибор подключен к выпрямителю на 12 В, сила тока регулируется потенциометром (см. рис.1). При помещении рамки в зазор между катушками она оказывается в магнитном поле, индукция которого зависит от силы тока в катушках.

 

Рис.1

Демонстрируем зависимость величины и направления индукционного тока от скорости изменения модуля вектора магнитной индукции В, а также от площади контура S и угла α между вектором магнитной индукции  и вектором нормали  к поверхности контура.

а) Рамку вносим в магнитное поле перпендикулярно магнитным линиям. Индукционного тока нет. Увеличиваем силу тока в катушках, а, следовательно, и величину магнитного поля первый раз медленно, второй - быстро. В обоих случаях гальванометр фиксирует появление индукционного тока, но в первом случае индукционный ток меньше, чем во втором.

Видоизменяем опыт. Уменьшаем силу тока в катушках первый раз медленно, второй — быстро. Фиксируем появление меньшего и большего индукционного тока противоположного направления.

Вывод: чем больше скорость изменения индукции магнитного поля, тем больше возникающий в замкнутом контуре индукционный ток. Направление возникающего индукционного тока зависит от знака изменения индукции магнитного поля.

б) Уменьшим площадь контура S в два раза и повторим опыт. Видим, что в обоих случаях индукционный ток меньше примерно в 2 раза по сравнению с предыдущим опытом.

Вывод: величина индукционного тока прямо пропорциональна площади S контура.

в) Установим зависимость величины индукционного тока от угла α между нормалью к площади поверхности рамки и линиями магнитного поля. Силу тока в катушках, а, следовательно, и индукцию магнитного поля, будем менять одинаково во всех случаях, а угол α от 0° до 90°. Например: α₁= 0°; α₂= 45°; α₃= 90°. Индукционный ток имеет разные значения, наибольшее при α₁= 0°; а наименьшее при α₃= 90°.

Вывод: индукционный ток зависит от угла α между направлением вектора магнитной индукции  и вектором нормали  к поверхности .

На основании этих опытов можно сделать вывод о том, что индукционный ток зависит от:

• скорости изменения модуля вектора магнитной индукции В;
• площади поверхности контура S;
• от угла α между направлением вектора магнитной индукции  и вектором нормали  к поверхности .

Эта зависимость позволяет ввести понятие магнитного потока, пронизывающего поверхность рамки.

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и на косинус угла α между вектором  и нормалью  к поверхности .

Ф = BScos α .

Индукционный ток возникает в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром. Здесь нужно указать, что для изменения магнитного потока совершенно не обязательно менять именно индукцию магнитного поля. Можно поменять только площадь контура или угол поворота. Последнее легко показать, поворачивая рамку в постоянном поле катушек.

Сообщаем далее, что величина индукционного тока I прямо пропорциональна Ф'(t). В более общем случае надо говорить о пропорциональности ЭДС индукции Ɛ_i от Ф'(t), так как контур может быть и не замкнут. Знак минус в законе получаем из анализа результатов опытов по изменению направления индукционного тока и установлению на этом основании правила Ленца.

В результате получаем окончательно: Ɛ_i = - Ф'(t).

Закрепление и отработку материала можно осуществить с помощью решения экспериментальных задач.

При проведении демонстрационного эксперимента необходимо учитывать следующие требования:

• Демонстрационные установки должны содержать минимально необходимое количество элементов, чтобы не отвлекать внимание.
• Используемые приборы должны быть знакомы учащимся. При использовании новых приборов необходимы соответствующие комментарии.
• Демонстрационная установка и каждый ее элемент должны быть видны с любого места, на котором может находиться ученик.
• Демонстрируемый эксперимент должен быть выразительным и кратковременным.

В заключении хочется сказать, что школьный физический эксперимент – это не только средство наглядности, а и источник знаний. Научно-технический прогресс не остановить и в школе мы уже работаем в виртуальных лабораториях библиотеки МЭШ, но недооценивать роль физического эксперимента нельзя. Роль наукоемких технологий, зависящих от теоретической и прикладной физики, растет и это требует формирования у обучающихся умений, необходимых для практического использования явлений и процессов природы в быту и технике. В.В.Краевский писал: «Чтобы овладеть способом деятельности, необходимо, чтобы знание превратилось в навык и умение. Знать еще не значит уметь».

Список использованных источников

 

1. Мякишев Г.Я., Б.Б.Буховцев, Н.Н. Сотский Физика 11 класс, чебник для общеобразовательных организаций, базовый и углубленный уровни / Под ред Н.А.Ппарфентьевой – М.: Просвещение, 2020.

2. Буров В.А., Зворыкин Б.С. и др. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школ. Часть 2. Электричество. Оптика. Физика атома. Пособие для учителя / Под ред. А.А.Покровского – М.: Просвещение, 1972, с.65.

3. Анциферов Л.И. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента: учеб. Пособие для студентов пед. ин-тов по физ.-мат. Спец. / Л.И.Анциферов, И.М.Пищиков. – М.: Просвещение, 1984.-255с., ил.

4. Буров В.А., Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы: пособие для учителей / В.А.Буров, Б.С.Зворыкин, А.А.Покровский, И.М.Румянцев. – М.: Просвещение, 1967. Ч. 1, 2.

5. Крутова И.А., Эмпирический метод познания в науке и школьном курсе физики // Физика в школе. – 2007.

9. Хорошавин С.А., Техника и технология демонстрационного эксперимента: пособие для учителей / С.А.Хорошавин. – М.: Просвещение, 1978. – 174 с., ил.

Опубликовано: 14.06.2025