Урок 31. Генераторы тока

РАЗДЕЛ I. Поурочные разработки по физике к учебнику С. В. Громова

Урок 31. Генераторы тока

Цель: показать практическое применение закона электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

1. Какое явление называют электромагнитной индукцией?

2. Чем отличается электрическое поле, порождаемое переменным магнитным полем, от поля электростатического?

3. Почему в неподвижном проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, появляется индукционный ток?

4. Может ли вызвать ток в неподвижной катушке магнитная сила Лоренца, действующая на свободные электроны в ней со стороны магнитного поля магнита?

5. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

6. Чему равна ЭДС индукции в катушке из N витков?

Эксперимент 1

Изготовленную из медного провода толщиной 0,5-1 мм катушку из 30-50 витков диаметром 50 см подключают к гальванометру демонстрационного вольтметра. Расположите катушку перпендикулярно к плоскости магнитного меридиана и к магнитным линиям магнитного поля Земли. Поверните на пол-оборота. Гальванометр отмечает ток другого направления. Почему?

(Ответ: В витках возникает ток под действием магнитного поля Земли.)

Эксперимент 2

Возьмите проводник длиной 10 м, сложите его вдвое и сделайте катушку диаметром 4-5 см. Подключите концы обмотки к гальванометру и вводите внутрь ее магнит. Стрелка находится в покое. Объясните наблюдаемое явление.

(Ответ: В каждой части возникает ЭДС, но ЭДС одной части равно и противоположно по направлению ЭДС другой. Тока в катушке нет.)

Эксперимент 3

Основную обмотку дроссельной катушки присоедините к гальванометру демонстрационного амперметра. Почему при внесении внутрь катушки водопроводной трубы возникает ток? Поверните трубу с катушкой на 180°. Гальванометр обнаруживает ток. Почему? Ударьте достаточно сильно молотком по концу трубы. Почему в момент удара возникает ток? Переверните трубу с катушкой и вновь ударьте. Почему гальванометр отмечает в последнем случае больший ток.

(Ответ: В первом опыте труба действует как магнит, поскольку она находится в магнитном поле Земли. Во втором — поворот вызывает перемагничивание ее в поле Земли, что приводит к изменению магнитного поля около катушки и к возникновению индукционного тока. При ударе увеличивается степень намагничивания трубы. В результате наблюдается изменение магнитного поля, которое приводит к возникновению тока. При перемагничивании в процессе удара наблюдается большое изменение магнитного поля, что приводит к возникновению большего тока.)

II. Изучение нового материала

В генераторе переменного тока механическая энергия вращения преобразуется в электростатическую энергию переменного тока. Состоит генератор из индуктора (электромагнита или магнита, создающего магнитное поле), якоря обмотки, в которой возникает ЭДС. Его действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Пусть магнит вращается вокруг рамки с постоянной частотой х. За время t он совершает N = х · t оборотов. Каждому обороту соответствует 360° или 2 м. За время вращения магнитной поверхности:  - циклическая частота вращения.

Рамка будет пронизываться магнитным потоком:

Из-за постоянного изменения угла, пронизывающего рамку, магнитный поток тоже меняется:

Если изменить устройство, потребляющее энергию, то:

В рассмотренной модели вращающейся частью (ротором) был магнит, а неподвижной (статором) - рамка. Но может быть наоборот. Причиной появления тока будет действие на электроны, движущиеся вместе с рамкой магнитной силы Лоренца. Аналогичным образом устроен и генератор постоянного тока.

III. Повторение. Беседа

1. Что представляет собой генератор переменного тока?

2. Опишите его устройство и принцип действия.

IV. Решение задач

Разбирается задача № 407. Далее решение задач 408-411.

Домашнее задание

П. 89, задача 412.