Электрическое и магнитное взаимодействия. Взаимодействие проводников с током. Магнитное поле тока. Индукция магнитного поля.

5

Разработка урока физики

в 10 классе учителя

Свердловской специализированной школы №11

Куликова А. Е.

Тема: Электрическое и магнитное взаимодействия. Взаимодействие проводников с током. Магнитное поле тока. Индукция магнитного поля.

Цель урока: сформировать представление учащихся о магнитном поле как виде материи. Ввести понятие силовой характеристики магнитного поля.

Тип урока: урок изучения нового материала. Комбинированный урок.

Демонстрации: 1. Взаимодействие полосовых магнитов.

2. Точка Кюри.

3. Самодельный компас.

4. Взаимодействие проводника с током и магнита.

5. Действие катушки с током на магнитную стрелку.

6. Вращение рамки с током в магнитном поле. (эл.двиг.)

Оборудование: телевизор, мультимедийная презентация, видеоролик, оборудование для проведения опытов.

План изложения нового материала:

1. Простейшие магнитные свойства вещества.

2. Взаимодействие проводников с током.

3. Магнитное поле. Магнитная индукция.

4. Свойства линий магнитного поля.

5. Действие магнитного поля на рамку с током.

Ход урока

1. Организационный момент. (слайд 1)

2. Актуализация опорных знаний

1. Что называют электрическим током?

2. Условия существования тока в проводнике.

3. Как условно направлен ток в проводнике?

4. Что называют электрическим полем?

5. Действия электрического тока.

1. Мотивация учебной деятельности.

Изучение данной темы является фундаментом для дальнейшего изучения электромагнитных явлений. На базе данной темы устроен электрический звонок, электродвигатель, генератор, трансформатор, осуществляется запись и хранение информации.

1. Формулирование учащимися темы и ожидаемых результатов урока (слайд 2, 3)

2. Изложение нового материала

1. Простейшие магнитные свойства вещества. Магнетизм известен,
по крайней мере, с V в. до н. э., но изучение магнитных явлений про­двигалось медленно. Впервые свойства магнита были описаны лишь в 1269 г. Первая крупная работа, посвященная исследованию магнит­ных явлений – книга В. Гильберта «О магните», вышедшая в 1600г. На основе опытных исследований Гильберт установил простейшие маг­нитные свойства материалов:

- магнитное притяжение и отталкивание присущи только некоторым веществам: железу, стали и некоторым сплавам;

- магнит имеет, по крайней мере, два полюса: северный и южный;

- одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные – притягиваются;

- свободно подвешенный магнит ориентируется относительно стран мира.

- при определенной температуре – точке Кюри, магнит теряет свои свойства.

2. Взаимодействие проводников с током. Важно обратить внимание учащихся на то, что связь между электрическими и магнитными явле­ниями отмечалась еще до знаменитых опытов Эрстеда в Ампера: было
замечено, что молния перемагничивает компасы на кораблях, намагни­чивает стальные предметы.

Прямое экспериментальное обнаружение связи между электрически­ми и магнитными явлениями произошло благодаря счастливой случай­ности: когда Эрстед читал лекцию о постоянных токах, он обратил внимание на то, что магнитная стрелка, находящаяся вблизи проводника повернулась при включении тока.

После того как были обнаружены взаимодействия магнитов с магнитами и электрических токов с магнитами, возник вопрос: будет ли иметь место магнитное взаимодействие между электрическими токами?

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

Целесообразно дать учащимся следующую схему магнитных взаимодействий:

Магнитные взаимодействия:

В. Гильберт магнит магнит

X. Эрстед эл. ток магнит

А. Ампер эл. ток эл. ток

(видеоролик)

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

3. Магнитное поле. Согласно теории близкодействия ток в одном из
проводников не может непосредственно действовать на ток в другом проводнике. Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, существует электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, существует поле, называемое магнитным.

Магнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.

Необходимо знать определяющие свойства магнитного поля:

• магнитное поле порождается магнитами и токами (движущимися за­
рядами);

• магнитное поле обнаруживается по действию на магниты и токи (движущиеся заряды).

Магнитная индукция – это силовая характеристика магнитного поля.

4. Свойства линий магнитного поля. Из опытов видно, что магнитная стрелка, которая может свободно вращаться вокруг своей оси, всегда устанавливается в данной области магнитного поля, ориентируясь определенным образом. Поэтому можно ввести понятие о направлении магнитного поля в данной точке. Для этого следует воспользоваться ориентирующим действием магнитного поля на магнитную стрелку.

Направление, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки, является направлением магнитного поля в данной точке.

Если представить, что в какой-нибудь точке магнитного поля нахо­дится маленькая магнитная стрелка, то под действием поля стрелка по­вернется и установится по направлению касательной к линии поля в этой точке, причем ее северный полюс укажет направление силовой линии.

Линиями магнитного поля (магнитной индукции) являются линии, проведенные так, что касательные к ним в каждой точке указывают направление поля в этой точке.

Следует обратить особое внимание учащихся на отличие линий магнитного поля от силовых линий электростатического поля: линии маг­нитного поля нигде не начинаются и не заканчиваются. Они либо зам­кнуты, либо начинаются и заканчиваются на бесконечности.

Поля с замкнутыми силовыми линиями называются вихревыми. Магнитное поле – вихревое поле.

Учащимся необходимо усвоить следующее правило (правило «обхва­та» правой рукой) для определения направления линий магнитного поля:

для прямолинейного провода с током: если правой рукой «обхва­тить» проводник так, чтобы большой палец был направлен по току, то четыре пальца покажут направление линий магнитно­го поля;

правило буравчика: если буравчик вкручивать по направлению тока в проводнике (от + к -), то рукоять укажет направление линий магнитно­го поля;

для катушки с током: если «обхватить» правой рукой катушку с током, расположив четыре пальца по направлению тока, то ото­гнутый большой палец укажет направление линий магнитного поля внутри катушки.

5. Действие магнитного поля на рамку с током. Изучение действия магнитного поля на рамку с током важно с двух точек зрения. Во-пер­вых, это действие имеет качественно иную природу – оно является ори­ентирующим. Этот факт позволит в дальнейшем понять характер пове­дения магнитов и частиц, обладающих магнитным моментом, во внеш­нем магнитном поле. Во-вторых, движение рамки с током в магнитном поле важно и с прикладной точки зрения, так как лежит в основе ра­боты электродвигателей.

Переходя к изучению этого вопроса, следует рассмотреть, какие силы действуют на противоположные стороны рамки с током в магнитном поле. По ним текут токи, направленные в противоположные стороны. Поэтому силы, действующие со стороны магнитного поля на противо­положные стороны рамки, будут противоположно направлены. Эти силы будут поворачивать рамку. Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие.

Определим величину момента сил, действующих на рамку с током (длина рамки l, ширина – b), когда направление перпендикуляра n к рамке составляет угол с направлением вектора магнитной индук­ции . Вращающий рамку момент сил

, где плечо сил , а силы и равны по модулю . Отсюда .

Необходимо подчеркнуть, что отношение максимального момента к произведению силы тока в рамке на ее площадь S (S = lb) есть величина, не зависящая от размеров рамки и силы тока в ней, и поэто­му может служить количественной характеристикой самого магнитно­го поля в данной точке:

С учетом и S = lb , можно записать: .

Магнитное поле полностью характеризуется вектором магнитной индукции . Таким образом, в каждой точке магнитного поля могут быть определены направление вектора магнитной индукции и его мо­дуль с помощью измерения силы, действующей на участок проводника с током.

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила 1Н:

Единица магнитной индукции получила название тесла (Тл) в честь югославского ученого-электрика Н. Тесла.

VI. Закрепление материала

1. Какие взаимодействия называют магнитными?

2. В чем проявляется магнитное действие электрического тока?

3. Что представляют собой силовые линии электростатического поля?

4. Что понимают под напряженностью электростатического поля Е?

5. Что такое момент силы?

6. Какое магнитное поле называют однородным?

7.

8.

VII. Рефлексия

Достигнуты ли ожидаемые результаты?

VIII. Оценивание работы учащихся.

IХ. Домашнее задание (слайд 4)

Основное:

1. §23 – 24 выучить.

2. Сделать доклад на тему: «Биография Н. Теслы»

«Магнитные аномалии»

«Электромагниты»

«Северное сияние»

«Влияние магнитного поля на живые организмы»