План урока 11 класс "Магнитное поле тока"

УРОК 1/28

Тема. Магнитное поле тока

Цель урока: сформировать представление учащихся о магнитном поле как виде материи.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Магнитное поле

В начале XIX века после открытий Эрстеда, Ампера, Фарадея и Максвелла стало ясно, что взаимодействие между магнитами и проводниками с током имеет одинаковую физическую природу. Это взаимодействие, так же как и электрическая, происходит через поле. Соответствующее поле назвали магнитным.

Ø Магнитное поле - составляющая электромагнитного поля, что проявляет себя через действие на движущиеся заряженные частицы (или тела) и создана намагниченными телами, переменным электрическим полем и заряженными подвижными частицами (телами).

2. Силовая характеристика магнитного поля

Из опытов Ампера и определение магнитного поля следует, что магнитное поле оказывает определенное силовое воздействие. Если прямой проводник, изготовленный из немагнитного материала, подвесить на проводах между полюсами постоянного магнита и пропустить ток, то проводник отклонится от первоначального положения. Причиной такого отклонения является сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля - сила Ампера.

Увеличивая или уменьшая силу тока I в проводнике или длину l активной части проводника, можно убедиться, что сила Ампера прямо пропорциональна и силе тока и длине проводника:

Fa ~ Il.

Изменяя угол между проводником и линиями магнитного поля, можно доказать, что сила Ампера будет максимальной (FAmax), если проводник расположен перпендикулярно к линиям магнитного поля.

Поскольку FAmax ~ Il, то для данного участка магнитного поля отношение FAmax/Il зависит только от свойств самого поля. Поэтому это отношение выбрали за силовую характеристику магнитного поля - магнитную индукцию.

Магнитная индукция - это физическая величина, характеризующая силовое действие магнитного поля и численно равна отношению максимальной силы, с которой магнитное поле действует на расположенный в этом поле проводник с током, к произведению силы тока на длину активной части проводника:

Единица магнитной индукции в СИ - тесла (Тл).

1 Тл - это индукция такого однородного магнитного поля, действует с максимальной силой 1 Н на проводник длиной 1 м, через который течет ток 1 А.

3. Направление вектора магнитной индукции

За направление вектора магнитной индукции в определенной точке поля выбрано направление, на которое указывает северный конец магнитной стрелки, установленной в этой точке.

Направление вектора магнитной индукции магнитного поля проводника с током определяют с помощью правила буравчика или правило правой руки.

Правило буравчика:

Ø если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление вектора индукции магнитного поля тока.

Правило правой руки:

Ø если направить отогнутый большой палец правой руки по направлению тока в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление вектора индукции магнитного поля тока.

4. Графическое изображение магнитного поля

Магнитное поле удобно исследовать с помощью маленьких магнитов (магнитных стрелок) или опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и становятся маленькими магнитами. Эти «маленькие магнитики» выстраиваются вдоль определенных линий, образуя наглядное изображение магнитного поля. Эти линии называют линиями магнитного поля (или линиями магнитной индукции).

Ø Линии магнитной индукции - условные линии, в каждой точке которых касательная совпадает с линией, вдоль которой обращен вектор магнитной индукции.

Опыты показывают, что силовые линии магнитного поля всегда замкнуты. В отличие от силовых линий электрического поля, они нигде не начинаются и не заканчиваются. Поле с такими линиями называют вихревым. Следовательно, магнитное поле является вихревым.

Линии магнитного поля реально не существуют, они всего лишь удобный способ его описания. Силовым линиям магнитного поля приписывают определенное направление.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. С помощью чего осуществляется магнитное взаимодействие?

2. Опишите опыты, с помощью которых можно обнаружить магнитное поле.

3. Магнитное поле действует на стрелку компаса. А создает стрелка компаса магнитное поле вокруг себя?

Второй уровень

1. Как опытным путем показать, что направление силовых линий магнитного поля связано с направлением тока?

2. Электрический ток в проводе линии электропередачи направленный с юга на север. Какое направление укажет северный полюс магнитной стрелки, размещенной:

а) чуть выше провода;

б) чуть ниже провода?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Или отклонится магнитная стрелка, если ее разместить вблизи пучка движущихся частиц:

а) электронов;

б) атомов;

в) положительных ионов?

2. Как определить, какой торец катушки с током является ее северным полюсом?

2). Учимся решать задачи

1. Укажите направление вектора магнитной индукции в каждой точке, обозначенной буквой.

2. Определите полюса источников тока.

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Магнитное поле - составляющая электромагнитного поля, проявляет себя действием на движущиеся заряженные частицы (или тела) и создана намагниченными телами, переменным электрическим полем и заряженными подвижными частицами (телами).

• Магнитная индукция - это физическая величина, характеризующая силовое действие магнитного поля и численно равна отношению максимальной силы, с которой магнитное поле действует на расположенный в этом поле проводник с током, к произведению силы тока на длину активной части проводника:

• Правило буравчика: если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление вектора индукции магнитного поля тока.

• Правило правой руки: если направить отогнутый большой палец правой руки по направлению тока в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление вектора индукции магнитного поля тока.

• Линии магнитной индукции - условные линии, в каждой точке которых касательная совпадает с линией, вдоль которого обращен вектор магнитной индукции.

Домашнее задание

1. Подр-1: § 18; подр-2: § 10 (п. 1).

2. Сб.: № 7.4; 7.7; 7.8; 7.9.

Тема. Взаимодействия магнитов и токов

Цель урока: ознакомить учащихся с простейшими магнитными взаимодействиями.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Взаимодействие магнитов

У любого магнита есть два полюса (полюсами магнита называют те его части, вблизи которых наиболее сильно проявляется действие магнита). Опыт показывает, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные - притягиваются.

Оказалось, что взаимодействие полюсов магнита очень похожа на взаимодействие электрических зарядов. Более того, оказалось, что так же, как и для электрических зарядов, сила взаимодействия полюсов убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Однако получить «одиночные» магнитные полюса (только северный и только южный), подобные положительных и отрицательных электрических зарядов, оказалось невозможным: если распилить магнит, выходят два меньших магнита, у каждого из которых есть снова два полюса - северный и южный. Уже в XX веке было установлено, что даже элементарные частицы, такие как протон и электрон, являются крошечными магнитами, которые имеют по два полюса.

2. Взаимодействие магнитов и проводников с токами

Прямое экспериментальное обнаружение связи между электрическими и магнитными явлениями произошло благодаря счастливой случайности. в 1820 году датский физик X. Эрстед, читая лекцию о постоянные токи, обратил внимание на то, что магнитная стрелка, находящаяся вблизи проводника, вернулась во время включения тока. Так было открыто орієнтувальну действие проводника с током на постоянный магнит.

После того как были обнаружены взаимодействия магнитов с магнитами и электрическими токами с магнитами, встал вопрос: будет ли происходить магнитное взаимодействие между электрическими токами?

Положительный ответ на этот вопрос был получен Ампером. Он экспериментально установил, что параллельные проводники с токами взаимодействуют.

Оказалось, что параллельные проводники с токами взаимодействуют друг с другом:

Ø если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются, а если в противоположных направлениях - то отталкиваются. Взаимодействие проводников с токами используют для определения единицы силы тока, названной в честь Ампера ампером, г Один ампер - это сила такого постоянного тока, который при прохождении через две параллельные бесконечно длинные прямолинейные проводники очень малого сечения, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины.

Изучив взаимодействие катушек с токами, Ампер обнаружил, что оно напоминает взаимодействие постоянных магнитов: торцы катушек притягиваются или отталкиваются в зависимости от того, как направлены токи в катушках.

3 постоянными магнитами катушки с токами тоже как взаимодействуют магниты: торец катушки притягивается к полюсу магнита или отталкивается от него. Таким образом,

Ø один торец катушки с током является ее северным полюсом, а другой - южным.

Таким образом, катушка с током по своим магнитным действием подобна магниту.

Можно дать ученикам такую схему магнитных взаимодействий:

Взаимодействия между проводниками с током называются магнитными. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называются магнитными.

3. Гипотеза Ампера

То, что катушки с током и магниты взаимодействуют в подобный способ, навело Ампера на мысль, что магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены незатухаючими микроскопическими токами (Ампер называл их молекулярными), циркулирующих в них. Согласно этой гипотезе частицы вещества представляют собой как бы малюсенькие витка с токами. Это предположение назвали гипотезой Ампера.

Если микроскопические токи ориентированы хаотически, вроде не проявляет магнитных свойств. А если микроскопические токи ориентированы одинаково, то «соседние» микроскопические токи будут направлены противоположно и поэтому будут компенсировать друг друга.

А вот вблизи поверхности образца микроскопические токи текут в одном направлении, образуя будто ток, обтекающий поверхность образца. Вследствие этого образец становится подобным катушки с током и поэтому проявляет такие же магнитные свойства, как катушка с током.

Гипотеза Ампера объясняет, почему нельзя разъединить полюса магнита, получив «одиночные» полюса: ведь каждая половина магнита снова подобная катушки с током.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Какие основные свойства постоянных магнитов?

2. Как взаимодействуют полюса магнитов?

3. Какие явления наблюдаются в круге, в которой существует электрический ток?

4. Существует ли связь между электрическими и магнитными явлениями?

Второй уровень

1. Как лучше располагать проводник с током, демонстрируя опыт Эрстеда, - вдоль меридиана или вдоль параллели?

2. Как взаимодействуют соседние витки катушки с током - притягиваются или отталкиваются?

3. Можно ли изготовить полосовой магнит так, чтобы на его концах были одноименные полюса?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой - только южный?

2. Опишите несколько способов, с помощью которых можно определить, намагниченный кусок стальной проволоки.

3. Турист нашел в лесу стальное полотно ножовки. Как он может определить, намагниченное это полотно, если у него нет с собой предметов из магнитных материалов?

2). Учимся решать задачи

1. Северный полюс магнита подносят к положительно заряженной теннисной шарики, что висит на нитке. Что будет наблюдаться - притяжения или отталкивания?

Как изменится ответ, если шарик заряжена отрицательно? Решение

В обоих случаях будет наблюдаться притяжение, обусловленное разделением заряженных частиц в нейтральном теле (магните) под действием электрического поля. Замена положительного заряда шарика на негативный и (или) северного магнитного полюса на южный никак не повлияет на результат: магнитное поле вообще не действует на неподвижные заряженные частицы или тела.

2. Или отклонится магнитная стрелка, если ее разместить вблизи движущегося пучка частиц:

а) электронов;

б) атомов;

в) положительных ионов?

3. Каким образом можно узнать, есть ли ток в проводе, не пользуясь амперметром?

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

· Части магнита, вблизи которых наиболее сильно проявляется действие магнита, называют полюсами магнита.

· Северным полюсом магнитной стрелки называют тот, который указывает на север.

· Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Поэтому с помощью магнитной стрелки можно определять, какой полюс магнита северный, а какой - южный.

· Проводник с током действует на расположенный вблизи его постоянный магнит.

· Параллельные проводники с токами взаимодействуют друг с другом: если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются, а если в противоположных направлениях - то отталкиваются.

· Катушки с токами взаимодействуют так же, как постоянные магниты.

· Гипотеза Ампера: магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены незатухаючими «молекулярными» токами, циркулирующими в них.

Домашнее задание

Подр.: § 13.