Открытый урок «Переменный ток. Генератор переменного тока» 9 класс

Открытый урок «Переменный ток.

Генератор переменного тока» 9 класс

Цели урока:

Обучающая - выяснить условие существования переменного тока; познакомиться с применением переменного тока в быту и технике. Выявить знания учащихся по теме «Электромагнитная индукция»

Развивающая – умение анализировать, делать выводы; развивать логическое мышление.

Воспитательная – воспитывать умение слушать других.

1.Орг. момент.

Здравствуйте ребята, сегодня у нас урок открытый, улыбнитесь гостям и друг другу, пожелаем удачного дня.

Практически вся жизнь человека в быту связана с электричеством. А что будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?

2. Актуализация опорных знаний.

Проверка домашнего задания. Тест.

1. Проводник находится в электрическом поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды?

А. Совершают колебательное движение
Б. Хаотично
В. Упорядоченно

2. Что принято за направление электрического тока?

А. Направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц.
Б. Направление упорядоченного движения отрицательно заряженных частиц.
В. Определённого ответа дать нельзя.

3. Какова роль источника тока в электрической цепи?

А. Порождает заряженные частицы.
Б. Создаёт и поддерживает разность потенциалов в электрической цепи.
В. Разделяет положительные и отрицательные заряды.

4. В проводнике отсутствуют электрическое поле. Как движутся в нём свободные электрические заряды?

А. Совершают колебательное движение.
Б. Хаотично.
В. Упорядоченно.

5. Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока?

А. Кулоновские силы отталкивания.
Б. Сторонние (неэлектрические) силы.
В. Кулоновские силы отталкивания и сторонние (неэлектрические) силы.

3. Цели урока:

Мы повторили материал о постоянном электрическом токе, а теперь изучим переменный электрический ток.

знать: определение переменного тока

параметры переменного тока (амплитуда, период, частота, фаза)

способ получения переменного тока

уметь: определять параметры переменного тока строить по данным таблицы и читать график переменного тока

4. Изучение нового материала.

До конца XIX века использовались только источники постоянного тока – химические элементы и генераторы. Это ограничивало возможности передачи электрической энергии на большие расстояния. Проблема была решена при использовании переменного тока и трансформаторов.

Электрический ток, изменяющийся во времени, называют переменным.

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Простейшей моделью такого генератора служит проволочный виток, который вращается в однородном магнитном поле.

Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции: Ф = BS cos α

При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени: α = ωt,

где — угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону: Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет уже роль циклической частоты.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

Ф = B∙S∙cos α = B∙S∙cos ωt

e = – Ф = – B∙S∙(cos ωt) = B∙S∙ω∙sin ωt = ε_m∙sin ωt,

где ε_m = B∙S∙ω – амплитуда ЭДС индукции.

Если к рамке подключить колебательный контур,  то угловая скорость ω вращения рамки определит  частоту ω колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока.

Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u =  U_m ∙ sin ωt или u =  U_m cos ωt

где U_m— амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле:

i= I_m∙sin (ωt + φ_c)

Здесь I_m - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φ_c — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

В промышленных цепях переменного тока сила тока и напряжение меняются гармонически с частотой v = 50 Гц. Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Рассмотрим принцип действия генератора: возьмем рамку, состоящую из n витков, и соединим ее с гальванометром с помощью колец и скользящих по ним контактов (щеток). Когда рамка вращается в магнитном поле постоянного магнита, то стрелка гальванометра совершает колебания около положения равновесия. Это означает, что в цепи появился переменный ток. Этот опыт моделирует работу генератора переменного тока. Конструкция и действие реального генератора, используемого в промышленности, значительно сложнее.

2) Активное сопротивление

Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R. Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением.

Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от  генератора.

Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они  нагреваются.   Будем  считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону: u =  U_m sin ωt

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома:

Из этой формулы следует, что колебания силы тока на резисторе совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Амплитуда силы тока определяется равенством

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции (ЭМИ).

Устройство генератора переменного тока. 

Обмотка статора с большим числом витков, размещенных в его пазах. В ней наводится ЭДС.

Станина, внутри которой размещены статор и ротор.

Ротор (вращающаяся часть генератора) создаёт магнитное поле от электромашины постоянного тока.

Статор состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов. Пластины – из электротехнической стали.

Клеммный щиток на корпусе станины для снятия напряжения.

При равномерном вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС:

е = E sin t = BSN sin 2nt,

где e = BSN – максимальное значение ЭДС; n – число оборотов ротора в секунду; N – число витков обмотки статора.

Вырабатываемое напряжение в промышленных генераторах -В.

При вращении рамки в магнитном поле меняется магнитный поток. В рамке наводится переменная ЭДС индукции. Если цепь замкнута, то возникает индуктивный ток, который непрерывно меняется по модулю, а через ¹/₂ Т – по направлению.

Вынужденные электрические колебания, возникшие в цепях под действием напряжения, осуществляются по синусоидальному закону u =sint или u =cost.

Построение графика синусоидального тока по данным таблицы.

Задание по графику.

Определить по графику: *T – период, f – частоту, Im – амплитуду силы тока.

5. Закрепление изученного материала – решение задач.

1). Сила тока в цепи изменяется по закону i = 3cos (100t + /3) A. Определите амплитуду, круговую частоту и начальную фазу колебаний силы тока.

Ответ: Im = 3A,  = 100 рад/с, o= /2 рад/c  

2).Напряжение меняется с течением времени по закону u = 5cos(8t + 3/2) B. Определите амплитуду, круговую частоту и начальную фазу напряжения.

Ответ: Um = 5B,  = 8 рад/с, o = 3/2 рад/с

3). Сила тока меняется с течением времени по закону I = 2sin(3t + /2) A. Определите амплитуду, круговую частоту и начальную фазу силы тока.

Ответ:Im = 2A,  = 3 рад/c, o= -/2 рад/c

3).

6. Подведение итога урока.

Вариант 1

1. Что является источником энергии на ТЭС?

   1. Нефть, уголь, газ

   2. Энергия ветра

   3. Энергия воды

1. В какой области народного хозяйства расходуется наибольшее количество производимой электроэнергии?

   1. В промышленности

   2. В транспорте

   3. В сельском хозяйстве

1. Как изменится выделяемое проводами количество теплоты, если увеличить площадь поперечного сечения провода S?

   1. Не изменится

   2. Уменьшится

   3. Увеличится

1. Какой трансформатор нужно поставить на линии при выходе из электростанции?

   1. Понижающий

   2. Повышающий

   3. Трансформатор не нужен

1. Энергосистема — это

   1. Электрическая система электростанции

   2. Электрическая система отдельного города

   3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

Вариант 2

1. Что является источником энергии на ГЭС?

1. Нефть, уголь, газ

2. Энергия ветра

3. Энергия воды

1. Трансформатор предназначен

1. Для увеличения срока службы проводов

2. Для преобразования энергии

3. Для уменьшения выделяемого проводами количество теплоты

1. Энергосистема — это

1. Электрическая система электростанции

2. Электрическая система отдельного города

3. Электрическая система районов страны, соединенная высоковольтными линиями электропередачи

1. Как изменится выделяемое проводами количество теплоты, если уменьшить длину провода?

1. Не изменится

2. Уменьшится

3. Увеличится

1. Какой трансформатор нужно поставить на линии при входе город?

1. Понижающий

2. Повышающий

3. Трансформатор не нужен

7.Задание на дом: § 31, 32; упр.4(№5)

Аспектный самоанализ урока физики в 9 классе по теме
«Генератор переменного тока. Трансформатор»
Учитель Шестакова Н.П.
(Анализ вовлечения учащихся в учебную деятельность на уроке.
Данный урок является одним из последних в системе уроков по теме «Электромагнитное поле».
Цель урока: знакомство учащихся с промышленным способом получения электрической энергии и его передачи потребителям. 
Для достижения цели урока были поставлены следующие задачи: 
обучающие - закрепить знания по теме «Явление электромагнитной индукции».
- изучить принцип получения и передачи переменного тока. 
- познакомить с устройствами генератора переменного тока и трансформатором;
развивающие - создать условия для развития познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе наблюдения за демонстрацией эксперимента; развития умения выдвигать и проверять гипотезы, обнаруживать зависимости между электрическим током и магнитным полем, объяснять полученные результаты;
воспитательные: создать условия для воспитания интереса к предмету, вооружения учащихся научными методами познания, позволяющими получить объективные знания об окружающем мире; воспитывать необходимость соблюдения правил безопасного использования технических устройств, выступать в роли грамотного потребителя электрической энергии.

Постановка   задач урока обоснована с учетом особенностей учебного материала и выполнение их позволило достичь поставленной цели урока, идеи урока доведены до учащихся. Структура урока соответствует его целям. 
Тип урока информационно-развивающий, т.к. программа ООО не предусматривает включение этого материала для проверки в ОГЭ и часть его является необязательной для изучения.
Структура урока, логическая последовательность  взаимосвязана с  этапами урока. Целесообразно распределено время урока между ними. 
Форма обучения выбрана коллективная для организации эффективного взаимодействия обучающихся. В процессе работы осуществлялось взаимодействие: учитель – ученик, ученик – ученик, учитель – класс, ученик – класс.
Содержание урока соответствует требованиям государственных программ ООО, согласно которой ученики должны научиться рассказывать об устройстве и принципе действия генератора переменного тока; называть способы уменьшения потерь электроэнергии передаче ее на большие расстояния; рассказывать о назначении, устройстве и принципе действия трансформатора и его применении понимать роль эксперимента в получении научной информации; понимать условия безопасного использования в повседневной жизни трансформатора, генератора тока. Получить возможность научиться осознавать ценность научных исследований, роль физики в расширении представлений об окружающем мире и ее вклад в улучшение качества жизни
Степень усвоения нового материала хорошая, о чем говорят результаты тестирования в конце урока. Новый материал был связан с ранее известными фактами.
Учитывал разные каналы восприятия информации учащимися. Использовал при обсуждении материалов урока наглядные пособия, слайды, учебник, демонстрации
Видеоролик и анимационные слайды позволили активно включиться в обсуждение темы урока визуалам. 
Музыкальное оформление, звуковое сопровождение обеспечило полную вовлеченность в образовательный процесс аудиалов. 
Возможность активно двигаться, взаимодействовать с одноклассниками, работать с приборами в процессе представления и обсуждения материалов урока эффективно помогло кинестетикам в понимании и усвоении новой информации. 
Живые демонстрационные опыты и их анимированные схемы на слайдах обеспечили сохранение и развитие мотивации на протяжении всего урока. 
Рефлексия на уроке осуществлялась с помощью картинки «дерево». В процессе рефлексии очень хорошо было видно, как обучающиеся усвоили материал, все ли правильно они поняли, что позволило прямо в процессе обсуждения внести коррективы в понимание новой темы, дополнительно объяснить проявившиеся сложные моменты темы.
Общие результаты урока:
100% выполнение плана урока; 
Полная реализация общеобразовательной, воспитывающей и развивающей задач урока; 
усвоения знаний и способов деятельности учащихся проходило на 3 уровне - применение в новой ситуации, т.е. творческое.
Рекомендации себе по улучшению качества урока: в большей степени задействовать потенциал учеников при проведении урока, работать над мотивацией обучающихся как в начале урока, так и в ходе его.