Лекция №1 Содержание курса физики система научного знания
| Вид материала | Лекция |
- Лекция №1 Содержание курса физики система научного знания, 539.95kb.
- Физика, 212.85kb.
- Физика, 200.62kb.
- Основные методологические программы построения научного знания. 11. Основные концепции, 928.96kb.
- Темы курсовых работ по дисциплине «Теория и методика обучения физике» Межпредметные, 19.14kb.
- «Индустриальный сектор мировой экономики», 35.79kb.
- Содержание курса разделы курса Методологические и исторические аспекты политической, 142.3kb.
- Входящей в базовый курс изучения физики, необходимо сориентировать учащегося на новые, 106.41kb.
- Лекция №2 Тема: характеристика социологического знания, 195.16kb.
- disk/11850131001/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0%20-%20%D1%82%D0%B5%D0%BC%D1%8B%20-%20%D1%80%D0%B5%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B2%20%D0%BF%D0%BE%20%D0%98%D0%9C%D0%A2%D0%, 252.78kb.
Самоиндукция – это частный случай электромагнитной индукции. Познакомимся с этим явлением на опыте. Составим цепь из источника тока и параллельно соединенных двух одинаковых ламп, к одной из которых подсоединен резистор, а к другой – катушка с сердечником. Схема цепи показана на рисунке 14 Резистор и катушка имеют одинаковые сопротивления. Замкнём цепь. Мы увидим, что в цепи первая лампа вспыхивает сразу, а вторая – с заметным опозданием.
Согласно закону Ома сила тока в каждом из параллельных участков должна быть одинаковой. Опыт же показал, что сила тока в ветви «катушка - лампа» не сразу достигает своего максимального значения, соответствующего закону Ома, а в течение некоторого времени.
Проделаем опыт с другой цепью, в которой параллельно соединены катушка с сердечником и резистор с гальванометром (рис. 15).
Если цепь замкнута, то электрический ток идет через гальванометр к резистору (указано пунктирной стрелкой) и далее к источнику тока. По катушке идет ток в том же направлении. В момент размыкания цепи мы увидим, что гальванометр продолжает показывать ток, но теперь его стрелка отклоняется в противоположном направлении.
Объясним результаты опытов. Как в первом, так и во втором опытах при изменении электрического тока изменяется созданное этим током магнитное поле в катушке. Изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, которое влияет на силу тока в цепи.
Возникновение вихревого электрического поля в проводящем контуре при изменении силы тока в нем называют самоиндукцией.
В момент замыкания цепи при увеличении силы тока напряженность появляющегося вихревого электрического поля в соответствии с правилом Ленца направлена против тока.
В момент размыкания цепи вихревое электрическое поле поддерживает ток в катушке, т.е. он имеет то же направление, что и до размыкания. В результате в момент размыкания через гальванометр (см. рис. 15) течет ток противоположного направления (синяя стрелка).
Ток, существующий в цепи после отключения ее от источника, называют экстратоком размыкания. Сила экстратока размыкания часто превосходит силу тока, проходящего через гальванометр при замкнутом ключе.
Явление самоиндукции возникает при изменении силы тока в катушке.
Возникновение индукционных токов в массивных проводниках – другой частный случай электромагнитной индукции. Индукционные токи в массивном проводнике, возникающие при изменении пронизывающего его магнитного потока, называют вихревыми токами или токами Фуко по имени исследовавшего их французского физика Ж. Фуко.
Если скорость изменения магнитного потока достаточно велика, то в массивных проводниках, сопротивление которых мало, сила вихревого тока может быть весьма значительной. Поэтому индукционные токи могут привести к плавлению проводников, находящихся в быстро изменяющемся магнитном поле. Это явление широко применяется в индукционных печах для нагревания и плавления металлов, закалке сталей. Индукционные кухонные печи служат для приготовления и разогревания пищи.
Вихревые токи используются в медицине при лечении некоторых заболеваний уха, горла, носа, когда требуется прогрев тканей отдельных органов. Больные органы человека подвергают воздействию переменного магнитного поля. Вследствие явления электромагнитной индукции в тканях организма возникают вихревые токи. Они вызывают нагрев тканей, находящихся на глубине до 5 – 8 см.
Экспериментальное исследование
На рисунке 16 изображена установка, состоящая из подвижного алюминиевого диска, установленного на горизонтальной оси. Рядом с диском (расстояние 5-10 мм) располагают дугообразный магнит, приводящийся во вращение с помощью специального механизма. При вращении магнита алюминиевый диск вращается в том же направлении.
Объясните, почему диск приходит во вращение.
Вопросы
1. Почему явление самоиндукции называют частным случаем электромагнитной индукции? 2. Какие опыты иллюстрируют явление самоиндукции? 3.Чем обусловлено появление вихревых токов в массивных сплошных проводниках, находящихся в переменном магнитном поле? 4. Почему вихревые токи в массивных металлических проводниках могут вызывать плавление металла? 5. Приведите примеры применения или учета токов Фуко.
Задания и упражнения
1. Электрическая цепь, подключенная к источнику постоянного тока, содержит катушку с сердечником. При выключении тока в месте размыкания цепи возник искровой разряд. Как изменяется сила тока в цепи в момент ее размыкания? Объясните возникновение этого явления.
2. На рисунке 17 представлен график зависимости силы тока от времени при замыкании цепи, содержащей катушку с сердечником и источник постоянного тока. Из графика следует, что сила тока в цепи возрастает не сразу, а с течением времени.
а) Что препятствует нарастанию тока?
б) Как при этом направлена по отношению к направлению тока напряженность вихревого электрического поля?
3. Укажите на графике (рис. 19) точку, ордината которой соответствует силе тока в момент отключения цепи от источника постоянного тока. Как направлена по отношению к направлению тока напряженность вихревого электрического поля в катушке при уменьшении силы тока?
4. Почему отключение от питающей сети мощных электродвигателей производят плавно и медленно при помощи реостата?
5. Магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно уменьшается в течение 0,5 с от 0,3 до 0,18 Вб. Определите ЭДС индукции возникающую в контуре.
Самое важное в главе 3
Явление электромагнитной индукции состоит в том, что изменяющееся во времени магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Оно в замкнутом проводящем контуре служит источником индукционного тока.
Частным случаем электромагнитной индукции является самоиндукция. Самоиндукция – это явление возникновения вихревого электрического поля в проводящем контуре при изменении силы тока в нем.
Э.Х. Ленц установил правило определения направления индукционного тока: индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.
Закон электромагнитной индукции утверждает: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения пронизывающего его магнитного потока, взятой с противоположным знаком.
ЭДС в контуре может быть получена тремя способами. Один из них состоит в том, что изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. ЭДС индукции в контуре возникает в результате действия вихревого электрического поля. Переменное магнитное поле неразрывно связано с вихревым электрическим полем, образуя электромагнитное поле.
Второй способ получения ЭДС в контуре связан с изменением площади контура в однородном магнитном поле, третий – с изменением ориентации нормали к контуру. Под действием силы Лоренца происходит разделение зарядов в движущемся проводнике – источнике ЭДС индукции.
Рисунки к главе 3. Электромагнитная индукция
Рис. 1
Рис. 2 
Рис.3
Рис.4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Рис. 9 Рис. 10
Рис. 11
Рис. 12
Рис. 13
Рис. 14
Рис. 15
Рис. 16
Рис. 17
Рис. 18
| Составляющие теории | Классическая механика | Содержательные блоки, главы курса |
| Следствие | Теоретические следствия классической механики: вопросы небесной механики, механика твёрдого тела, теория колебаний иволн. | Колебания и волны Глава 8. Механические колебания Глава 9. Волны |
| Ядро | Теоретические объекты классической механики (материальная точка, ньютоновское пространство, ньютоновское время). Законы Ньютона. Законы сил. Принцип относительности Галилея. Принцип независимости взаимодействий. Динамическое уравнение движения. Законы сохранения. Гравитационная постоянная. Ускорение свободного падения у поверхности Земли. Мировые постоянные. Принципы симметрии и инвариантности. Законы связей новых и старых теорий | Основы динамики Глава 4. Законы движения Глава 5. Силы в природе и движения тел. Законы сохранения Глава 6. Закон сохранения импульса. Гллава 7. Закон сохранения энергии. |
| Основание | Эмпирическое основание классической механики: правила действия с векторными величинами, координатный метод описания движения тел, свободное падение тел, периодическое движение. Кинематические понятия и величины. | Кинематика Глава 1. Общие сведения о движении. Глава 2. Прямолинейное неравномерное движение. Глава. 3. Криволинейное движение |
| Интерпретация | Границы применимости классической механики |
| Выводы | Теоретические следствия классической механики: вопросы небесной механики, механика твёрдого тела, теория колебаний иволн. |
| Ядро | Теоретические объекты классической механики (материальная точка, ньютоновское пространство, ньютоновское время). Законы Ньютона. Законы сил. Принцип относительности Галилея. Принцип независимости взаимодействий. Динамическое уравнение движения. Законы сохранения. Гравитационная постоянная. Ускорение свободного падения у поверхности Земли. Мировые постоянные. Принципы симметрии и инвариантности. Законы связей новых и старых теорий. |
| Основание | Эмпирическое основание классической механики: правила действия с векторными величинами, координатный метод описания движения тел, свободное падение тел, периодическое движение. Кинематические понятия и величины. |