Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии.

Урок № Тема: Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии.

Цель урока:

Сформировать у учащихся научные представления о магнитном поле и установить связь между электрическим током и магнитным полем.

Демонстрации:

1. Действие магнитного поля прямого проводника с током на магнит­ную стрелку.

2. Магнитные спектры прямого и кругового проводников с током.

Ход урока

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Простейшие свойства магнитных материалов.

2. Связь электрических и магнитных явлений.

3. Магнитное поле. Определяющие свойства магнитного поля.

4. Направление и линии магнитного поля.

1. Простейшие свойства магнитных материалов

Магнетизм, как явление, известен, по крайней мере, с пятого века до нашей эры, но изучение его сущности продвигалось очень медленно. Еще древние греки знали, что существует особый минерал камень из Магнесии (область в древнегреческой Фессалии), способный притягивать не­большие железные предметы.

Однако впервые свойства магнита были описаны лишь в 1269 году. А первой крупной работой, посвященной исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта «О магните», вышедшая в 1600 году.

На основании опытных исследований Гильберт установил простейшие свойства магнитных материалов:

а) магнитное притяжение и отталкивание присущи только некоторым телам: железной руде, железу, стали и некоторым сплавам;

б) магнит имеет по крайней мере два полюса: северный и южный;

в) одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные - притягиваются;

г) свободно подвешенный магнит ориентируется определенным образом относительно стран света.

1. Связь электрических и магнитных явлений

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что магнитные взаимодействия рассматривались первоначально как совершенно не связанные, с электрическими. Хотя еще в далекие времена было замечено, что молния перемагничивает компасы на кораблях, намагничивает стальные предметы

О пыт Эрстеда

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, находившаяся вблизи проводника, повернулась при включении тока.

В 1820 г. Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током.

После того, как были обнаружены взаимодействия магнита с магнитом и электрического тока с магнитом, возник вопрос: будет ли иметь место магнитное взаимодействие между электрическими токами?

Положительный ответ на этот вопрос был получен Ампером, который экспериментально обнаружил, что параллельные проводники с токами взаимодействуют друг с другом.

В 1820 г. Ампер предположил, что магнитные свойства постоянных магнитов, обусловленные множеством круговых токов, циркулирующих внутри молекул этих тел.

1. Магнитное поле.

На основании опытов необходимо подвести уча­щихся к следующему выводу:

Вывод: в пространстве вокруг проводники с током возникают силы, действующие на движущиеся заряды и на магнитную стрелку.

Эти силы получили название магнитных. Таким образом, магнитным полем мы будем называть то состояние пространства, которое дает себя знать действием магнитных сил.

Определяющие свойства магнитного поля таковы:

• магнитное поле порождается магнитами и движущимися зарядами, в частности электрическим током;

• магнитное поле обнаруживается по действию на магниты и движущиеся заряды;

• магнитное поле материально, т.к. оно действует на тела, и следовательно обладает энергией;

• магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Из опытов видно, что магнитная стрелка, которая может свободно вра­щаться вокруг своей оси, всегда устанавливается, ориентируясь определенным образом, в данной области магнитного поля. Исходя из этого, вводится поня­тие о направлении магнитного поля в данной точке. Необходимо запомнить, что направление, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки, является направлением магнитного поля в данной точке.

Используя железные опилки, следует показать учащимся спектр маг­нитного поля прямого тока и ввести понятие о линиях магнитного поля.

Опр. Линиями магнитного поля являются линии, проведенные так, что касательные к ним в каждой точке указывают направление поля в этой точке.

После введения понятия линий магнитного поля надо показать графиче­ское изображение магнитных полей и ввести правило для определения на­правления линий магнитного поля.

• Для графического изображения магнитного поля используют магнитные силовые линии. Магнитные силовые линии всегда являются замкнутыми;

• Первое правило «обхвата» правой рукой: если правой рукой мысленно «обхватить» проводник так, чтобы большой палец был направлен по току, то четыре пальца покажут на­правление линий магнитного поля.

Правило буравчика:

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

Вывод: силовые линии магнитного поля прямолинейного тока представляют собой окружности, охватывающие этот ток (рис. 91)

При этом следует обратить особое внимание учащихся на отличие ли­ний магнитного поля от силовых линий электрического поля: линии маг­нитного поля либо замкнуты, либо начинаются и заканчиваются на беско­нечности.

Разумеется, необходимо объяснить, что линии магнитного поля реально не существуют, они всего лишь удобный способ его описания.

Обсуждение картины магнитных линий прямого тока в случае, если:

• Ток течет от нас за плоскость рисунка (рис. 92 а);

• Ток течет на нас из - за плоскости рисунка (рис. 92 б)

Закрепление изученного материала

1. Какая связь существует между электрическим током и магнит­ным полем?

2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока? Почему?

3. Как на опыте показать, что направление магнитных линий связа­но с направлением тока?

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

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

Домашнее задание: §56, 57 учебника; вопросы к параграфам; № 1459, 1462, 1463, 1464.