Гипотеза о том, что все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц, появилась очень давно, более двух тысяч лет назад. Но лишь на рубеже XIX — XX вв. было установлено, что это за частицы и какими свойствами они обладают.
Частицы, из которых состоят вещества, называют молекулами. Так, например, наименьшая частица воды — это молекула воды, наименьшая частица сахара — это молекула сахара и т. д.
Каковы размеры молекул?
Известно, что кусок сахара можно растолочь на очень маленькие крупинки, зерно пшеницы можно размолоть в муку. Капля масла, растекаясь по поверхности воды, может образовать пленку, толщина которой в десятки тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса. Но в крупинке муки и в толще масляной пленки содержится не одна, а много молекул. Значит, размеры молекул этих веществ еще меньше, чем размеры крупинки муки и толщина пленки.
Можно привести следующее сравнение: молекула во столько же раз меньше яблока среднего размера, во сколько раз яблоко меньше земного шара. Если бы размеры всех тел увеличились в миллион раз (при этом толщина человеческого пальца стала бы равной 10 км), то и тогда молекула оказалась бы размером всего вполовину точки печатного шрифта этого учебника.
Молекулы невозможно увидеть невооруженным глазом. Они настолько малы, что их нельзя разглядеть даже с помощью микроскопа, дающего 1000-кратное увеличение.
Биологам известны микроорганизмы (например, бактерии) размером 0,001 мм. Молекулы же в сотни и тысячи раз меньше.
Для определения размеров молекул были проведены разные опыты. Опишем один из них.
В чисто вымытый большой сосуд налили воду и на ее поверхность поместили каплю масла. Масло начало растекаться по поверхности воды, образуя пленку. По мере растекания масла толщина пленки становилась все меньше и меньше. Через некоторое время растекание прекратилось. Если предположить, что это произошло из-за того, что все молекулы масла оказались на поверхности воды (образуя пленку толщиной в одну молекулу), то для определения диаметра молекулы достаточно найти толщину образовавшейся пленки.
Толщина пленки h равна отношению ее объема V к площади S:
Высота равна объему деленному на площадь (26.1)
Объем пленки — это объем той капли, которую поместили на поверхность воды. Его измеряют заранее; для этого пользуются измерительным цилиндром — мензуркой. При помощи пипетки в пустую мензурку капают несколько десятков капель масла и измеряют их общий объем; разделив затем этот объем на число капель, находят объем одной капли.
В описываемом опыте капля имела объем V = 0,0009 см3, а площадь образовавшейся из нее пленки была равна S = 5500 см2. Подставив эти значения в формулу (26.1), получим
h = 0,00000016 см.
Этим числом и выражается примерный размер молекулы масла.
Так как молекулы очень малы, то в каждом теле их содержится огромное количество. Чтобы создать представление об их числе, приведем пример: если в детском резиновом шарике, наполненном водородом, сделать такой тонкий прокол, что из него каждую секунду будет выходить по миллиону молекул, то для вылета всех молекул из шарика понадобится 30 миллиардов лет! И это при том, что масса водорода, наполнявшего шарик, составляла всего 3 г.
Хотя молекулы и очень маленькие частицы, но и они делимы. Частицы, из которых состоят молекулы, называют атомами.
Атомы каждого вида принято обозначать специальными символами. Например:
атом кислорода — О,
атом водорода — Н,
атом углерода — С.
Специальные символы (так называемые химические формулы) существуют и для обозначения молекул. Например, молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов кислорода, поэтому для ее обозначения применяют следующую химическую формулу: O2. Молекула воды состоит из трех атомов: одного атома кислорода и двух атомов водорода, поэтому ее обозначают H2O.
Методическая копилка
Re: Методическая копилка
Оптика - это раздел физики, изучающий природу светового излучения, его распространение и взаимодействие с веществом. Световые волны - это электромагнитные волны. Длина волны световых волн заключена в интервале [0,4·10-6 м ÷ 0,76·10-6 м]. Волны такого диапазона воспринимаются человеческим глазом.
Свет распространяется вдоль линий, называемых лучами. В приближении лучевой (или геометрической) оптики пренебрегают конечностью длин волн света, полагая, что λ→0. Геометрическая оптика во многих случаях позволяет достаточно хорошо рассчитать оптическую систему. Простейшей оптической системой является линза.
При изучении интерференции света следует помнить, что интерференция наблюдается только от когерентных источников и что интерференция связана с перераспределением энергии в пространстве. Здесь важно уметь правильно записывать условие максимума и минимума интенсивности света и обратить внимание на такие вопросы, как цвета тонких пленок, полосы равной толщины и равного наклона.
При изучении явления дифракции света необходимо уяснить принцип Гюйгенса-Френеля, метод зон Френеля, понимать, как описать дифракционную картину на одной щели и на дифракционной решетке.
При изучении явления поляризации света нужно понимать, что в основе этого явления лежит поперечность световых волн. Следует обратить внимание на способы получения поляризованного света и на законы Брюстера и Малюса.
Смотрите также основные формулы по физике - колебания и волны
Таблица основных формул по оптике
Физические законы, формулы, переменные
Формулы оптики
Абсолютный показатель преломления
где с - скорость света в вакууме, с=3·108 м/с,
v - скорость распространения света в среде.
201
Относительный показатель преломления
где n2 и n1 - абсолютные показатели преломления второй и первой среды.
202
Закон преломления
где i - угол падения,
r - угол преломления.
203
Формула тонкой линзы
где F - фокусное расстояние линзы,
d - расстояние от предмета до линзы,
f - расстояние от линзы до изображения.
204
Оптическая сила линзы
где R1 и R2 - радиусы кривизны сферических поверхностей линзы.
Для выпуклой поверхности R>0.
Для вогнутой поверхности R<0.
205
Оптическая длина пути:
где n - показатель преломления среды;
r - геометрическая длина пути световой волны.
206
Оптическая разность хода:
L1 и L2 - оптические пути двух световых волн.
207
Условие интерференционного
максимума:
минимума:
где λ0 - длина световой волны в вакууме;
m - порядок интерференционного максимума или минимума.
208
209
Оптическая разность хода в тонких пленках
в отраженном свете:
в проходящем свете:
где d - толщина пленки;
i - угол падения света;
n - показатель преломления.
210
211
Ширина интерференционных полос в опыте Юнга:
где d - расстояние между когерентными источниками света;
L - расстояние от источника до экрана.
212
Условие главных максимумов дифракционной решетки:
где d - постоянная дифракционной решетки;
φ - угол дифракции.
213
Разрешающая способность дифракционной решетки:
где Δλ - минимальная разность длин волн двух спектральных линий, разрешаемых решеткой;
m - порядок спектра;
N - общее число щелей решетки.
214
Закон Малюса:
где I0 - интенсивность плоско-поляризованного света, падающего на анализатор;
I - интенсивность света, прошедшего через анализатор;
α - угол между плоскостью поляризации падающего света и главной плоскостью анализатора.
215
Связь интенсивности естественного света Iест с интенсивностью света, прошедшего поляризатор (и падающего на анализатор):
где k - относительная потеря интенсивности света в поляризаторе.
216
Дисперсия вещества
217
Средняя дисперсия
218
Групповая скорость света
219
Фазовая скорость света
220
Свет распространяется вдоль линий, называемых лучами. В приближении лучевой (или геометрической) оптики пренебрегают конечностью длин волн света, полагая, что λ→0. Геометрическая оптика во многих случаях позволяет достаточно хорошо рассчитать оптическую систему. Простейшей оптической системой является линза.
При изучении интерференции света следует помнить, что интерференция наблюдается только от когерентных источников и что интерференция связана с перераспределением энергии в пространстве. Здесь важно уметь правильно записывать условие максимума и минимума интенсивности света и обратить внимание на такие вопросы, как цвета тонких пленок, полосы равной толщины и равного наклона.
При изучении явления дифракции света необходимо уяснить принцип Гюйгенса-Френеля, метод зон Френеля, понимать, как описать дифракционную картину на одной щели и на дифракционной решетке.
При изучении явления поляризации света нужно понимать, что в основе этого явления лежит поперечность световых волн. Следует обратить внимание на способы получения поляризованного света и на законы Брюстера и Малюса.
Смотрите также основные формулы по физике - колебания и волны
Таблица основных формул по оптике
Физические законы, формулы, переменные
Формулы оптики
Абсолютный показатель преломления
где с - скорость света в вакууме, с=3·108 м/с,
v - скорость распространения света в среде.
201
Относительный показатель преломления
где n2 и n1 - абсолютные показатели преломления второй и первой среды.
202
Закон преломления
где i - угол падения,
r - угол преломления.
203
Формула тонкой линзы
где F - фокусное расстояние линзы,
d - расстояние от предмета до линзы,
f - расстояние от линзы до изображения.
204
Оптическая сила линзы
где R1 и R2 - радиусы кривизны сферических поверхностей линзы.
Для выпуклой поверхности R>0.
Для вогнутой поверхности R<0.
205
Оптическая длина пути:
где n - показатель преломления среды;
r - геометрическая длина пути световой волны.
206
Оптическая разность хода:
L1 и L2 - оптические пути двух световых волн.
207
Условие интерференционного
максимума:
минимума:
где λ0 - длина световой волны в вакууме;
m - порядок интерференционного максимума или минимума.
208
209
Оптическая разность хода в тонких пленках
в отраженном свете:
в проходящем свете:
где d - толщина пленки;
i - угол падения света;
n - показатель преломления.
210
211
Ширина интерференционных полос в опыте Юнга:
где d - расстояние между когерентными источниками света;
L - расстояние от источника до экрана.
212
Условие главных максимумов дифракционной решетки:
где d - постоянная дифракционной решетки;
φ - угол дифракции.
213
Разрешающая способность дифракционной решетки:
где Δλ - минимальная разность длин волн двух спектральных линий, разрешаемых решеткой;
m - порядок спектра;
N - общее число щелей решетки.
214
Закон Малюса:
где I0 - интенсивность плоско-поляризованного света, падающего на анализатор;
I - интенсивность света, прошедшего через анализатор;
α - угол между плоскостью поляризации падающего света и главной плоскостью анализатора.
215
Связь интенсивности естественного света Iест с интенсивностью света, прошедшего поляризатор (и падающего на анализатор):
где k - относительная потеря интенсивности света в поляризаторе.
216
Дисперсия вещества
217
Средняя дисперсия
218
Групповая скорость света
219
Фазовая скорость света
220
Re: Методическая копилка
Применение компьютерных технологий
Применение компьютерных технологий позволяет значительно повысить качество учебных демонстраций. Современное проекционное оборудование дает возможность показа физических, химических и других процессов с большим увеличением и разрешением, что является немаловажным фактором для обеспечения наглядности учебного материала. Также очень эффективны для понимания сущности явлений и процессов их анимационные модели, выполненные на компьютере. Особенно важно их применение в тех случаях, когда нельзя осуществить прямой эксперимент. Примером может служить демонстрация с помощью компьютера кинетических процессов в газах, молекулярных явлений в жидкостях, квантовых явлений в микромире и т.п. В традиционном обучении проблема наглядного представления физических явлений частично решается учебными демонстрациями, однако, даже при наличии хорошего лабораторного оборудования, учебная демонстрация зачастую лишь косвенно может подтвердить искомый результат, т.к. он получается из вычислений на основе косвенных измерений. В таких случаях очень полезной оказывается имитационная модель физического явления, построенная на определенных теоретических закономерностях. Демонстрация модели дает возможность наглядного качественного и количественного описания любого процесса.
Расширением возможностей анимационных моделей являются математические модели. Математическое моделирование с применением компьютеров позволяет оперативно в процессе урока продемонстрировать и исследовать основные свойства объектов, выяснить границы применимости той или иной теории.
В сочетании с высоким качеством представления учебной информации компьютерные и мультимедиасредства значительно повышают эффективность занятий.
Использование технологий видеоконференцсвязи и лабораторного оборудования, находящегося в хорошо оснащенном образовательном или научном центре позволяет организовать в реальном времени постановку демонстрационного эксперимента, усиливающего понимание материала и его усвоение. Применение Интернет-технологий, в том числе спутниковых, позволяет перейти на более высокую ступеньку использования в учебном процессе информационно-коммуникационных технологий.
On-line технологии обеспечивают обмен информацией в режиме реального времени, который близок по характеру обычным аудиторным занятиям, но требует при этом оснащения учебных помещений компьютерным и проекционным оборудованием, выходом в Интернет, оборудованием для видеоконференцсвязи и одновременного присутствия у компьютеров преподавателя и обучающихся. Наиболее эффективной технологией on-line является видеоконференцсвязь.
Такой урок с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line приобретает черты урока с применением Интернет-технологий и, соответственно, решает схожие дидактические задачи.
В случае невозможности выполнить перечисленные выше условия (технические, технологические, кадровые) в школе можно использовать запись демонстрационного эксперимента на CD-ROM. В этом случае урок с использованием демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM становится одним из вариантов проведения мультимедиа урока и приобретает схожие с ним характеристики.
Специфика урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM определяется его содержательной стороной и целями, с которыми такой урок проводится. Как правило, использование демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM необходимо для усиления наглядности на уроке и связано как с изучением нового материала, так и с организацией повторения и контроля. При этом при изучении нового материала максимально эффективно использование демонстрационного эксперимента в режиме on-line, а при организации повторения материала и контроля - использование демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM.
Проведение урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM обеспечивает высокую степень наглядности изучаемого материала, позволяет подготовить школьников к проведению самостоятельно или под руководством учителя лабораторной работы или эксперимента.
Применение демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM показывает следующее.
Наглядность облегчает понимание сути наблюдаемых явлений и процессов и усвоение учебного материала.
Познавательная активность обучающихся повышается, так как усиливается интерактивность (в случае применения технологий on-line интерактивность приобретает форму диалога со специалистов, проводящим эксперимент в режиме реального времени).
В случае использования записи эксперимента у учащихся появляется возможность индивидуализировать изучение материала, выбрать необходимый темп и условия работы с CD-ROM.
Проведение урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM позволяет ознакомить обучающихся с демонстрационными экспериментами, которые могут быть недоступны школе либо в силу их дороговизны, либо в силу их экспериментального характера.
Более того, в подобном уроке, как, например, в уроке, описанном выше в модели применения Интернет-технологий на основе спутниковой связи, может быть организовано и сетевое коммуникационное пространство в режиме on-line, к проведению урока в качестве консультанта или основного педагога могут быть привлечены демонстраторы, которые проводят эксперимент реально. Таким образом, урок с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM расширяет информационное пространство предмета, обеспечивает качественный наглядный материал и возможность его анализа с привлечением специалистов.
Обучение с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM осуществляется на основе системы принципов, отражающих основные требования к организации образовательного процесса:
принцип систематичности обеспечивается использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM на различных этапах обучения;
принцип дифференцированного подхода к учащимся ориентирован на возрастные особенности, уровень знаний, интересов, степень их подготовленности к восприятию;
принцип распределенности образовательных ресурсов проявляется в формах представления учебной информации и способах ее доставки;
принцип авторского участия в учебном процессе (например, участие в уроке демонстратора эксперимента из другого образовательного учреждения);
принцип интерактивности обеспечивается интерактивными сетевыми коммуникациями или работой с записью на CD-ROM.
Работа учащихся в классе с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM может быть организована следующим образом:
фронтально (изучение нового материала);
индивидуально (в случае работы с записью на CD-ROM);
в группах (выполнение общего учебного проекта по анализу результатов демонстрационного эксперимента).
В структуре урока могут быть отражены все компоненты и звенья процесса обучения, а также обязательное чередование видов деятельности:
повторение учебного материала;
формирование знаний, умений, навыков (осознание и осмысление блока учебной информации, закрепление учебного материала);
применение учебного материала на практике, предполагаемый анализ информации (выполнение проектных работ в малых группах);
контроль уровня усвоения материала.
Несомненно, что и для этой структуры урока возможны варианты и модификации. Выбор оптимальных организационных форм и методов остается за учителем.
Основная цель урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM соответствует триединой дидактической цели урока:
образовательный аспект: расширение знаний, формирование устойчивых образов, связанных с наглядных характером демонстрационных экспериментов;
развивающий аспект: развитие познавательного интереса у учащихся, умения обобщать, анализировать, сравнивать, активизация творческой деятельности учащихся;
воспитательный аспект: воспитание научного мировоззрения, умения четко организовать самостоятельную и групповую работу.
Урок с использованием демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM имеет свои методические возможности и преимущества перед использованием демонстрационного эксперимента в режиме реального времени:
повышение эффективности образовательного процесса за счет одновременного изложения учителем теоретических сведений и показа демонстрационного материала с высокой степенью наглядности;
возможность научить школьников применять компьютерную технику для решения учебных задач;
организация индивидуальной работы школьников, развитие их познавательной самостоятельности и творчества;
повышение мотивации к учению за счет привлекательности компьютера, которая возрастает при использовании мультимедийных эффектов;
развитие наглядно-образного мышления учащихся;
формирование навыков работы с информацией, формирование информационной культуры школьников.
Приоритетной целью урока с использованием демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM является развитие в процессе обучения способностей учеников к продуктивной самостоятельной творческой деятельности в современной информационно насыщенной среде.
Применение компьютерных технологий позволяет значительно повысить качество учебных демонстраций. Современное проекционное оборудование дает возможность показа физических, химических и других процессов с большим увеличением и разрешением, что является немаловажным фактором для обеспечения наглядности учебного материала. Также очень эффективны для понимания сущности явлений и процессов их анимационные модели, выполненные на компьютере. Особенно важно их применение в тех случаях, когда нельзя осуществить прямой эксперимент. Примером может служить демонстрация с помощью компьютера кинетических процессов в газах, молекулярных явлений в жидкостях, квантовых явлений в микромире и т.п. В традиционном обучении проблема наглядного представления физических явлений частично решается учебными демонстрациями, однако, даже при наличии хорошего лабораторного оборудования, учебная демонстрация зачастую лишь косвенно может подтвердить искомый результат, т.к. он получается из вычислений на основе косвенных измерений. В таких случаях очень полезной оказывается имитационная модель физического явления, построенная на определенных теоретических закономерностях. Демонстрация модели дает возможность наглядного качественного и количественного описания любого процесса.
Расширением возможностей анимационных моделей являются математические модели. Математическое моделирование с применением компьютеров позволяет оперативно в процессе урока продемонстрировать и исследовать основные свойства объектов, выяснить границы применимости той или иной теории.
В сочетании с высоким качеством представления учебной информации компьютерные и мультимедиасредства значительно повышают эффективность занятий.
Использование технологий видеоконференцсвязи и лабораторного оборудования, находящегося в хорошо оснащенном образовательном или научном центре позволяет организовать в реальном времени постановку демонстрационного эксперимента, усиливающего понимание материала и его усвоение. Применение Интернет-технологий, в том числе спутниковых, позволяет перейти на более высокую ступеньку использования в учебном процессе информационно-коммуникационных технологий.
On-line технологии обеспечивают обмен информацией в режиме реального времени, который близок по характеру обычным аудиторным занятиям, но требует при этом оснащения учебных помещений компьютерным и проекционным оборудованием, выходом в Интернет, оборудованием для видеоконференцсвязи и одновременного присутствия у компьютеров преподавателя и обучающихся. Наиболее эффективной технологией on-line является видеоконференцсвязь.
Такой урок с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line приобретает черты урока с применением Интернет-технологий и, соответственно, решает схожие дидактические задачи.
В случае невозможности выполнить перечисленные выше условия (технические, технологические, кадровые) в школе можно использовать запись демонстрационного эксперимента на CD-ROM. В этом случае урок с использованием демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM становится одним из вариантов проведения мультимедиа урока и приобретает схожие с ним характеристики.
Специфика урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM определяется его содержательной стороной и целями, с которыми такой урок проводится. Как правило, использование демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM необходимо для усиления наглядности на уроке и связано как с изучением нового материала, так и с организацией повторения и контроля. При этом при изучении нового материала максимально эффективно использование демонстрационного эксперимента в режиме on-line, а при организации повторения материала и контроля - использование демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM.
Проведение урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM обеспечивает высокую степень наглядности изучаемого материала, позволяет подготовить школьников к проведению самостоятельно или под руководством учителя лабораторной работы или эксперимента.
Применение демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM показывает следующее.
Наглядность облегчает понимание сути наблюдаемых явлений и процессов и усвоение учебного материала.
Познавательная активность обучающихся повышается, так как усиливается интерактивность (в случае применения технологий on-line интерактивность приобретает форму диалога со специалистов, проводящим эксперимент в режиме реального времени).
В случае использования записи эксперимента у учащихся появляется возможность индивидуализировать изучение материала, выбрать необходимый темп и условия работы с CD-ROM.
Проведение урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM позволяет ознакомить обучающихся с демонстрационными экспериментами, которые могут быть недоступны школе либо в силу их дороговизны, либо в силу их экспериментального характера.
Более того, в подобном уроке, как, например, в уроке, описанном выше в модели применения Интернет-технологий на основе спутниковой связи, может быть организовано и сетевое коммуникационное пространство в режиме on-line, к проведению урока в качестве консультанта или основного педагога могут быть привлечены демонстраторы, которые проводят эксперимент реально. Таким образом, урок с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM расширяет информационное пространство предмета, обеспечивает качественный наглядный материал и возможность его анализа с привлечением специалистов.
Обучение с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM осуществляется на основе системы принципов, отражающих основные требования к организации образовательного процесса:
принцип систематичности обеспечивается использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM на различных этапах обучения;
принцип дифференцированного подхода к учащимся ориентирован на возрастные особенности, уровень знаний, интересов, степень их подготовленности к восприятию;
принцип распределенности образовательных ресурсов проявляется в формах представления учебной информации и способах ее доставки;
принцип авторского участия в учебном процессе (например, участие в уроке демонстратора эксперимента из другого образовательного учреждения);
принцип интерактивности обеспечивается интерактивными сетевыми коммуникациями или работой с записью на CD-ROM.
Работа учащихся в классе с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM может быть организована следующим образом:
фронтально (изучение нового материала);
индивидуально (в случае работы с записью на CD-ROM);
в группах (выполнение общего учебного проекта по анализу результатов демонстрационного эксперимента).
В структуре урока могут быть отражены все компоненты и звенья процесса обучения, а также обязательное чередование видов деятельности:
повторение учебного материала;
формирование знаний, умений, навыков (осознание и осмысление блока учебной информации, закрепление учебного материала);
применение учебного материала на практике, предполагаемый анализ информации (выполнение проектных работ в малых группах);
контроль уровня усвоения материала.
Несомненно, что и для этой структуры урока возможны варианты и модификации. Выбор оптимальных организационных форм и методов остается за учителем.
Основная цель урока с использованием демонстрационного эксперимента в режиме on-line или в записи на CD-ROM соответствует триединой дидактической цели урока:
образовательный аспект: расширение знаний, формирование устойчивых образов, связанных с наглядных характером демонстрационных экспериментов;
развивающий аспект: развитие познавательного интереса у учащихся, умения обобщать, анализировать, сравнивать, активизация творческой деятельности учащихся;
воспитательный аспект: воспитание научного мировоззрения, умения четко организовать самостоятельную и групповую работу.
Урок с использованием демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM имеет свои методические возможности и преимущества перед использованием демонстрационного эксперимента в режиме реального времени:
повышение эффективности образовательного процесса за счет одновременного изложения учителем теоретических сведений и показа демонстрационного материала с высокой степенью наглядности;
возможность научить школьников применять компьютерную технику для решения учебных задач;
организация индивидуальной работы школьников, развитие их познавательной самостоятельности и творчества;
повышение мотивации к учению за счет привлекательности компьютера, которая возрастает при использовании мультимедийных эффектов;
развитие наглядно-образного мышления учащихся;
формирование навыков работы с информацией, формирование информационной культуры школьников.
Приоритетной целью урока с использованием демонстрационного эксперимента в записи на CD-ROM является развитие в процессе обучения способностей учеников к продуктивной самостоятельной творческой деятельности в современной информационно насыщенной среде.
-
Галлямова З.Р.
- Сообщения: 70
- Зарегистрирован: 07 окт 2016, 05:24
Re: Методическая копилка
Гармонические колебания
Гармонические колебания – колебания, совершаемые по законам синуса и косинуса. На следующем рисунке представлен график изменения координаты точки с течением времени по закону косинуса.
Амплитуда колебаний
Амплитудой гармонического колебания называется наибольшее значение смещения тела от положения равновесия. Амплитуда может принимать различные значения. Она будет зависеть от того, насколько мы сместим тело в начальный момент времени от положения равновесия.
Амплитуда определяется начальными условиями, то есть энергией сообщаемой телу в начальный момент времени. Так как синус и косинус могут принимать значения в диапазоне от -1 до 1, то в уравнении должен присутствовать множитель Xm, выражающий амплитуду колебаний. Уравнение движения при гармонических колебаниях:
x = Xm*cos(ω0*t).
Период колебаний
Период колебаний – это время совершения одного полного колебания. Период колебания обозначается буквой Т. Единицы измерения периода соответствуют единицам времени. То есть в СИ - это секунды.
Частота колебаний – количество колебаний совершенных в единицу времени. Частота колебаний обозначается буквой ν. Частоту колебаний можно выразить через период колебания.
ν = 1/Т.
Единицы измерения частоты в СИ 1/сек. Эта единица измерения получила название Герца. Число колебаний за время 2*pi секунд будет равняться:
ω0 = 2*pi* ν = 2*pi/T.
Частота колебаний
Данная величина называется циклической частотой колебаний. В некоторой литературе встречается название круговая частота. Собственная частота колебательной системы – частота свободных колебаний.
Частота собственных колебаний рассчитывается по формуле:
ω0 = √(k/m)
Частота собственных колебаний зависит от свойств материала и массы груза. Чем больше жесткость пружины, тем больше частота собственных колебаний. Чем больше масса груза, тем меньше частота собственных колебаний.
Эти два вывода очевидны. Чем более жесткая пружина, тем большее ускорение она сообщит телу, при выведении системы из равновесия. Чем больше масса тела, тем медленнее будет изменяться это скорость этого тела.
Период свободных колебаний:
T = 2*pi/ ω0 = 2*pi*√(m/k)
Примечателен тот факт, что при малых углах отклонения период колебания тела на пружине и период колебания маятника не будут зависеть от амплитуды колебаний.
Запишем формулы периода и частоты свободных колебаний для математического маятника.
ω0 = √(g/l),
тогда период будет равен
T = 2*pi*√(l/g).
Данная формула будет справедлива лишь для малых углов отклонения. Из формулы видим, что период колебаний возрастает с увеличением длины нити маятника. Чем больше будет длина, тем медленнее тело будет колебаться.
От массы груза период колебаний совершенно не зависит. Зато зависит от ускорения свободного падения. При уменьшении g, период колебаний будет увеличиваться. Данное свойство широко используют на практике. Например, для измерения точного значения свободного ускорения.
Гармонические колебания – колебания, совершаемые по законам синуса и косинуса. На следующем рисунке представлен график изменения координаты точки с течением времени по закону косинуса.
Амплитуда колебаний
Амплитудой гармонического колебания называется наибольшее значение смещения тела от положения равновесия. Амплитуда может принимать различные значения. Она будет зависеть от того, насколько мы сместим тело в начальный момент времени от положения равновесия.
Амплитуда определяется начальными условиями, то есть энергией сообщаемой телу в начальный момент времени. Так как синус и косинус могут принимать значения в диапазоне от -1 до 1, то в уравнении должен присутствовать множитель Xm, выражающий амплитуду колебаний. Уравнение движения при гармонических колебаниях:
x = Xm*cos(ω0*t).
Период колебаний
Период колебаний – это время совершения одного полного колебания. Период колебания обозначается буквой Т. Единицы измерения периода соответствуют единицам времени. То есть в СИ - это секунды.
Частота колебаний – количество колебаний совершенных в единицу времени. Частота колебаний обозначается буквой ν. Частоту колебаний можно выразить через период колебания.
ν = 1/Т.
Единицы измерения частоты в СИ 1/сек. Эта единица измерения получила название Герца. Число колебаний за время 2*pi секунд будет равняться:
ω0 = 2*pi* ν = 2*pi/T.
Частота колебаний
Данная величина называется циклической частотой колебаний. В некоторой литературе встречается название круговая частота. Собственная частота колебательной системы – частота свободных колебаний.
Частота собственных колебаний рассчитывается по формуле:
ω0 = √(k/m)
Частота собственных колебаний зависит от свойств материала и массы груза. Чем больше жесткость пружины, тем больше частота собственных колебаний. Чем больше масса груза, тем меньше частота собственных колебаний.
Эти два вывода очевидны. Чем более жесткая пружина, тем большее ускорение она сообщит телу, при выведении системы из равновесия. Чем больше масса тела, тем медленнее будет изменяться это скорость этого тела.
Период свободных колебаний:
T = 2*pi/ ω0 = 2*pi*√(m/k)
Примечателен тот факт, что при малых углах отклонения период колебания тела на пружине и период колебания маятника не будут зависеть от амплитуды колебаний.
Запишем формулы периода и частоты свободных колебаний для математического маятника.
ω0 = √(g/l),
тогда период будет равен
T = 2*pi*√(l/g).
Данная формула будет справедлива лишь для малых углов отклонения. Из формулы видим, что период колебаний возрастает с увеличением длины нити маятника. Чем больше будет длина, тем медленнее тело будет колебаться.
От массы груза период колебаний совершенно не зависит. Зато зависит от ускорения свободного падения. При уменьшении g, период колебаний будет увеличиваться. Данное свойство широко используют на практике. Например, для измерения точного значения свободного ускорения.
-
Галлямова З.Р.
- Сообщения: 70
- Зарегистрирован: 07 окт 2016, 05:24
Re: Методическая копилка
Математический маятник
Математический маятник – это модель обычного маятника. Под математическим маятником – понимается материальная точка, которая подвешена на длинной невесомой и нерастяжимой нити.
Выведем шарик из положения равновесия и отпустим. На шарик будут действовать две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. При движении маятника, на него еще будет действовать сила трения воздуха. Но мы будем считать её очень маленькой.
рисунок
Разложим силу тяжести на две составляющих: силу, направленную вдоль нити, и силу направленную перпендикулярно касательной к траектории движения шарика.
Эти две силы составят в сумме силу тяжести. Силы упругости нити и составляющая силы тяжести Fn сообщают шарику центростремительное ускорение. Работа этих сил будет равняться нулю, и следовательно они будут лишь менять направление вектора скорости. В любой момент времени, он будет направлен по касательной к дуге окружности.
Под действием составляющей силы тяжести Fτ шарик будет двигаться по дуге окружности с нарастающей по модулю скоростью. Значение этой сила всегда изменяется по модулю, при прохождении положения равновесия она равняется нулю.
Динамика колебательного движения
Уравнение движения тела, колеблющегося под действием силы упругости.
рисунок
Общее уравнение движения:
m*a = F.
Колебания в системе происходят под действием силы упругости, которая согласно закону Гука прямо пропорциональна смещению груза
Fx = -k*x
Тогда уравнение движения шарика примет следующий вид:
m*a = -k*x.
Разделим это уравнение на m, получим следующую формулу:
a = (-k/m)*x.
И так как масса и коэффициент упругости величины постоянные, то и отношение (-k/m) тоже будет постоянное. Мы получили уравнение, которые описывают колебания тела под действием силы упругости.
Проекция ускорения тела будет прямо пропорциональна его координате, взятой с противоположным знаком.
Уравнение движения математического маятника
Уравнение движения математического маятника описывается следующей формулой:
a = (-g/l)*x.
Это уравнение имеет такой же вид, что и уравнение движения груза на пружине. Следовательно, колебания маятника и движения шарика на пружине происходят одинаковым образом.
Смещение шарика на пружине и смещение тела маятника от положения равновесия изменяются со временем по одинаковым законам.
Математический маятник – это модель обычного маятника. Под математическим маятником – понимается материальная точка, которая подвешена на длинной невесомой и нерастяжимой нити.
Выведем шарик из положения равновесия и отпустим. На шарик будут действовать две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. При движении маятника, на него еще будет действовать сила трения воздуха. Но мы будем считать её очень маленькой.
рисунок
Разложим силу тяжести на две составляющих: силу, направленную вдоль нити, и силу направленную перпендикулярно касательной к траектории движения шарика.
Эти две силы составят в сумме силу тяжести. Силы упругости нити и составляющая силы тяжести Fn сообщают шарику центростремительное ускорение. Работа этих сил будет равняться нулю, и следовательно они будут лишь менять направление вектора скорости. В любой момент времени, он будет направлен по касательной к дуге окружности.
Под действием составляющей силы тяжести Fτ шарик будет двигаться по дуге окружности с нарастающей по модулю скоростью. Значение этой сила всегда изменяется по модулю, при прохождении положения равновесия она равняется нулю.
Динамика колебательного движения
Уравнение движения тела, колеблющегося под действием силы упругости.
рисунок
Общее уравнение движения:
m*a = F.
Колебания в системе происходят под действием силы упругости, которая согласно закону Гука прямо пропорциональна смещению груза
Fx = -k*x
Тогда уравнение движения шарика примет следующий вид:
m*a = -k*x.
Разделим это уравнение на m, получим следующую формулу:
a = (-k/m)*x.
И так как масса и коэффициент упругости величины постоянные, то и отношение (-k/m) тоже будет постоянное. Мы получили уравнение, которые описывают колебания тела под действием силы упругости.
Проекция ускорения тела будет прямо пропорциональна его координате, взятой с противоположным знаком.
Уравнение движения математического маятника
Уравнение движения математического маятника описывается следующей формулой:
a = (-g/l)*x.
Это уравнение имеет такой же вид, что и уравнение движения груза на пружине. Следовательно, колебания маятника и движения шарика на пружине происходят одинаковым образом.
Смещение шарика на пружине и смещение тела маятника от положения равновесия изменяются со временем по одинаковым законам.
-
Галлямова З.Р.
- Сообщения: 70
- Зарегистрирован: 07 окт 2016, 05:24
Re: Методическая копилка
Электродинамический микрофон
Микрофон – электрическое устройство, которое преобразует звуковые колебания воздуха в колебания электрического тока. Микрофоны получили широко распространение в радиовещании, телевидении и т.д.
Электродинамический микрофон
Рассмотрим, как работает микрофон, на самом простом из микрофонов – электородинамическом. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим устройство электродинамического микрофона.
картинка
Диафрагма микрофона (2) сделана из полистирола или алюминиевой фольги. Она жестко связана со звуковой катушкой. Звуковая катушка (1) изготавливается из очень тонкой проволоки.
Катушку помешают в кольцевой зазор сильно постоянного магнита (3). Линии магнитной индукции будут перпндикулярны виткам катушки.
Когда человек говорит, возникает звуковая волна. Эта волна вызывает колебание диафрагмы, а следовательно и колебание звуковой катушки. Катушка движется в магнитном поле, в её витка индуцируется ток, и на концах катушки возникает переменная ЭДС индукции.
Это переменное напряжение вызывает колебание тока в цепи микрофона. Данные колебания могут быть поданы на громкоговоритель. Электродинамический микрофон имеет очень простую конструкцию.
Так же микрофоны этого типа имеют небольшие габариты и надежны в эксплуатации. При этом искажение преобразуемых колебаний в звуковом диапазоне невелики.
Самоиндукция
Как уже известно, если по катушке идет переменный ток, то магнитный поток, который пронизывает катушку, будет изменяться. При этом, в этом же самом проводнике возникает ЭДС индукции. Это явление называется самоиндукция.
Во время самоиндукции контур, через который проходит ток, выполняет сразу две функции. Переменный ток в проводнике вызовет появление магнитного потока, через поверхность ограниченную контуром. Магнитный поток будет изменяться с течением времени, следовательно, в контуре будет возникать ЭДС индукции.
Напряженность возникающего вихревого поля будет направлена против тока. То есть, вихревое поле будет препятствовать нарастанию тока. Если бы ток уменьшался, то вихревое поле поддерживало бы ток. Явление самоиндукции можно наблюдать, например, на следующем опыте.
Рассмотрим следующую принципиальную электрическую схему.
картинка
Параллельно источнику питания подключены две одинаковые лампочки. В цепь одной из них последовательно включено сопротивление, а в цепь другой – катушка индуктивности. При замыкании ключа, первая лампочка вспыхнет почти мгновенно.
Вторая лампочка включится только спустя некоторое время. ЭДС самоиндукции катушки будет достаточно большим, и будет препятствовать нарастанию силы тока, поэтому свое максимальное значение сила тока достигнет только спустя некоторое время. Теперь рассмотрим следующую схему.
картинка
Здесь при размыкании ключа в катушке возникнет ЭДС самоиндукции, которая будет стараться поддерживать ток. В момент размыкания ключа через гальванометр будет протекать ток, обратно направленный по отношению к первоначальному. Сила тока при размыкании может даже превысить силу тока, который был первоначально. Следовательно, ЭДС самоиндукции будет больше ЭДС батареи.
Микрофон – электрическое устройство, которое преобразует звуковые колебания воздуха в колебания электрического тока. Микрофоны получили широко распространение в радиовещании, телевидении и т.д.
Электродинамический микрофон
Рассмотрим, как работает микрофон, на самом простом из микрофонов – электородинамическом. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим устройство электродинамического микрофона.
картинка
Диафрагма микрофона (2) сделана из полистирола или алюминиевой фольги. Она жестко связана со звуковой катушкой. Звуковая катушка (1) изготавливается из очень тонкой проволоки.
Катушку помешают в кольцевой зазор сильно постоянного магнита (3). Линии магнитной индукции будут перпндикулярны виткам катушки.
Когда человек говорит, возникает звуковая волна. Эта волна вызывает колебание диафрагмы, а следовательно и колебание звуковой катушки. Катушка движется в магнитном поле, в её витка индуцируется ток, и на концах катушки возникает переменная ЭДС индукции.
Это переменное напряжение вызывает колебание тока в цепи микрофона. Данные колебания могут быть поданы на громкоговоритель. Электродинамический микрофон имеет очень простую конструкцию.
Так же микрофоны этого типа имеют небольшие габариты и надежны в эксплуатации. При этом искажение преобразуемых колебаний в звуковом диапазоне невелики.
Самоиндукция
Как уже известно, если по катушке идет переменный ток, то магнитный поток, который пронизывает катушку, будет изменяться. При этом, в этом же самом проводнике возникает ЭДС индукции. Это явление называется самоиндукция.
Во время самоиндукции контур, через который проходит ток, выполняет сразу две функции. Переменный ток в проводнике вызовет появление магнитного потока, через поверхность ограниченную контуром. Магнитный поток будет изменяться с течением времени, следовательно, в контуре будет возникать ЭДС индукции.
Напряженность возникающего вихревого поля будет направлена против тока. То есть, вихревое поле будет препятствовать нарастанию тока. Если бы ток уменьшался, то вихревое поле поддерживало бы ток. Явление самоиндукции можно наблюдать, например, на следующем опыте.
Рассмотрим следующую принципиальную электрическую схему.
картинка
Параллельно источнику питания подключены две одинаковые лампочки. В цепь одной из них последовательно включено сопротивление, а в цепь другой – катушка индуктивности. При замыкании ключа, первая лампочка вспыхнет почти мгновенно.
Вторая лампочка включится только спустя некоторое время. ЭДС самоиндукции катушки будет достаточно большим, и будет препятствовать нарастанию силы тока, поэтому свое максимальное значение сила тока достигнет только спустя некоторое время. Теперь рассмотрим следующую схему.
картинка
Здесь при размыкании ключа в катушке возникнет ЭДС самоиндукции, которая будет стараться поддерживать ток. В момент размыкания ключа через гальванометр будет протекать ток, обратно направленный по отношению к первоначальному. Сила тока при размыкании может даже превысить силу тока, который был первоначально. Следовательно, ЭДС самоиндукции будет больше ЭДС батареи.
-
Галлямова З.Р.
- Сообщения: 70
- Зарегистрирован: 07 окт 2016, 05:24
Re: Методическая копилка
ЭДС индукции в движущихся проводниках
Нахождение ЭДС индукции через силу Лоренца
Магнитный поток через контур может изменяться по следующим причинам:
При помещении неподвижного проводящего контура в переменное магнитное поле.
При движении проводника в магнитном поле, которое может и не меняться со временем.
В обоих этих случаях будет выполняться закон электромагнитной индукции. При этом происхождение электродвижущей силы в этих случаях различное. Рассмотрим подробнее второй из этих случаев
В данном случае проводник движется в магнитном поле. Вместе с проводником совершают движение и все заряды, которые находятся внутри проводника. На каждый из таких зарядов со стороны магнитного поля будет действовать сила Лоренца. Она и будет способствовать перемещению зарядов внутри проводника.
ЭДС индукции в данном случае будет иметь магнитное происхождение.
Рассмотрим следующий опыт: магнитный контур, у которого одна сторона подвижная, помещают в однородное магнитное поле. Подвижная сторона длиной l начинает скользить вдоль сторон MD и NC с постоянной скоростью V. При этом она постоянно остаётся параллельной стороне СD. Вектор магнитной индукции поля будет перпендикулярен проводнику и составлять угол а с направлением его скорости. На следующем рисунке представлена лабораторная установка для этого опыта:
Сила Лоренца, действующая на движущуюся частицу, вычисляется по следующей формуле:
Fл = |q|*V*B*sin(a).
Сила Лоренца будет направлена вдоль отрезка MN. Рассчитаем работу силы Лоренца:
A = Fл*l = |q|*V*B*l*sin(a).
ЭДС индукции - это отношение работы, совершаемой силой при перемещении единичного положительного заряда, к величине этого заряда. Следовательно, имеем:
Ei = A/|q| = V*B*l*sin(a).
Эта формула будет справедлива для любого проводника, движущегося в с постоянной скоростью в магнитном поле. ЭДС индукции будет только в этом проводнике, так как остальные проводники контура остаются неподвижными. Очевидно, что ЭДС индукции во всем контуре будет равняться ЭДС индукции в подвижном проводнике.
ЭДС из закона электромагнитной индукции
Магнитный поток через тот же контур, что и в примере выше, будет равняться:
Ф = B*S*cos(90-a) = B*S*sin(a).
Здесь угол (90-а) = угол между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности контура. За некоторое время ∆t площадь контура будет изменяться на ∆S = -l*V*∆t. Знак «минус» показывает, что площадь уменьшается. При этом за это время магнитный поток изменится:
∆Ф = -B*l*V*sin(a).
Тогда ЭДС индукции равна:
Ei = -∆Ф/∆t = B*l*V*sin(a).
Если весь контур будет двигаться внутри однородного магнитного поля с постоянной скоростью, то ЭДС индукции будет равняться нулю, так как будет отсутствовать изменение магнитного потока.
ЭДС индукции будет возникать и при повороте рамки внутри магнитного поля.
Нахождение ЭДС индукции через силу Лоренца
Магнитный поток через контур может изменяться по следующим причинам:
При помещении неподвижного проводящего контура в переменное магнитное поле.
При движении проводника в магнитном поле, которое может и не меняться со временем.
В обоих этих случаях будет выполняться закон электромагнитной индукции. При этом происхождение электродвижущей силы в этих случаях различное. Рассмотрим подробнее второй из этих случаев
В данном случае проводник движется в магнитном поле. Вместе с проводником совершают движение и все заряды, которые находятся внутри проводника. На каждый из таких зарядов со стороны магнитного поля будет действовать сила Лоренца. Она и будет способствовать перемещению зарядов внутри проводника.
ЭДС индукции в данном случае будет иметь магнитное происхождение.
Рассмотрим следующий опыт: магнитный контур, у которого одна сторона подвижная, помещают в однородное магнитное поле. Подвижная сторона длиной l начинает скользить вдоль сторон MD и NC с постоянной скоростью V. При этом она постоянно остаётся параллельной стороне СD. Вектор магнитной индукции поля будет перпендикулярен проводнику и составлять угол а с направлением его скорости. На следующем рисунке представлена лабораторная установка для этого опыта:
Сила Лоренца, действующая на движущуюся частицу, вычисляется по следующей формуле:
Fл = |q|*V*B*sin(a).
Сила Лоренца будет направлена вдоль отрезка MN. Рассчитаем работу силы Лоренца:
A = Fл*l = |q|*V*B*l*sin(a).
ЭДС индукции - это отношение работы, совершаемой силой при перемещении единичного положительного заряда, к величине этого заряда. Следовательно, имеем:
Ei = A/|q| = V*B*l*sin(a).
Эта формула будет справедлива для любого проводника, движущегося в с постоянной скоростью в магнитном поле. ЭДС индукции будет только в этом проводнике, так как остальные проводники контура остаются неподвижными. Очевидно, что ЭДС индукции во всем контуре будет равняться ЭДС индукции в подвижном проводнике.
ЭДС из закона электромагнитной индукции
Магнитный поток через тот же контур, что и в примере выше, будет равняться:
Ф = B*S*cos(90-a) = B*S*sin(a).
Здесь угол (90-а) = угол между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности контура. За некоторое время ∆t площадь контура будет изменяться на ∆S = -l*V*∆t. Знак «минус» показывает, что площадь уменьшается. При этом за это время магнитный поток изменится:
∆Ф = -B*l*V*sin(a).
Тогда ЭДС индукции равна:
Ei = -∆Ф/∆t = B*l*V*sin(a).
Если весь контур будет двигаться внутри однородного магнитного поля с постоянной скоростью, то ЭДС индукции будет равняться нулю, так как будет отсутствовать изменение магнитного потока.
ЭДС индукции будет возникать и при повороте рамки внутри магнитного поля.
-
Галлямова З.Р.
- Сообщения: 70
- Зарегистрирован: 07 окт 2016, 05:24
Re: Методическая копилка
Закон электромагнитной индукции
После возникновения понятия о явлении электромагнитной индукции, интересно было бы узнать её количественные характеристики. Согласно опытам сила индукционного тока, которая возникнет в замкнутом контуре, будет пропорциональна изменению магнитного потока, который пронизывает этот контур.
Магнитный поток
Магнитный поток - это не что иное, как количество пронизывающих контур линий магнитной индукции. Чем больше их пронизывает контур, тем больше будет магнитный поток. Поэтому скорость изменения магнитного потока, можно представить как скорость изменения количество линий магнитной индукции, которые пронизывают контур.
За некоторое достаточно малое время ∆t магнитный поток изменится на некоторую величину ∆Ф. Следовательно, сила индукционного тока в замкнутом контуре будет пропорциональна скорости изменения магнитного потока, который пронизывает поверхность, ограниченную этим контуром.
Ii = ∆Ф/∆t.
Электродвижущая сила
Ток в цепи будет возникать при направленном движении заряженных частиц, под действием некоторых сторонних сил. Электродвижущая сила, величина численно равная работе сил по перемещению, единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура, называется электродвижущей силой.
При изменении магнитного потока в контуре возникает электрический ток, а следовательно, возникает электродвижущая сила, которая в этом случае называется ЭДС индукции. Для её обозначение используют прописную букву Е. Мы будем обозначать ЭДС индукции Ei.
Согласно закону Ома для замкнутой цепи, будет выполняться следующее равенство:
Ii = Ei/R.
Теперь сформулируем закон электромагнитной индукции. Он будет говорить об ЭДС индукции, так как сила тока, будет зависеть от свойств проводника, а ЭДС будет определяться только изменением магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур.
Закон электромагнитной индукции
ЭДС индукции возникающая в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, которую ограничивает этот контур.
Ei = |∆Ф/∆t |.
Теперь необходимо учесть направление индукционного тока, который возникает в контуре. Для этого в формуле необходимо раскрыть модуль и поставить перед частным знак минус.
Ei = -∆Ф/∆t.
Индукционный ток должен быть направлен в направлении против положительного обхода контура. ЭДС индукции будет отрицательна.
После возникновения понятия о явлении электромагнитной индукции, интересно было бы узнать её количественные характеристики. Согласно опытам сила индукционного тока, которая возникнет в замкнутом контуре, будет пропорциональна изменению магнитного потока, который пронизывает этот контур.
Магнитный поток
Магнитный поток - это не что иное, как количество пронизывающих контур линий магнитной индукции. Чем больше их пронизывает контур, тем больше будет магнитный поток. Поэтому скорость изменения магнитного потока, можно представить как скорость изменения количество линий магнитной индукции, которые пронизывают контур.
За некоторое достаточно малое время ∆t магнитный поток изменится на некоторую величину ∆Ф. Следовательно, сила индукционного тока в замкнутом контуре будет пропорциональна скорости изменения магнитного потока, который пронизывает поверхность, ограниченную этим контуром.
Ii = ∆Ф/∆t.
Электродвижущая сила
Ток в цепи будет возникать при направленном движении заряженных частиц, под действием некоторых сторонних сил. Электродвижущая сила, величина численно равная работе сил по перемещению, единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура, называется электродвижущей силой.
При изменении магнитного потока в контуре возникает электрический ток, а следовательно, возникает электродвижущая сила, которая в этом случае называется ЭДС индукции. Для её обозначение используют прописную букву Е. Мы будем обозначать ЭДС индукции Ei.
Согласно закону Ома для замкнутой цепи, будет выполняться следующее равенство:
Ii = Ei/R.
Теперь сформулируем закон электромагнитной индукции. Он будет говорить об ЭДС индукции, так как сила тока, будет зависеть от свойств проводника, а ЭДС будет определяться только изменением магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур.
Закон электромагнитной индукции
ЭДС индукции возникающая в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, которую ограничивает этот контур.
Ei = |∆Ф/∆t |.
Теперь необходимо учесть направление индукционного тока, который возникает в контуре. Для этого в формуле необходимо раскрыть модуль и поставить перед частным знак минус.
Ei = -∆Ф/∆t.
Индукционный ток должен быть направлен в направлении против положительного обхода контура. ЭДС индукции будет отрицательна.
-
Галлямова З.Р.
- Сообщения: 70
- Зарегистрирован: 07 окт 2016, 05:24
Re: Методическая копилка
Направление индукционного тока
При внесении в катушку магнита в ней возникает индукционный ток. Если к катушке присоединить гальванометр, то можно заметить, что направление тока будет зависеть от того приближаем ли мы магнит или удаляем его.
Магнит будет взаимодействовать с катушкой либо притягиваясь, либо отталкиваясь от нее. Это будет возникать вследствие того, что катушка с проходящим по ней током, будет подобна магниту с двумя полюсами. Направление индуцируемого тока будет определять, где у катушки будет находиться какой из полюсов.
Если приближать к катушке магнит, то в ней будет возникать индукционный ток такого направления, что катушка обязательно будет отталкиваться от магнита. Если мы будет удалять магнит от катушки, то при этом в катушке возникнет такой индукционный ток, что она будет притягиваться к магниту.
Стоит отметить, что не важно каким полюсом мы подносим или убираем магнит, всегда при подносе катушка будет отталкиваться, а при удалении притягиваться. Различие состоит в том, что при приближении магнита к катушке магнитный поток, который будет пронизывать катушку, увеличивается, так как у полюса магнита кучность линий магнитной индукции увеличивается. А при удалении магнита, магнитный поток, пронизывающий катушку, будет уменьшаться.
Узнать направление индукционного тока можно. Для этого существует правило Ленца. Оно основано на законе сохранения. Рассмотрим следующий опыт.
рисунок
Имеется катушка с подключенным к ней гальванометром. К одному и краев катушки начинаем подносить магнит, например, северным полюсом. Количество линий, которые будут пронизывать поверхность каждого витка катушки, будет увеличиваться. Следовательно, будет увеличиваться и значение магнитного потока.
Так как должен выполняться закон сохранения, должно возникнуть магнитное поле, которое будет препятствовать изменению магнитного потока. В нашем случае магнитный поток увеличивался, следовательно, ток должен течь в таком направлении, чтобы линии вектора магнитной индукции, создаваемые катушкой, были направлены в противоположном направлении линиям магнитной индукции, создаваемым магнитом.
То есть они должны в нашем случае быть направлены вверх. Теперь воспользуемся правилом буравчика. Направляем большой палец правой руки по необходимому нам направлению линий магнитной индукции, то есть - вверх. Тогда остальные пальцы укажут, в какую сторону должен быть направлен индукционный ток. В нашем случае, слева на право.
Аналогичный процесс происходит при удалении магнита. Убираем магнит, магнитный поток уменьшается, следовательно, должно возникнуть поле которое будет увеличивать магнитный поток. То есть поле линии магнитной индукции, которого будут сонаправлены с линиями магнитной индукции, создаваемыми постоянным магнитом. В нашем случае эти лини направлены вниз. Опять пользуемся правилом буравчика и определяем направление индукционного тока.
При внесении в катушку магнита в ней возникает индукционный ток. Если к катушке присоединить гальванометр, то можно заметить, что направление тока будет зависеть от того приближаем ли мы магнит или удаляем его.
Магнит будет взаимодействовать с катушкой либо притягиваясь, либо отталкиваясь от нее. Это будет возникать вследствие того, что катушка с проходящим по ней током, будет подобна магниту с двумя полюсами. Направление индуцируемого тока будет определять, где у катушки будет находиться какой из полюсов.
Если приближать к катушке магнит, то в ней будет возникать индукционный ток такого направления, что катушка обязательно будет отталкиваться от магнита. Если мы будет удалять магнит от катушки, то при этом в катушке возникнет такой индукционный ток, что она будет притягиваться к магниту.
Стоит отметить, что не важно каким полюсом мы подносим или убираем магнит, всегда при подносе катушка будет отталкиваться, а при удалении притягиваться. Различие состоит в том, что при приближении магнита к катушке магнитный поток, который будет пронизывать катушку, увеличивается, так как у полюса магнита кучность линий магнитной индукции увеличивается. А при удалении магнита, магнитный поток, пронизывающий катушку, будет уменьшаться.
Узнать направление индукционного тока можно. Для этого существует правило Ленца. Оно основано на законе сохранения. Рассмотрим следующий опыт.
рисунок
Имеется катушка с подключенным к ней гальванометром. К одному и краев катушки начинаем подносить магнит, например, северным полюсом. Количество линий, которые будут пронизывать поверхность каждого витка катушки, будет увеличиваться. Следовательно, будет увеличиваться и значение магнитного потока.
Так как должен выполняться закон сохранения, должно возникнуть магнитное поле, которое будет препятствовать изменению магнитного потока. В нашем случае магнитный поток увеличивался, следовательно, ток должен течь в таком направлении, чтобы линии вектора магнитной индукции, создаваемые катушкой, были направлены в противоположном направлении линиям магнитной индукции, создаваемым магнитом.
То есть они должны в нашем случае быть направлены вверх. Теперь воспользуемся правилом буравчика. Направляем большой палец правой руки по необходимому нам направлению линий магнитной индукции, то есть - вверх. Тогда остальные пальцы укажут, в какую сторону должен быть направлен индукционный ток. В нашем случае, слева на право.
Аналогичный процесс происходит при удалении магнита. Убираем магнит, магнитный поток уменьшается, следовательно, должно возникнуть поле которое будет увеличивать магнитный поток. То есть поле линии магнитной индукции, которого будут сонаправлены с линиями магнитной индукции, создаваемыми постоянным магнитом. В нашем случае эти лини направлены вниз. Опять пользуемся правилом буравчика и определяем направление индукционного тока.
-
Галлямова З.Р.
- Сообщения: 70
- Зарегистрирован: 07 окт 2016, 05:24
Re: Методическая копилка
Открытие электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции было открыто Майлом Фарадеем в 1831 году. Еще за 10 лет до этого Фарадей думал о способе превратить магнетизм в электричество. Он считал, что магнитное поле и электрическое поле должны быть как-то связаны.
Открытие электромагнитной индукции
Например, с помощью электрического поля можно намагнитить железный предмет. Наверное, должна существовать возможность с помощью магнита получить электрический ток.
Сначала Фарадей открыл явление электромагнитной индукции в неподвижных относительно друг друга проводниках. При возникновении в одной из них тока в другой катушке тоже индуцировался ток. Причем в дальнейшем он пропадал, и появлялся снова лишь при выключении питания одной катушки.
Через некоторое время Фарадей на опытах доказал, что при перемещении катушки без тока в цепи относительно другой, на концы которой подается напряжение, в первой катушке тоже будет возникать электрический ток.
Следующим опытом было введение в катушку магнита, и при этом тоже в ней появлялся ток. Данные опыты показаны на следующих рисунках.
рисунок
Фарадеем была сформулирована основная причина появления тока в замкнутом контуре. В замкнутом проводящем контуре ток возникает при изменении числа линий магнитной индукции, которые пронизывают этот контур.
Чем больше будет это изменение, тем сильнее получится индукционный ток. Неважно, каким образом мы добьемся изменения числа линий магнитной индукции. Например, это можно сделать движением контура в неоднородном магнитном поле, как это происходило в опыте с магнитом или движением катушки. А можем, например, изменять силу тока в соседней с контуром катушке, при этом будет изменяться магнитное поле, создаваемое этой катушкой.
Формулировка закона
Подведем краткий итог. Явление электромагнитной индукции – это явление возникновения тока в замкнутом контуре, при изменении магнитного поля в котором находится этот контур.
Для более точной формулировки закона электромагнитной индукции необходимо ввести величину, которая бы характеризовала магнитное поле – поток вектора магнитной индукции.
Магнитный поток
Вектор магнитной индукции обозначается буквой B. Он будет характеризовать магнитное поле в любой точке пространства. Теперь рассмотрим замкнутый контур, ограничивающий поверхность площадью S. Поместим его в однородное магнитное поле.
рисунок
Между вектором нормали к поверхности и вектором магнитной индукции будет некоторый угол а. Магнитный поток Ф через поверхность площадью S называется физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь поверхности и косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к контуру.
Ф = B*S*cos(a).
Произведение B*cos(a) является проекцией вектора В на нормаль n. Поэтому форму для магнитного потока можно переписать следующим образом:
Ф = Bn*S.
Единицей измерения магнитного потока является вебер. Обозначается 1 Вб. Магнитный поток в 1Вб создается магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадь 1 м^2, которая расположена перпендикулярно вектору магнитной индукции.
Явление электромагнитной индукции было открыто Майлом Фарадеем в 1831 году. Еще за 10 лет до этого Фарадей думал о способе превратить магнетизм в электричество. Он считал, что магнитное поле и электрическое поле должны быть как-то связаны.
Открытие электромагнитной индукции
Например, с помощью электрического поля можно намагнитить железный предмет. Наверное, должна существовать возможность с помощью магнита получить электрический ток.
Сначала Фарадей открыл явление электромагнитной индукции в неподвижных относительно друг друга проводниках. При возникновении в одной из них тока в другой катушке тоже индуцировался ток. Причем в дальнейшем он пропадал, и появлялся снова лишь при выключении питания одной катушки.
Через некоторое время Фарадей на опытах доказал, что при перемещении катушки без тока в цепи относительно другой, на концы которой подается напряжение, в первой катушке тоже будет возникать электрический ток.
Следующим опытом было введение в катушку магнита, и при этом тоже в ней появлялся ток. Данные опыты показаны на следующих рисунках.
рисунок
Фарадеем была сформулирована основная причина появления тока в замкнутом контуре. В замкнутом проводящем контуре ток возникает при изменении числа линий магнитной индукции, которые пронизывают этот контур.
Чем больше будет это изменение, тем сильнее получится индукционный ток. Неважно, каким образом мы добьемся изменения числа линий магнитной индукции. Например, это можно сделать движением контура в неоднородном магнитном поле, как это происходило в опыте с магнитом или движением катушки. А можем, например, изменять силу тока в соседней с контуром катушке, при этом будет изменяться магнитное поле, создаваемое этой катушкой.
Формулировка закона
Подведем краткий итог. Явление электромагнитной индукции – это явление возникновения тока в замкнутом контуре, при изменении магнитного поля в котором находится этот контур.
Для более точной формулировки закона электромагнитной индукции необходимо ввести величину, которая бы характеризовала магнитное поле – поток вектора магнитной индукции.
Магнитный поток
Вектор магнитной индукции обозначается буквой B. Он будет характеризовать магнитное поле в любой точке пространства. Теперь рассмотрим замкнутый контур, ограничивающий поверхность площадью S. Поместим его в однородное магнитное поле.
рисунок
Между вектором нормали к поверхности и вектором магнитной индукции будет некоторый угол а. Магнитный поток Ф через поверхность площадью S называется физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь поверхности и косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к контуру.
Ф = B*S*cos(a).
Произведение B*cos(a) является проекцией вектора В на нормаль n. Поэтому форму для магнитного потока можно переписать следующим образом:
Ф = Bn*S.
Единицей измерения магнитного потока является вебер. Обозначается 1 Вб. Магнитный поток в 1Вб создается магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадь 1 м^2, которая расположена перпендикулярно вектору магнитной индукции.