Электромагнитная индукция · урок 2 из 4

Правило Ленца. Электрогенератор

Физика · 8 класс · базовый уровень · изучение нового материала
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R06 · PHY8-063

Паспорт: R06 «2.4 Электромагнитная индукция» (4 ч), урок 2/4, единицы R06.3 «Правило Ленца» и R06.4 «Электрогенератор». Тип урока — Н.
Хронометраж (45 мин): цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · проблема и новый материал 15 (сл. 4–10, 12) · «Дополнительно» 2 мин (сл. 11, можно пропустить) · закрепление 15 (сл. 13–15) · рефлексия 3 и ДЗ 2 (сл. 16). Резерв — 2 мин.
Оборудование: прибор Ленца (коромысло со сплошным и разрезанным алюминиевыми кольцами), полосовой магнит, катушка-моток, демонстрационный гальванометр, соединительные провода, модель генератора (или ручной генератор с лампой).

R06.3–R06.4

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Формулировать правило Ленца

и определять направление индукционного тока (REQ-1.5)

Определять полюса катушки

по опыту с магнитом и гальванометром (REQ-1.2, REQ-1.9)

Объяснять работу генератора

магнит, рамка, кольца, щётки (REQ-1.14)

Прослеживать превращения энергии

механическая → электрическая (REQ-1.6, REQ-1.7)

REQ-1.5 «характеризовать свойства тел, физические явления и процессы, используя изученные законы, при этом давать словесную формулировку закона…»; REQ-1.2 «различать явления по описанию их характерных свойств и на основе опытов…»; REQ-1.9 «проводить опыты по наблюдению физических явлений…».
REQ-1.14 «характеризовать принципы действия изученных приборов и технических устройств с опорой на их описания…»; REQ-1.6 «объяснять физические процессы и свойства тел…»; REQ-1.7 «решать расчётные задачи в 2–3 действия…» (задача про мощность генератора).
Элементы кодификатора: EL-7.18 «Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца», EL-7.19 «Электрогенератор…», EL-7.22 (генератор постоянного тока).

повторение: R06.1–R06.2

Вспомним

Опыт Фарадея: магнит и катушка

Когда в катушке возникает ток?

когда меняется магнитное поле внутри неё

Магнит лежит в катушке. Ток есть?

нет: поле не меняется

Как увеличить ток?

двигать быстрее, больше витков, сильнее магнит

А куда направлен индукционный ток?

R06.3

Проблема · опыт

Прибор Ленца: магнит и алюминиевые кольца

Почему сплошное кольцо движется, а разрезанное — нет?

Прибор: лёгкое коромысло на острие, на концах — алюминиевые кольца, одно сплошное, другое с разрезом. Алюминий не притягивается магнитом — это важно подчеркнуть.
Опыт: быстро вносим северный полюс в сплошное кольцо — кольцо отталкивается, коромысло поворачивается. Вынимаем — кольцо тянется за магнитом. С разрезанным кольцом ничего не происходит.
Вопрос: что есть в сплошном кольце и чего нет в разрезанном? (Замкнутая цепь — в ней возникает индукционный ток. В разрезанном кольце ток идти не может.)

R06.3

Объяснение

Кольцо с током — это магнит

Ток в кольце создаёт своё магнитное поле: у кольца появляются полюса, как у катушки с током (PHY8-058).
Приближаем N — у ближней стороны кольца тоже N: одноимённые полюса отталкиваются, кольцо «убегает». Удаляем N — у ближней стороны S: кольцо притягивается и «догоняет» магнит.
Стрелка I на передней дуге показывает, что при удалении магнита ток меняет направление. Вопрос: что будет, если приближать южный полюс? (У ближней стороны кольца появится S — снова отталкивание.)

R06.3

Запомнить

Правило Ленца

Индукционный ток направлен так, что его магнитное поле препятствует изменению магнитного поля, которое вызвало этот ток.

Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) — российский физик, академик Петербургской академии наук; правило сформулировал в 1833 г. Ему же принадлежит закон Джоуля — Ленца (PHY8-047).
Ключевое слово — «изменению». Поле тока не всегда противоположно полю магнита: если поле растёт — навстречу, если убывает — в ту же сторону («поддерживает»). Толщина синей стрелки показывает, растёт поле или убывает.
В учебнике правило может быть записано через магнитный поток: ток противодействует изменению магнитного потока. Для 8 класса достаточно формулировки на слайде.

R06.3 · опыт

Опыт · проверяем правило

Направление тока: катушка и гальванометр

Оборудование

катушка-моток, полосовой магнит
гальванометр (ноль посередине)
соединительные провода

Порядок

Подключите катушку к гальванометру.
Вносите и вынимайте полюс N, отмечайте, куда отклонилась стрелка.
То же с полюсом S.
Повторите быстрее — сравните отклонения.

Магнит не бросать, провода не натягивать.

Демонстрация или работа в парах (вид деятельности ФРП: «исследование изменений значения и направления индукционного тока»). Подробная практическая работа — на уроке PHY8-065.
На рисунке вносят полюс S — стрелка отклоняется влево (при внесении N на сл. 3 — вправо). Направление «вправо/влево» зависит от подключения, важно, что оно меняется.
Результаты записать в таблицу на следующем слайде. При быстром движении стрелка отклоняется сильнее — ток больше.

R06.3

Результаты · правило в действии

Четыре случая — один принцип

Что делаем	Поле в катушке	Полюс катушки у магнита	Взаимодействие	Стрелка
вносим N	растёт	N	отталкивает	вправо
вынимаем N	убывает	S	притягивает	влево
вносим S	растёт	S	отталкивает	влево
вынимаем S	убывает	N	притягивает	вправо

Катушка всегда мешает движению магнита

R06.3–R06.4

Почему так · закон сохранения энергии

Энергия тока берётся из нашей работы

Если бы кольцо притягивало приближающийся магнит, энергия бралась бы «из ничего». Так не бывает.

Правило Ленца — следствие закона сохранения энергии. Чтобы внести магнит в кольцо, надо преодолеть отталкивание — совершить работу. Эта работа превращается в энергию индукционного тока, а потом — в теплоту (кольцо чуть нагревается) или в свет лампы.
Вопрос: зачем на электростанции турбину вращают паром или водой, если генератор «сам» даёт ток? (Генератор не создаёт энергию — он превращает механическую работу в электрическую энергию.) Переход к генератору.

R06.4

Электрогенератор · устройство

Рамка вращается в магнитном поле

Порядок показа: магнит и его поле → рамка (обмотка из многих витков) на оси → кольца и щётки (скользящий контакт) → лампа.
Принцип: при вращении рамки магнитное поле, пронизывающее её, всё время меняется — в рамке возникает индукционный ток (электромагнитная индукция). Кольца вращаются вместе с рамкой, щётки неподвижны и передают ток во внешнюю цепь.
Вопрос: что вращает рамку на ГЭС, ТЭС, в ветряке? (Вода, пар, ветер — через турбину.) Подробно — на уроке PHY8-064. В промышленных генераторах часто вращается электромагнит (ротор), а обмотки неподвижны — принцип тот же.

R06.4 · дополнительно

Дополнительно

Генератор даёт переменный ток

За один оборот рамки ток дважды меняет направление.

ν = \frac{1}{T}

В сети России $ν = 50$ Гц, $T = 0, 02$ с.

Можно пропустить: переменный ток подробно изучают в 9 классе. Здесь — только картинка: пол-оборота ток идёт в одну сторону, пол-оборота — в другую. График показывает силу тока от времени (оси с единицами: t, с; I, А).
Стрелка над графиком — период T = 0,02 с (один оборот). Частота ν = 1/T = 1/0,02 с = 50 Гц: в простейшем генераторе рамка делает 50 оборотов в секунду.
Если поставить вместо двух колец коллектор из полуколец (как у электродвигателя), ток во внешней цепи будет одного направления — генератор постоянного тока.

R06.4

Сравним

Электродвигатель и электрогенератор

	Электродвигатель	Электрогенератор
энергия	электрическая → механическая	механическая → электрическая
явление	действие магнитного поля на проводник с током	электромагнитная индукция
устройство	магнит, обмотка, коллектор	магнит, обмотка, кольца или коллектор
примеры	вентилятор, электромобиль	электростанции, автомобиль, велосипедная фара

R06.3–R06.4

Осторожно

Типичные ошибки

Неверно	Верно
Индукционный ток всегда отталкивает магнит	Приближаем — отталкивает, удаляем — притягивает
Поле тока всегда против поля магнита	Против изменения: при убывании — в ту же сторону
В разрезанном кольце тоже идёт ток	Цепь не замкнута — тока нет, кольцо неподвижно
Генератор создаёт энергию	Генератор превращает механическую энергию в электрическую

R06.3–R06.4

Закрепление

Решите

1базаК катушке, замкнутой на гальванометр, приближают южный полюс магнита. Какой полюс появится у ближнего конца катушки?

2базаМагнит вынимают из сплошного кольца прибора Ленца. Куда сдвинется кольцо? Почему?

3базаКакие превращения энергии происходят в генераторе велосипедной фары?

4повыш.Магнит падает внутри медной трубы намного медленнее, чем рядом с ней. Объясните.

5практикаВелогенератор даёт

U = 6

В при

I = 0, 5

А. Найдите мощность и энергию за 1 ч.

6повыш.Почему ручку генератора с подключённой лампой вращать труднее, чем без лампы?

Ответы: 1) Южный: катушка отталкивает приближающийся магнит, одноимённые полюса отталкиваются. 2) За магнитом: поле в кольце убывает, ток поддерживает его, у ближней стороны кольца появляется полюс, противоположный полюсу магнита, — притяжение. 3) Механическая (кинетическая) энергия вращения колеса → электрическая → свет и теплота в лампе.
4) При падении магнита поле в стенках трубы меняется, в них возникают индукционные токи; по правилу Ленца их поле препятствует движению магнита (над магнитом — притягивает, под ним — отталкивает). Механическая энергия магнита переходит во внутреннюю энергию трубы. Медь не притягивается магнитом — дело именно в токах.
5) P = UI = 6 В · 0,5 А = 3 Вт; A = Pt = 3 Вт · 3600 с = 10 800 Дж = 10,8 кДж. 6) С лампой цепь замкнута, по рамке идёт ток, его поле препятствует вращению — приходится совершать работу, она превращается в энергию лампы. Без лампы цепь разомкнута, тока нет.
1–3 — всем; 4–6 — по готовности.

R06.4 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 2: устройства и явления

2Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе их действия. К каждой позиции первого столбца подберите позицию из второго.

Устройство

А) электрогенератор

Б) электродвигатель

Физическое явление

1) действие магнитного поля на проводник с током

2) электромагнитная индукция

3) тепловое действие тока

4) электризация тел

Ответ:

А	Б

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Чему препятствует индукционный ток?
Почему разрезанное кольцо не движется?
Какую энергию генератор превращает в электрическую?

Домашнее задание

Таблица «четыре случая» с рисунками катушки
Генератор: $U = 220$ В, $I = 5$ А. Мощность? Энергия за 2 ч в кВт·ч?
* Найдите, где дома или в автомобиле работает генератор
Тренажёр: reknow.ru/8/physics/8_physics_magnitnye.htm

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-063 · Правило Ленца. Электрогенератор

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R06 «2.4 Электромагнитная индукция», 4 ч · урок 2/4 · тип Н
Единицы → слайды	R06.3 «Правило Ленца» → 2, 4–9, 13–14, 16 · R06.4 «Электрогенератор» → 2, 9–16 · повторение R06.1–R06.2 → 3
Результаты	REQ-1.5 → 6, 8 · REQ-1.2 → 4, 8, 13 · REQ-1.9, REQ-1.13 → 7 · REQ-1.6 → 5, 9, 14 · REQ-1.14 → 10–12, 15 · REQ-1.7 → 14, 16 · EL-7.18, EL-7.19, EL-7.20, EL-7.22
Вне урока	способы получения электроэнергии, электростанции, возобновляемые источники — PHY8-064 (R06.5–R06.6); практикум «Опыты Фарадея» — PHY8-065; магнитный поток, ЭДС индукции, переменный ток (подробно) — 9 класс
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending