Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Направление тока и направление линий его магнитного поля

Урок 36 Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Направление тока и направление линий его магнитного поля

Цели:

• Образовательные: установить связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике. Ввести понятие неоднородного и однородного магнитных полей. На практике получить картину силовых линий магнитного поля постоянного магнита, соленоида, проводника по которому течет электрический ток. Систематизировать знания по основным вопросам темы “Электромагнитное поле”, продолжить учить решать качественные и экспериментальные задачи.

• Развивающие: активизировать познавательную деятельность обучающихся на уроках физики. Развивать познавательную активность учащихся.

• Воспитательные: содействовать формированию идеи познаваемости мира. Воспитывать трудолюбие, взаимопонимание между учениками и учителем.

Задачи:

• Образовательная: углубление и расширение знаний о магнитном поле, обосновать связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике.

• Воспитательная: показать причинно – следственные связи при изучении магнитного поля прямого тока и магнитных линий, что беспричинных явлений не существует, что опыт- критерий истинности знаний.

• Развивающая: продолжить работу над формированием умений анализировать и обобщать знания о магнитном поле и его характеристиках. Вовлечение учащихся в активную практическую деятельность при выполнении экспериментов.

Оборудование. Интерактивная доска, прибор для демонстрации расположения железных опилок вокруг прямого проводника с током, прибор для демонстрации расположения железных опилок вокруг соленоида, источник тока, катушка на 220 Вт, полосовые магниты, подковообразные магниты, магнитные стрелки, медный провод, железные опилки, магнитики, компас.

Тип урока: урок изучения нового материала.

План:

1) Организационный момент. Работа над ошибками

2) Изучение нового материала.

3) Закрепление изученного. Итог урока.

Ход урока:

1)Организационный момент. Работа над ошибками.

В начале урока, мы проводим работу над ошибками. Рассматриваем задачи из контрольных, в которых были допущены ошибки. Некоторые учащие вызываются к доске.

2) Изучение нового материала.

Что мно­гим из нас при­хо­дит в го­ло­ву, когда мы слы­шим слово «маг­нит»? Ско­рее всего, это маг­нит­ная стрел­ка ком­па­са. Вспом­нив уроки гео­гра­фии и при­ро­до­ве­де­ния, по­ду­ма­ем, как же устро­ен ком­пас. Ос­нов­ной его де­та­лью яв­ля­ет­ся так на­зы­ва­е­мая маг­нит­ная стрел­ка, обыч­но она двух­цвет­ная: синим по­крыт её се­вер­ный полюс, а крас­ным южный.Стрел­ка ори­ен­ти­ру­ет­ся в про­стран­стве таким об­ра­зом, что своей синей ча­стью по­ка­зы­ва­ет на се­вер­ный полюс Земли, крас­ной же своей ча­стью – на южный полюс. Имен­но из-за та­ко­го свой­ства маг­нит­ной стрел­ки и пошли на­зва­ния по­лю­сов маг­ни­та. Се­вер­ный полюс маг­ни­та при­ня­то обо­зна­чать боль­шой бук­вой N от гол­ланд­ско­го слова «норд», ко­то­рое в пе­ре­во­де обо­зна­ча­ет «север», южный полюс маг­ни­та при­ня­то обо­зна­чать бук­вой S, от немец­ко­го слова «сью­ден», ко­то­рое в пе­ре­во­де обо­зна­ча­ет «юг». Те­перь да­вай­те об­ра­тим вни­ма­ние на ос­нов­ное свой­ство маг­нит­ной стрел­ки – при­тя­ги­вать­ся к опре­де­лен­ным участ­кам нашей пла­не­ты. Таким об­ра­зом, воз­ни­ка­ет сила, ко­то­рая ори­ен­ти­ру­ет стрел­ку в про­стран­стве. Эту силу при­ня­то на­зы­вать маг­нит­ной.

Да­вай­те вспом­ним дру­гие при­ме­ры маг­нит­но­го вза­и­мо­дей­ствия:

1. прак­ти­че­ски еже­днев­но мы стал­ки­ва­ем­ся с таким устрой­ством, как элек­тро­маг­нит­ный замок, они уста­нов­ле­ны на мно­же­стве две­рей с до­мо­фо­на­ми, в них мас­сив­ная пла­сти­на при­тя­ги­ва­ет­ся к мощ­но­му маг­ни­ту, уста­нов­лен­но­му на двер­ной раме.Пока вы не ис­поль­зу­е­те маг­нит­ный ключ – дверь не от­кро­ет­ся.

2. Еще одно устрой­ство, ко­то­рое любят де­мон­стри­ро­вать в за­ру­беж­ных филь­мах и на­уч­но-по­пу­ляр­ных пе­ре­да­чах: это огром­ный элек­тро­маг­нит, уста­нов­лен­ный на ма­ни­пу­ля­то­ре, ко­то­рый при­тя­ги­ва­ет к себе и пе­ре­но­сит ста­рые раз­би­тые ав­то­мо­би­ли на свал­ке му­со­ра.В дан­ном слу­чае речь идет также о маг­нит­ной силе, при­чем на­столь­ко зна­чи­тель­ной, что она сво­бод­но пре­одо­ле­ва­ет силу тя­же­сти в де­сят­ки тысяч нью­тон. Все опи­сан­ные устрой­ства объ­еди­ня­ет то, что они ра­бо­та­ют на так на­зы­ва­е­мом маг­нит­ном вза­и­мо­дей­ствии (или, как это при­ня­то на­зы­вать, элек­тро­маг­нит­ном вза­и­мо­дей­ствии). В слу­чае с маг­нит­ной стрел­кой мы имеем дело с по­сто­ян­ным маг­ни­том, в двух дру­гих слу­ча­ях речь идет об элек­тро­маг­ни­тах. Да­вай­те дадим опре­де­ле­ние по­сто­ян­но­му маг­ни­ту: По­сто­ян­ный маг­нит – это тело, об­ла­да­ю­щее соб­ствен­ным маг­нит­ным полем.

Поскольку электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.

Согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля). Напомним, что магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле. Магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку

Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику (рис.3).

За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку 

В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг к другу, т. е. гуще, чем в тех местах, где поле слабее (рис.4).

Таким образом, по картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля (т. е. о том, в каких точках пространства поле действует на магнитную стрелку с большей силой, а в каких – с меньшей).

 Неоднородное и однородное магнитное поле.  

Рассмотрим картину линий магнитного поля постоянного полосового магнита, изображенную справа.

Из курса физики 8 класса мы знаем, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность.

Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на нее поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.
Таким образом, сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называется неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

Еще одним примером неоднородного магнитного поля может служить поле вокруг прямолинейного проводника с током (рис.3, рис.6). На рисунке 6 изображен участок такого проводника, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Точка означает, что ток направлен из-за чертежа к нам, как будто мы видим острие стрелы, указывающей направление тока (ток, направленный от нас за чертеж, обозначают крестиком, как будто мы видим хвостовое оперение стрелы, направленной по току). 

Из этого рисунка видно, что магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.

В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Рассмотрим магнитное поле, возникающее внутри так называемого соленоида (слева), т. е. проволочной цилиндрической катушки с током. Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра (вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита). Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части (справа).

Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками , а если из-за чертежа к нам – то точками. Как и в случае с током, каждый крестик – это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка – острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).

 На рис показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, перпендикулярно к плоскости чертежа. 

       Из рис видно, что изменение направления тока приводит к повороту всех магнитных стрелок на 180⁰. Причем в обоих случаях оси стрелок располагаются по касательным к магнитным линиям.

            Из этого опыт следует, что направление линий магнитного поля тока зависит от направления тока в проводнике.

            Эта связь может быть выражена простым правилом, которое называют правилом буравчика(или правилом правого винта):

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока 

С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого этим током (рис.3, а), а по направлению линий магнитного поля – направление тока, создающего это поле

Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться другим правилом, которое иногда называют правилом правой руки:если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Вы знаете, что магнитное поле соленоида подобно полю постоянного полосового магнита (сравните рис.4(а) и рис.4(б)). Соленоид, как и магнит, имеет полюсы: тот конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, называется северным полюсом, а тот, в который входят, - южным.

Зная направление тока в соленоиде, по правилу правой руки можно определить направление магнитных линий внутри него, а значит, и его магнитные полюсы (рис.4(а)). И наоборот, зная направление магнитных линий внутри соленоида или расположение его полюсов, можно определить направление тока в витках соленоида.

 Правило правой руки можно применять и для определения направления линий магнитного поля в центре одиночного витка с током.

3) Закрепление изученного. Итог урока.

До­маш­нее за­да­ние§ 42-44, Упр. 33, 34, 35;

1. Какие утверждения являются верными?

А) В природе существуют электрические заряды.
Б) В природе существуют магнитные заряды.
В) В природе не существует электрических зарядов.
Г) В природе не существует магнитных зарядов.

а) А и Б, б) А и В, в) А и Г, г) Б, В и Г.

1. Чем порождается магнитное поле?

2. Чем создается магнитное поле постоянного магнита?

3. Что такое магнитные линии?

4. О чем можно судить по картине линий магнитного поля?

5. Какое магнитное поле – однородное или неоднородное – образуется вокруг полосового магнита? вокруг прямолинейного проводника с током? внутри соленоида, длина которого значительно больше его

6. В чем заключается правило буравчика?

7. В чем заключается правило правой руки?