Урок по физике "Магнитное поле"

Магнитное поле. Линии магнитного поля.

Тип урока: урок – исследование.

Цели урока:

Обучающие -1. Познакомить с целями и задачами нового раздела физики « Электродинамики» и с

               одним ее разделов «Электромагнитные колебания».

2.            Познакомить со свойствами постоянных магнитов, показать проявление этих свойств в быту и технике.

3.            Дать преставление о свойствах магнитного поля постоянных магнитов и особенностях магнитного поля Земли.

4.              На основе экспериментальных данных показать, что вокруг всякого тока существует магнитное поле. Познакомить с его свойствами.

5.             Научить изображать магнитное поле графически с помощью линий магнитной индукции.

6.             Сформировать представление об однородном и неоднородном полях.

Развивающие – развивать смекалку, творческие способности, интерес к получаемым знаниям по предмету, любознательность.

Воспитывающая – аккуратность, четкость, и организованность, воспитывать коллективизм, уважение друг к другу.

Оборудование:

Компьютер, экран, мультимедийный проектор,  магниты полосовые и дугообразные (по кол-ву детей в классе), железные опилки, магнитная стрелка, источник тока, соленоид, соединительные провода.

Ход урока:

1.       Историческая справка.

Учитель:  Мы начинаем изучение нового раздела физики «Электродинамика».

  Электродинамика – раздел физики, изучающий свойства и закономерности поведения особого вида материи – электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами или частицами. Среди четырех типов взаимодействия, открытых наукой. – гравитационных, электромагнитных, ядерных(сильных) и слабых (превращения элементарных частиц – именно электромагнитные взаимодействия занимают первое место по широте и разнообра-зию проявлений(силы упругости, трения, сил мышц и свет – одна из форм электромагнитного поля)

   Но сегодня на уроке мы познакомимся с одним из необычных и в тоже время нам всем хорошо знакомым понятием – магнитное поле.

 Магнитное поле – материи вид, Хансом Эрстэдом и Ампером открыт.

Электрическим током родится и нам в дело сгодится.

Опыт Эрстеда.

                 Учитель:  Магнитное поле создается не только постоянными магнитами, но и проводниками с током. Убедится в этом нам поможет опыт, проведенный датским физиком Эрстедом.

Сообщение ученика:  ЭРСТЕД Ганс Христиан (1777 - 1851) - датский физик, непременный секретарь Датского королевского общества (с 1815).  Окончил Копенгагенский университет (1797). С 1806 года - профессор этого университета, с 1829 года одновременно директор Копенгагенской политехнической школы.

Работы Эрстеда посвящены электричеству, акустике, молекулярной физике. В 1820 году он обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку.  Это привело к возникновению новой области физики - электромагнетизма. Идея взаимосвязи между различными явлениями природы характерна для научного творчества Эрстеда. Эрстед был блестящим лектором и популяризатором, организовал в 1824 году Общество по распространению естествознания, создал первую в Дании физическую лабораторию, способствовал улучшению преподавания физики в учебных заведениях страны.

Эрстед почетный член многих академий наук, в частности, Петербургской АН (1830).

Учитель демонстрирует опыт:  

Отклонение магнитной стрелки при прохождении тока через проводник.

Учитель: Этот опыт позволил другому физику, французу Амперу, сформулировать гипотезу о природе возникновения магнитного поля.

2.       Гипотеза Ампера. Природа возникновения и  свойства магнитного поля.

 Сообщение ученика:   Андре Мари Ампер(1775-1836) –французский физик и  математик, родился в г. Лионе. Под руководством отца он получил домашнее образование. Амперу было 14 лет, когда он прочитал 20 томов «Энциклопедии». Трудовая деятельность Ампер начал в качестве домашнего учителя математики,  физики  и химии. В 1801 г. он был принят на должность учителя физики и химии в Центральную  школу  в  Бурк-ан-Брес.  В  1805  г.  Ампер  занимает  место  преподавателя математики в Политехнической школе в Париже. В 1814 г. Ампера избирают членом Парижской академии наук. В 1824 г. занимает должность профессора физики Нормальной школы в Париже.

Ампер открыл механическое взаимодействие токов и на основании гипотезы о существовании молекулярных токов построил первую теорию магнетизма.

В 1826 г. Ампер подготовил и издал свой основной труд – «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта».

В честь Ампера названа  единица силы тока – ампер.

Учитель:   В 1820 г. Ампер предположил, что магнитные свойства постоянных маг­нитов обусловлены множеством круговых токов, циркулирующих внутри мо­лекул этих тел в результате движения электронов. В подтверждении своей теории Ампер провел ряд опытов, один из которых, «Взаимодействие параллельных токов», мы сейчас посмотрим.

Видеоматериал «Взаимодействие параллельных токов» - 1,5 минуты - экран.

Учитель:  Ампер  сформулировал основные свойства магнитного поля:

♦              Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

♦                   В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживает­ся по его действию на движущиеся заряды (движущиеся заря­женные тела).

♦                   Магнитное поле, как и электрическое поле, материально, т.к. оно действует на тела, и следовательно, обладает энергией.

♦                   Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Силовой характеристикой магнитного поля является векторная физическая величина – магнитная индукция В. Направление в котором устанавливается северный полюс магнитной стрелки, совпадает с направлением  индукции магнитного поля в этой точке.

1.            Спектры магнитного поля постоянных магнитов.

Магнитное поле можно увидеть, насыпав вокруг магнита мелкие железные опилки. Линии, которые образуют железные опилки или магнитные стрелки вокруг магнита, называются СИЛОВЫМИ ЛИНИЯМИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (Слайды – 8-11 спектры  и линии магнитного поля полосового  магнита)                                                                                      Договорились считать, что силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный.

Магнитное поле постоянного магнита:

а)  железные опилки в поле постоянного магнита; б) магнитные стрелки в поле постоянного магнита

Задание классу- получить спектры магнитных полей полосового и дугообразного магнитов.

Демонстрация -  Магнитные спектры полей – пространственные -  полосового и дугообразного магнитов.(используя модель )

Гипотеза Ампера – объяснение магнитных свойств- существование электрических токов, циркулирующих внутри каждой молекулы вещества – т.е движение электронов вокруг атома представляют собой круговой ток.

2.            Существование магнитного поля вокруг проводника с током. Свойства магнитного поля.

Опыт Эрстеда- демонстрация . – движение – поворот – магнитной стрелки при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее.

Это явление Эрстед – датский ученый -  наблюдал в 1820 году. В том же году французский физик Анри Ампер установил, что 2 проводника, расположенных II-но друг другу, испытывают взаимное притяжение или отталкивание при пропускании через них электрического тока  в определенном направлении(слайд- 12- взаимодействие проводников с током)

Вывод: вокруг проводника с током существует магнитное поле.

5. Магнитное поле прямого тока (видеоматериал – 2 минуты – компьютер).

Учитель: Вы выяснили, как располагается магнитное поле рядом с постоянным магнитом, а теперь посмотрим как оно проявляет себя вокруг проводника с током (видео).

1.       Правило буравчика (презентация + учебник).

Учитель: Как мы только что убедились, магнитные стрелки устанавливаются вокруг проводника в зависимости от направления тока в нем. Эту зависимость  можно описать простым правилом – «правилом буравчика». Откройте страницу 147 учебника и прочитайте определение. Обратите внимание на обозначения силы тока в проводнике и линий магнитного поля.

7.       Магнитное поле соленоида.

Учитель (рассказывает и показывает опыт, подтверждающий, что соленоид с током – это магнит):  Магнитное поле обнаруживается не только вокруг проводника с током. Если проводник свернуть в кольцо в нём также порождается магнитное поле. Возьмём  катушку с множеством витков и подключим её к источнику тока. В катушке возникнет магнитное поле, которое можно наблюдать, поднося магнитную стрелку к концу соленоида. Для определения направления силовых линий в катушке используют «правило буравчика» в несколько измененной форме. (страница  148 учебника – прочитать).

8.    Практическое применение магнитного поля тока (презентация).

Учитель:  Магнитное действие тока широко применяют в промышленности (вилеоматериал)

Грузоподъемные магниты – наиболее мощные из широко применяемых в промышленности. Как правило, они представляют собой катушку, охватывающую железный сердечник большого сечения. Хотя электромагнит подключается к сети переменного тока, он снабжен мощным выпрямителем, так что через катушку может течь постоянный ток, достигающий 50 ампер. Это позволяет электромагниту весом 1–2 тонны поднимать груз весом 10–15 тонн, если он допускает максимальную площадь контакта с сердечником. Электромагнит удобен также для перемещения металлического лома и уборки стружки. Кроме того, иногда грузоподъемные электромагниты могут применяться для отделения железной фракции из сыпучего вещества, например, угля или руды перед переработкой или транспортировкой.

9. Закрепление материала.

Вопросы:

1.       Как можно объяснить отклонение магнитной стрелки около проводника с током?

2.       Какое магнитное поле – однородное или неоднородное -  образуется вокруг магнита, проводника с током, внутри соленоида?

3.       Перечислите основные свойства магнитного поля.

4.       Какое правило используют для определения направления линий магнитного поля?

5.       Применение электромагнитов.

6.