Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Електродвигун
👩🏫Методичні акценти для вчителя • План проведення уроку на 45 хвНУШ▼
🎯 Очікувані результати навчання (НУШ):
Формування предметних компетентностей за темою «Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Електродвигун», розвиток критичного мислення, вміння аналізувати причинно-наслідкові зв'язки та застосовувати набуті знання на практиці.
💬 Провокативне питання для старту:
Використайте блок «Гачок (Hook)» нижче для 2-хвилинної розминки з класом перед поясненням нового матеріалу.
⏱️ Рекомендований таймінг 45-хвилинного уроку:
Тема: Розділ 2. Магнітні та електромагнітні явища • с. 103. Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Електродвигун. Д/з: опрацювати матеріал уроку та завдання «У зошит» на платформі EZZ-SCHOOL BOOKS.
⚡ Фронтальне бліц-опитування класу на початку уроку (2 хв):
- Що є ключовим поняттям теми «Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Електродвигун» і чому воно важливе?
- Де у повсякденному житті, науці чи IT ми стикаємося з цим явищем/алгоритмом?
- Яка найпоширеніша помилка виникає під час першого знайомства з матеріалом?
🏠 Диференційоване домашнє завдання:
- Базовий рівень (обов'язковий): опрацювати конспект і блок «У зошит».
- Достатній рівень: скласти власну шпаргалку та пройти MiniCheck.
- Високий / STEM: виконати симуляцію у лабораторії та скласти BossQuiz на 100 XP.
📊 Критерії формувального оцінювання:
Твоя місія на цей урок
Натискай на цілі у міру їх опанування:
- 1З’ясувати дію сил Ампера на протилежні сторони прямокутної рамки зі струмом.Опанувати ➔
- 2Зрозуміти обертальний момент сил та положення стійкої рівноваги рамки в магнітному полі.Опанувати ➔
- 3Вивчити роль колектора (півкілець) і щіток для неперервного односпрямованого обертання.Опанувати ➔
- 4Опанувати будову та принцип дії електродвигуна постійного струму (ротор, статор, колектор).Опанувати ➔
🏎️ Чому сучасні електромобілі розганяються до 100 км/год швидше за суперкари з бензиновими двигунами?
Бензиновий двигун складається з сотень рухомих поршнів, клапанів і колінвалів, втрачаючи 70% палива на марне тепло. А серце електромобіля — компактний електродвигун вагою всього кілька десятків кілограмів з ККД понад 90%! Як магнітне поле перетворює електрику на нестримне обертання коліс?
1. Обертальний момент магнітних сил на прямокутну рамку
Якщо в однорідне магнітне поле помістити прямокутну дротяну рамку зі струмом, на її протилежні сторони діятимуть сили Ампера. За правилом лівої руки, оскільки струм у протилежних сторонах тече в протилежних напрямках, сили Ампера спрямовані в протилежні боки: одна сила штовхає рамку вгору, інша — вниз!
Ця пара сил створює обертальний момент M = F_A · d, який повертає рамку до положення стійкої рівноваги — поки площина рамки не стане перпендикулярною до ліній магнітної індукції. Пройшовши це положення за інерцією, рамка зупиниться і почне коливатися.
Щоб рамка оберталася безперервно в один бік, необхідно перемикати напрямок струму в ній кожні пів оберту в мить проходження положення рівноваги!
2. Будова та принцип дії електродвигуна постійного струму
Електродвигун — це машина, що перетворює електричну енергію на механічну роботу. Основні вузли:
Статор (нерухома частина)
Корпус із постійними магнітами або електромагнітами збудження, що створюють сильне магнітне поле.
Ротор / Якір (обертова частина)
Вал із залізним осердям і численними пазами, в які вкладено обмотки з мідного дроту.
Колектор і щітки (ключовий винахід!)
Мідні півкільця (колекторні пластини), закріплені на валу ротора. До них притиснуті нерухомі графітові щітки, що підводять струм від батареї. При повороті ротора на 180° щітки автоматично переходять на протилежні пластини колектора, змінюючи напрямок струму в обмотці! Завдяки цьому обертальний момент сил Ампера діє неперервно в один і той самий бік.
Переваги електродвигунів: ККД понад 90–95% (у двигунів внутрішнього згоряння лише 25–35%), відсутність токсичних викидів, миттєвий максимальний крутний момент із нульових обертів (електромобілі Tesla, потяги метро, трамваї, дрони).
Яку роль виконує колектор у двигуні постійного струму?
Шпаргалка до § 15: Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Електродвигун
Усе найважливіше для повторення перед уроком або самостійною роботою
🔄 Обертання
Дві протилежні сили Ампера створюють обертальний момент на сторони рамки.
⚙️ Колектор
Розрізні півкільця, що перемикають струм у рамці кожні півоберта.
🔋 Складники
Ротор (обертовий якір), статор (нерухомий магніт), колектор і щітки.
🌿 Екологічність
ККД понад 90%, відсутність шкідливих викидів в атмосферу.
Самоперевірка (картки знань)
Натискай для перевороту (або Пробіл / ◀ ▶ на клавіатурі)
У зошит (за підручником)
Вправи з підручника «Фізика 9 клас (Бар'яхтар, Довгий та ін., Ранок 2026)», § 15, с. 103. Виконуй у робочий зошит або за комп'ютером за вказівкою вчителя:
Визначення напрямку обертання рамки за правилом лівої руки
💡 Підказка від нас: Знайди напрямок сили Ампера для лівої та правої сторін рамки: одна сила спрямована вгору, інша вниз — визнач напрямок обертання за чи проти стрілки годинника.
Пояснення призначення щіток у колекторному вузлі
💡 Підказка від нас: Графітові щітки забезпечують рухомий ковзний електричний контакт між нерухомими проводами джерела та обертовими пластинами колектора.
Розрахунок ККД тягового електродвигуна тролейбуса
💡 Підказка від нас: ККД η = P_корисна / P_загальна = (F_тяги · v) / (U · I). Врахуй, що ККД електротранспорту перевищує 85-90%.
Бос-тест до § 15: Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Електродвигун
Питання 1 з 3 • Завдай удару по босу теми