Электрический ток на участке цепи с катушкой индуктивности - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ - КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Задачи урока: изучить явление переменного электрического тока в цепи с катушкой; продолжить формирование умений выделять и описывать физические явления, выражать свои мысли в устной и письменной речи.

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приёмы и методы
I. Повторение: ёмкость в цепи переменного тока, явление электромагнитной индукции II. Изучение нового материала. Повторение и отработка изученного материала III. Подведение итогов. Домашнее задание	10 25—30 3—5	Фронтальный опрос Рассказ учителя. Демонстрация. Работа с учебником. Записи в тетрадях. Беседа. Решение задач Выделение главного

I. Повторение.

II. Приведём план организации изучения нового материала.

1. Учитель формулирует учебную проблему урока: что происходит с переменным электрическим током на участке электрической цепи с катушкой индуктивности. Для простоты рассмотрения предполагается, что активное сопротивление отсутствует. На участок подаётся переменное напряжение u = U_mcos ωt (рис. 4.17 учебника). На основе известных знаний дадим теоретическое обоснование происходящего процесса.

Итак, в катушке возникает переменное электрическое поле и проходит переменный электрический ток, который создаёт около катушки переменное магнитное поле. Последнее (по закону электромагнитной индукции) создаёт в катушке индуцированное электрическое поле. Оно (по правилу Ленца) всегда препятствует изменению силы тока в цепи. В учебнике зафиксировано, что при условии равенства нулю активного сопротивления внешнее электрическое поле должно компенсироваться индуцированным электрическим полем в каждый момент времени (с. 93 учебника). Почему? Потому что в противном случае даже небольшое напряжение U по закону Ома приводило бы к большим значениям силы тока I. Значит, u = —е.

2. Далее предлагаем несколько иную, чем в учебнике, логику рассмотрения содержания.

Если u = U_m cos ωt, а е = -Li', то

U_m cos ωt = Li'.

По какому же закону изменяется сила тока i на участке цепи с катушкой индуктивности? Для ответа на вопрос надо решить полученное уравнение. Предположим, что сила тока изменяется по закону i = I_m sin ωt. Возьмём от этого выражения производную и подставим в уравнение. Получим U_m cos ωt = LI_m ω cos ωt, отсюда

В итоге при таком значении амплитуды силы тока мы верно определили уравнение колебаний силы тока в цепи с катушкой индуктивности. При сравнении выражений и получаем: R = Lω.

Приводят определение индуктивного сопротивления.

3. Углубление знаний организуется при решении задач.

1. Определите сдвиг фаз между током и напряжением на участке цепи с катушкой индуктивности. Постройте графики.

2. Как и почему изменяется накал лампочки при изменении частоты переменного тока (рис. 59)? Что и почему происходит с накалом лампочки при внесении в катушку сердечника? Выскажите гипотезу: может ли при изменении частоты переменного тока накал лампочки изменяться даже при отсутствии катушки? (П о д- сказка. При больших значениях частоты тока у лампочки накаливания проявляется индуктивное сопротивление.)

3. Задача: П., № 662.

Дополнительно. Исследуем, как изменяется мощность в цепи электрического тока с катушкой индуктивности. Для этого получим формулу для мгновенной мощности:

На рисунке (выполняется на доске) показываем график мощности. В первой половине периода энергия положительная, т. е. она поступает в цепь от внешнего источника тока. Во второй половине периода энергия отрицательная, т. е. цепь отдаёт энергию, запасённую в форме энергии магнитного поля катушки. В среднем за период мощность (и энергия) равна нулю. Катушка индуктивности не потребляет электрической энергии, и в этом состоит особенность индуктивного сопротивления.

III. При подведении итогов повторяют вопросы: почему колебания напряжения на участке индуктивного сопротивления опережают по фазе колебания силы тока? В чём сходство и различия переменного тока на участках с ёмкостью и индуктивностью? От чего зависит индуктивное сопротивление? Есть ли индуктивное сопротивление у проводника? Можно ли при известной частоте тока по показаниям амперметра и вольтметра определить индуктивность катушки?

Домашнее задание: § 22*; упр. на с. 95 (ЕГЭ); упр. на с. 100 (3).