Разработка урока

Физика 11 класс

Урок 3.

Тема : Лабораторная работа «Изучение магнитного поля катушки с током»

Цель: сформулировать закон Ампера и показать его практическую применимость.

Ход урока

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

− Опишите опыт Эрстеда.

− Каким является магнитное поле?

− Что можно сказать об основных линиях магнитного поля?

− Что такое соленоид?

− Сформулируйте правила для определения направлений силовых линий магнитного поля?

− Что можно сказать о магнитных монополях?

Ход урока

Письменная про­верочная работа по теме «Магнитное поле тока».

Уровень 1

1. Каким способом можно узнать, есть ли ток в проводе не пользуясь амперметром?

2. Каким образом можно обнаружить наличие в пространстве магнит­ного поля?

Уровень 2

1. У зажимов аккумулятора не оказалось пометок о том, какой из них «плюсовой» и какой - «минусовой». Можно ли узнать это, имея компас?

2. Изготовляя самодельный электромаг­нит, можно ли неизолированный провод наматывать на железный сердечник?

Уровень 3

1. К  акое направление имеет ток в провод­нике, направление силовых линий маг­нитного поля которого указано стрел­ками?

1. П  о направлению магнитных силовых линий, изображенных на ри­сунке, определите направление кругового тока в кольце.

Уровень 4

1. Как объяснить наличие магнитного поля вокруг постоянного магнита на основе молекулярной теории строения вещества?

2. К  акой полюс магнитной стрелки будет отталкиваться от правого кон­ца катушки с током?

1. Как намотать провод на полый керамический цилиндр, чтобы при пропускании тока по проводу внутри цилиндра не возникало магнит­ного поля?

Повторение по теме «Электрическое поле»

1. Что такое электрическое поле?

2. Чем отличается поле от вещества?

3. Перечислите основные свойства электрического поля.

4. Что указывают силовые линии электрического поля?

5. Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряда его бумажные полоски расходятся в разные стороны?

1. Выполнение лабораторной работы

Лабораторная работа по теме «Изучение свойств постоянных магнитов»

Цели: получить картины силовых линий магнитного поля вокруг постоянных магнитов.

Оборудование: магнит полюсовой (2 шт.), магнит подковообразный, магнитная стрелка, скрепки, медный провод, ластик, железные опилки.

Ход работы

1. Найдите северный полюс стрелки, установите полюса полюсового магнита и подковообразного.

Обозначьте северный и южный полюса магнитов.

1. Положите лист картона на полюсовой магнит и равномерно посыпьте его железными опилками.

Не двигая магнит и картонку, осторожно постучите по картонке, чтобы опилки могли перемещаться.

Обратите внимание, как выстроились опилки на листе. Сделайте рисунок в тетради.

3. Получите картину магнитного поля двух полюсовых магнитов, расположенных параллельно друг другу, и подковообразного магнита.

1. Что можно сказать о линиях магнитной индукции?

Определить какие материалы притягиваются к магниту, а какие нет. Дерево (карандаш) – Сталь (скрепка) – Алюминий (цилиндр) – Пластмасса (ручка) – Резина (ластик) – Медь (проволока) –

1. Касаясь скрепкой дугообразного магнита (см. рис.1), определите в каких областях магнита магнитное поле самое сильное, а в каких самое слабое. Рис.1 Рис.2 4.

2. Поднесите магнитную стрелку к северному и южному полюсам магнита. Постарайтесь, чтобы магнит не касался стрелки, чтобы не допустить ее перемагничивания.

3. Зарисуйте положение магнитной стрелки в этих точках. S N 1 3 5 4 2 3. Подвесьте к магниту цепочку из скрепок, не связанных между собой. Затем, взявшись за верхнюю скрепку осторожно уберите магнит (Рис.2). Что происходит с цепочкой? Ответ обоснуйте с точки зрения магнитных свойств вещества. B 5. Металлические опилки, помещенные в магнитное поле намагничиваются, превращаясь в маленькие магнитные стрелки.

Они располагаются вдоль линий магнитной индукции, позволяя наглядно увидеть их расположение. Внимательно посмотрите на узор образованный металлическими опилками в магнитном поле, создаваемом одним магнитом.

Нарисуйте силовые линии магнитного поля.

Изучение магнитного поля катушки с током включает рассмотрение взаимодействия магнитного поля и проводника с током, которое описывается законом Ампера. Этот закон был открыт в 1820 году благодаря экспериментам Ганса Христиана Эрстеда и теоретическим выводам Андре-Мари Ампера. 

Суть закона: сила, действующая на проводник с током в однородном магнитном поле, прямо пропорциональна длине проводника, индукции магнитного поля, силе тока и синусу угла между вектором магнитной индукции и проводником.

Формула закона Ампера: F = B × I ×𝐋 × sinα, где: 

• F — сила Ампера;

• B — модуль вектора индукции магнитного поля;

• I — сила тока в проводнике;

• 𝐋— длина активной части проводника (той, что находится в однородном магнитном поле);

• α — угол между вектором магнитной индукции и направлением электрического тока в проводнике.

Особенности:

• Сила Ампера направлена перпендикулярно как вектору индукции магнитного поля, так и направлению тока в проводнике. 

• Сила Ампера равна нулю, если проводник с током расположен вдоль линий магнитной индукции, и максимальна, если проводник перпендикулярен этим линиям

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: 

• Если расположить левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению движения тока в проводнике, а перпендикулярная составляющая индукции входила в ладонь, то отставленный большой палец покажет направление силы Ампера. 

Важно: силу Ампера порождает только перпендикулярная составляющая магнитного поля, поэтому руку надо располагать так, чтобы линии магнитного поля всегда входили в неё под углом, максимально близким к прямому.

Закон Ампера используется в различных устройствах и технологиях: 

• Электродвигатели — под действием силы Ампера происходит вращение ротора, поскольку на его обмотку влияет магнитное поле статора.

• Электроизмерительные приборы — если рамку с током на пружинах поместить в магнитное поле, то угол её поворота будет пропорционален току в рамке. Следовательно, пропустив исследуемый ток через эту рамку, можно оценить его величину.

• Динамические головки громкоговорителей — если взять катушку с током, поместить её в поле постоянного магнита, а потом пропустить через неё переменный ток, то катушка в соответствии с направлением тока будет испытывать влияние силы Ампера. Под действием переменного тока катушка придёт в колебательное движение с частотой подведённого переменного тока.

Контрольные вопросы.

1. Всегда ли электрический ток создает магнитное поле?

2. Как направлен вектор магнитной индукции?

3. Чем отличаются по своим свойствам электрическое и магнитное поля?

Фронтально повторяют следующие вопросы: каков механизм взаимодействия электрических токов?

Каковы важнейшие свойства магнитного поля?

Какое магнитное поле — постоянное или переменное — сложнее изучать?

Какова основная характеристика магнитного поля по аналогии с электрическим?

На основе какого действия поля она вводится?

II. Основная учебная проблема при рассмотрении нового материала: какие характеристики можно использовать для описания свойств магнитного поля?

1. Необходимо повторить и углубить представление о векторе магнитной индукции В.

2. Это векторная характеристика магнитного поля: она имеет направление и числовое значение. Что характеризует величину В?

3. Что называют линией магнитной индукции?

4. Для чего она вводится? Есть ли линии магнитной индукции в природе? Далее изучают магнитные поля по картинам линий магнитной индукции, отрабатывают правило буравчика. Приведём примеры з а д а н и й (рисунки выполнены на доске). 1. Известно направление линий магнитной индукции (рис. 3, 4). Укажите направление тока в проводнике.

1. Определите направление линий магнитного поля, используя правило буравчика (рис. 5).

2. По расположению магнитных стрелок определите направление тока в проводнике (рис. 6).

. Как установится магнитная стрелка, если по проводнику пропустить постоянный электрический ток (рис. 7)?

Определите полюсы источника питания, если магнитная стрелка около проводника ориентирована так, как показано на рисунке

Далее нужно определить вектор магнитной индукции В. Демонстрируется

действие магнитного поля подковообразного магнита на проводник с током (элемент тока). В

Вопросы для организации беседы: зависит ли отклонение проводника с током (сила, действующая на проводник) от силы тока?

Зависит ли отклонение проводника с током от длины проводника? Зависит ли индукция магнитного поля от силы тока, от длины проводника? (О т в е т. Нет, не зависит.)

B можно принять за характеристику магнитного поля, так как оно не зависит ни от силы тока, ни от длины проводника.

В чём смысл закона Ампера? Нам известен экспериментальный факт: магнитное поле действует на проводник с током.

В 1826 г. французский физик А. Ампер сформулировал закон, описывающий это действие магнитного поля. Закон представлен выражением F = B|I|l sin a. При этом направление силы определяется по правилу левой руки.

При объяснении материала важно сравнительно быстро ввести закон, а усвоение отрабатывать при решении задач.

У любой физической величины есть единица. Учитель даёт определение единицы индукции магнитного поля — теслы.

Для отработки знаний .

З а д а ч и. 1. Модуль магнитной индукции поля Земли равен 5 · 10–5 Тл. Какая сила действует на проводник длиной 100 м, если сила тока, идущего по нему, равна 10 А?

2. П., № 590—593. IV.

Вопросы для повторения:

как доказать, что магнитное поле материально?

Какие характеристики магнитного поля мы изучили?

Для чего необходимо понятие о линиях магнитной индукции? Можно ли по виду магнитных линий сравнивать магнитные поля?

Как формулируется правило буравчика?

Для чего оно необходимо? Что определяет правило левой руки?

Домашнее задание: § 1—2; упр. на с. 16 (ЕГЭ)