Методика изучения явления электромагнитной индукции

В формировании понятия электромагнитной индукции можно выделить несколько этапов. Первый этап состоит в рассмотрении экспериментов М.Фарадея, где на основании демонстрационных опытов с внесением постоянного магнита в катушку, замкнутую на гальванометр, выясняется, что:

1.Если в проволочную катушку соединенную с гальванометром вносить полосовой магнит одним из полюсов, стрелка гальванометра отклоняется, Ток существует только во время движения магнита. Если магнит неподвижен относительно катушки то тока нет.

2. Если магнит вынимать из катушки, стрелка снова отклоняется, но уже в противоположную сторону.

3. Если вносить магнит противоположным полюсом, то стрелка магнита отклоняется в сторону, противоположную той, в которую она отклонялась в первом опыте. Вынимая магнит из катушки, замечаем что стрелка отклоняется в другую сторону.

На основании анализа опытов одновременно с наглядной иллюстрацией силовых линий магнитного поля постоянного магнита дается первичное определение явлению: возникновение индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при изменении числа силовых линий, пронизывающих его. При этом необходимо акцентировать внимание учащихся на разное направление индукционного тока в различных вариантах опыта.

Важно подчеркнуть, что силовые линии магнитного поля – это модель, а не величина, которая может вызывать возникновение индукционного тока.

В связи с этим возникает необходимость введения физической величины, изменение которой вызывает индукционный ток.

Следующими шагом к правильному пониманию явления электромагнитной индукции является введение понятия магнитного потока как величины, равной произведению магнитной индукции на площадь проводящего контура и косинус угла между вектором магнитной индукции и вектором нормали к плоскости контура.

Ф = ВScosα

Далее необходимо провести опыты, иллюстрирующие все возможные случаи возникновения индукционного тока при изменении магнитного потока, пронизывающего контур данный контур с необходимыми пояснениями. Это можно сделать на одной установке. В моменты включения и выключения тока в первой катушке; при увеличении и уменьшении силы тока в ней катушке, при относительном движении одной катушки относительно другой..

На основании опытов можно сформулировать следующее определение электромагнитной индукции: явление возникновения индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Обобщая накопленный фактологический материал сформулируем следующие основные положения.

1. При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в последнем возникает индукционный ток.

2. Индукционный ток меняет направление в зависимости от направления индукции магнитного поля и знака изменения магнитного потока.

Заключительным этапом, на котором формулируется признанное в физике определение электромагнитной индукции является изучение закона электромагнитной индукции. Перед изучением этого закона необходимо вспомнить условия существования электрического тока в проводнике – наличие свободных зарядов и электрического поля. При изучении постоянного тока было выяснено, что электрическое поле совершает работу по перемещению свободных электронов, которая характеризуется электродвижущей силой. То есть для возникновения тока необходимо наличие ЭДС.

Таким образом, возникновение индукционного тока связано с возбуждением электродвижущей силы. А, значит, явление электромагнитной индукции состоит в возникновении электродвижущей силы индукции в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

После этого формулируется закон электромагнитной индукции: во всех случаях ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную контуром, взятую с обратным знаком. Этот закон записывается в дифференциальном виде, но в школьном курсе вместо дифференциалов берут конечные приращения, или изменения. ЭДС электромагнитной индукции

Знак «минус» в законе объясняется правилом Ленца или законом сохранения энергии.

На основании опытов по иллюстрации правила Ленца учащимся сообщается алгоритм определения направления индукционного тока.