Цель урока: познакомить учащихся со свойствами магнитного поля постоянных магнитов и особенностями магнитного поля Земли.
Задачи урока: познакомить учащихся со свойствами постоянных магнитов; показать проявление их свойств в быту и технике; формировать навыки исследовательской работы; воспитывать аккуратность, чёткость и организованность, ответственность за порученное дело.
Оборудование: магниты разных видов - полосовые, дугообразные, кольцевые; штатив; металлические шарики от подшипников диаметром 10-15 мм; магнитные стрелки; железные опилки или порошок железа; компас; спектры магнитных силовых линий; слайды; кодоскоп.
Ход урока.
1.Устный опрос (3 мин.).
Назовите формы существования материи.
Что называется веществом?
Что такое поле?
Виды полей?
Сходство и отличие электрического и магнитного полей?
Сообщение темы урока и целей урока: Изучение свойств постоянных магнитов. Познакомиться со способами намагничивания вещества. Познакомиться со свойствами магнитного поля Земли. Закрепить полученные сведения выполнением кратковременного экспериментального исследования.
2. Историческая справка (обычно даю заранее домашнее задание подготовить краткие сведения по данному вопросу) (4 мин.).
Из древней Греции дошли легенды о горе, притягивающей железные предметы, настолько мощной, что вражеские корабли не могли близко подойти к ней - она выдёргивала гвозди из досок и корабли рассыпались в море.
Правоверные мусульмане убеждены в том, что гроб с останками пророка Магомеда покоится в воздухе, без всякой опоры между полом и потолком.
3000 лет назад в древнем Китае обнаружили свойство стрелок, изготовленных из особого вещества, устанавливаться в определённом направлении: с севера на юг. Стали их применять на колесницах и других средствах передвижения, как «югоуказатель» - на китайском языке «чи - нан».
Первые объяснения пытался дать Лукреций Кар, римский поэт и мыслитель в книге «О природе вещей»: он предположил, что магнитные свойства определяются отделением от магнита очень маленьких частиц.
В 1600г. английский врач Г.Х.Гилберт вывел основные свойства постоянных магнитов.
До Х1Х века новых данных не было. В 1820 г. датский учёный Эрстед обнаружил, действие электрического тока на магнитную стрелку и заставил задуматься учёных о взаимосвязи электрического и магнитного полей.
Описанный древними учёными камень называется естественный магнит, он содержит 72% железа, это минерал, называемый магнитный железняк или магнетит.
3.Исследуем свойства постоянных магнитов.(14 мин.)
При проведении эксперимента создаю проблемную ситуацию. Ученики могут, опираясь на жизненный опыт, предположить правильные выводы.
Опыт 1.
Подвесить полосовой магнит на нити к штативу и пронаблюдать, какое положение в пространстве он займёт.
Вывод: полоска из данного минерала занимает в пространстве всегда определённое положение - в направлении с севера на юг. (Проверить с помощью компаса или подвижной магнитной стрелки)
Опыт 2.
Поднести магнит к ёмкости с металлической стружкой или мелкими предметами.
Вывод: притяжение опилок неравномерное по всей длине магнита, крайние части магнита оказывают наиболее сильное действие.
Ввести понятие «полюс магнита». Полюс - место магнита, где обнаруживается наиболее сильное действие (сделать запись в тетради).
Опыт 3.
Пронаблюдать взаимодействие двух подвижных магнитных стрелок.
Вывод: одноимённые полюса отталкиваются друг от друга, разноимённые полюса притягиваются друг к другу (сделать запись в тетради).
Опыт 4.
Пронаблюдать, как взаимодействует магнит при его делении с железными предметами.
Вывод: при делении магнита, можно получить магнит меньшего размера, но так же с двумя полюсами. Невозможно получить северный или южный полюс магнита отдельно.
Опыт 5.
Говорим о том, что месторасположение полюса магнита зависит от его формы и определяется опытным путём. Наблюдаем разные магниты: полосовой, дугообразный, кольцевой.
Опыт 6.
Наблюдаем действие магнита при приближении его к металлическому предмету.
Вывод: действие магнита ослабевает с удалением от него.
Магниты делятся на естественные и искусственные. Искусственные наиболее сильные и удобные.
Способы получения магнитов:
1. Намагничивание через влияние, по индукции. Демонстрация взаимодействия магнита с металлическими телами (наиболее наглядно использовать металлические шарики разного диаметра от подшипников.(см. рисунок ) ).
2. Главный способ: помещение будущего магнита в магнитное поле катушки с током.
В зависимости от строения и магнитных особенностей вещества делятся на:
а) сильномагнитные - ферромагнетики - железо, никель, кобальт и
б) слабомагнитные - диамагнетики - медь, золото, свинец, цинк,
в) парамагнетики - магний, алюминий, молибден, марганец.
Как можно судить о магнитном поле?
«Увидеть» магнитное поле нам помогут железные опилки или порошок железа.
Демонстрация моделей спектров различных магнитов.
Обратить внимание на направление от северного полюса к южному полюсу, на нейтральные зоны, однородные и радиальные магнитные поля (на доске сделать упрощённые схемы с тем, чтобы ученики зарисовали их в тетради).
Ввести понятие магнитных силовых линий. Магнитная силовая линия - путь, по которому будет двигаться северный полюс магнита, если бы он был независим.
4.Объяснение магнитных свойств (2 мин.).
Рассказываю о гипотезе Ампера (1775- 1836г.) о существовании электрических токов, циркулирующих внутри каждой молекулы вещества. В 1897г. гипотезу подтвердил английский учёный Томсон, а в 1910г. измерил токи американский учёный Милликен.
Вывод: движение электронов представляет собой круговой ток, а о том, что вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле, мы знаем из предыдущих уроков. Т.е. вещество обладает магнитными свойствами, если в нём наблюдается вращательное движение заряженных частиц в упорядоченных плоскостях. Необходимо подчеркнуть, что данная гипотеза ещё ищет окончательное подтверждение в мире науки.
5.Земля - большой магнит (10 мин.).
Демонстрация слайдов магнитных силовых линий Земли в космическом пространстве.
Рассказываю о значении магнитного поля Земли в защите от космического излучения и солнечного ветра.
Рассказываю о магнитном склонении
Магнитное склонение - отклонение магнитной стрелки от главного направления в магнитном поле Земли, в результате его неоднородности. Привожу пример о том, что перед дальними походами туристы обязательно узнают магнитное склонение для местности, куда они отправляются.
Магнитное наклонение - отклонение магнитной стрелки книзу, особенно в географической местности, близкой к магнитным полюсам Земли. Для устранения этой помехи применяют утяжеление стрелки.
Магнитные аномалии (сообщение ученика с использованием географической карты мира или восточного полушария).
Интересные факты о магнитном поле Земли.
Геофизики последние 100 лет наблюдают уменьшение напряжённости магнитного поля Земли и предполагают через 1500 лет смену магнитных полюсов. Измерена скорость путешествия северного магнитного полюса примерно 6 км/год в направлении на северо-восток.
Причина магнитного поля земли до конца не установлена. Одна из гипотез говорит о том, что, так как ядро Земли сжато давлением 3,5 - 5•10 6 атм. и является жидким, в нём могут циркулировать круговые токи - источники магнитного поля.
Другая гипотеза возникла в 1958г., когда искусственные спутники СССР и США обнаружили существование двух радиационных поясов в экваториальной плоскости Земли, которые представляют собой движение заряженных частиц - электронов и протонов - кольцевой ток.
6.Применение постоянных магнитов ( 2 мин.)
На уроке дать краткое перечисление, а в качестве домашнего задания ученики могут найти материал к следующему уроку.
1.Магнитная разведка. Поиск железных руд.
2.Исследование горных пород. В горных породах вектор намагниченности «замораживается», что позволяет судить о временных изменениях и событиях.
3.Магнитные сепараторы. Для обогащения полезных ископаемых.
4.Магнитная запись информации и воспроизведение.
5.Большие электромагниты. В металлургии. Для ускорения заряженных частиц.
6.Медицина. Всевозможные магнитные браслеты, клипсы, стельки, намагниченная вода.
7.Выполнение экспериментального задания (10 мин.)
Оборудование: полосовые магниты, нить, штативы; компасы; железные опилки или порошок железа в пузырьках.; образцы дерева, железа, стекла, меди, алюминия, стали, чугуна - можно найти в кабинете химии.
Экспериментальное задание:
«Магнитное поле постоянных магнитов»
Вариант 1.
1.Определите, какие из представленных веществ, притягиваются к магниту:
а) чугун б) бумага в) сталь г) дерево?
2.Какая часть магнита не оказывает влияния на железные предметы:
а) середина магнита б) вся поверхность в) крайние части?
3.С помощью второго магнита определите, как взаимодействуют их разноимённые полюса:
а) притягиваются б) отталкиваются в) не влияют друг на друга?
4.Подвесив магнит на нити, установите, при помощи компаса, куда будет указывать южный полюс магнита (компас должен быть на расстоянии более 0,5 м от магнита)?
а) север б) юг в) запад в) восток г) безразличное положение?
5.По какому признаку можно судить, является ли тело (с необозначенными полюсами) магнитом?
а) притяжение всей поверхности к магниту;
б) отталкивание от полюса хотя бы одной части;
в) притяжение к полюсу одной части и отталкивание противоположной.
6.При помощи железных опилок, постоянного полосового магнита и компаса пронаблюдайте и зарисуйте расположение магнитных силовых линий.
Вариант 2.
1.Определите, какие из представленных веществ, притягиваются к магниту:
а) железо б) медь в) стекло г) алюминий?
2.Какая часть магнита оказывает наиболее сильное влияние на железные предметы:
а) середина магнита б) вся поверхность в) крайние части?
3.С помощью второго магнита определите, как взаимодействуют их одноимённые полюса:
а) притягиваются б) отталкиваются в) не влияют друг на друга?
4.Подвесив магнит на нити, установите, при помощи компаса, куда будет указывать северный полюс магнита (компас должен быть на расстоянии более 0,5 м от магнита)?
а) север б) юг в) запад в) восток г) безразличное положение
5.По какому признаку можно судить, является ли тело (с необозначенными полюсами) магнитом?
а) притяжение всей поверхности к магниту
б) отталкивание от полюса хотя бы одной части
в) притяжение к полюсу одной части и отталкивание противоположной
6.При помощи железных опилок, постоянного дугообразного магнита и компаса пронаблюдайте и зарисуйте расположение магнитных силовых линий.
Подведение итогов урока (2 мин.).
Домашнее задание:
Дома исследуйте при помощи компаса металлические предметы: холодильник, батареи центрального отопления, вертикальные ножки столов и стульев, можно термосы и кастрюли, если они не очень маленьких размеров. Объясните, почему стрелка компаса показывает разное направление, у основания предмета и в верхней его части.
Найти материал по применению магнитов.
Технология изготовления моделей магнитных спектров.
Наблюдение магнитных силовых линий связано с определёнными трудностями - их тяжело зафиксировать в вертикальной плоскости для демонстрации учащимся. Раньше я покупала в магазине химреактивов порошок железа, располагала небольшое количество на плотном листе, снизу клала магнит, фиксировала получившуюся картину лаком для волос сильной фиксации.
Хранятся такие картинки очень долго. К сожалению опилки, хотя и более наглядны, не крепятся подобным образом. Но сейчас можно просто заранее сделать цифровое фото спектров и показывать на мультимедийном проекторе, если таковой имеется в кабинете.