Обобщающий урок физики по теме: "Магнитные явления". 10-й класс

Цели:

образовательные – обобщить и систематизировать знания учащихся о магнитном поле, о его свойствах; способствовать развитию интереса к изучению физики;

развивающие – в целях формирования научного мировоззрения подчеркнуть реальность и объективность существования магнитного поля, указать экспериментальные факты, доказывающие это положение; развивать интеллектуальные способности учащихся через умение решать задачи повышенной сложности, анализировать полученный результат, делать выводы; уметь излагать в доступной научной форме свои мысли; уметь обобщать материал; развивать свой кругозор.

воспитательная – воспитывать умение преодолевать трудности, выслушивать оппонентов, отстаивать свою точку зрения, уважать окружающих.

Оформление доски: число и месяц (левый верхний угол доски), запись темы урока (верхняя средняя часть доски), цель урока

(обобщить знания о магнитных явлениях), домашнее задание (на обратной стороне правой доски).

План урока

1. Организация урока – 2 минуты.
2. Демонстрация проблемного опыта – 2 минуты.
3. Беседа с учащимися – 10 минут.

4. а) Решение задач у доски и подробный их разбор (2 человека)
   б) Прослушивание сообщений (3 человека).
   в) Компьютерная диагностика уровня усвоения учебного материала (3 человека).
   г) Решение исследовательской задачи (1 человек) – 15 минут.

5. Тест на тему “Магнитные явления” и самопроверка результатов тестирования - 7 минут.
6. Обобщение рассматриваемого вопроса и подведение итогов проделанной работы. Оценивание. 7 минут.

7. Домашнее задание – 2 минуты.

I. Организация урока.

II. Демонстрация проблемного опыта.

Учитель: Уважаемые ребята, я предлагаю вам посмотреть следующий опыт.

(Проводит демонстрацию опыта, в котором проводник с током, находящийся в магнитном поле постоянного магнита, начинает двигаться, когда по нему пропускают постоянный ток. Обращает внимание учеников на то, что в зависимости от направления тока меняется направление движения проводника с током в магнитном поле).

Объясните, пожалуйста, почему происходит перемещение проводника, находящегося в магнитном поле магнита только тогда, когда протекает по нему электрический ток.

Ученик: Перемещение проводника происходит потому, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, вызывает движение проводника.

Учитель: Опыт показывает, что вначале проводник притягивался к магниту, а затем он отталкивался. Кто может объяснить этот факт?

Ученик: Направление движения проводника зависит от направления магнитного поля проводника с током. Мы видим – меняется направление тока, меняется и характер взаимодействия.

III. Беседа с учащимися.

Учитель. Итак, мы посмотрели опыт и результат его объяснили наличием магнитного поля проводника с током. На сегодняшнем уроке нам предстоит еще раз рассмотреть вопрос о магнитных явлениях и о свойствах магнитного поля.

Давайте вспомним, как взаимодействуют параллельные токи?

Ученик. При одинаковых направлениях токов параллельные проводники притягиваются, а при противоположных направлениях отталкиваются.

Учитель. Какова природа этих взаимодействий?

Ученик. Объяснить эти взаимодействия с точки зрения действия кулоновских сил невозможно. Так как в проводниках электрический ток – это упорядочное движение электронов, и между одноименными зарядами должны действовать силы взаимного отталкивания, а у нас действуют в одном случае силы отталкивания , а в другом – силы притяжения, значит они имеют иную, не кулоновскую природу. Эти силы появляются вследствие упорядочного движения заряженных частиц. Они называются магнитными силами.

Учитель. Каков механизм магнитного взаимодействия?

Ученик. Согласно теории близкодействия вокруг каждого проводника с током существует магнитное поле. Магнитное поле первого проводника действует с некоторой силой на второй проводник, а магнитное поле второго проводника действует на первый.

Учитель. Что такое магнитное поле?

Ученик. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.

Учитель. Каковы свойства магнитного поля?

Ученик. 1. Магнитное поле порождается током.

2. Магнитное поле обнаруживается по его действию на ток или на магнитную стрелку.

Учитель. Кто из ученых определил величину силы, действующей на проводник с росу .(н током, помещенный в магнитное поле, и как она называется?

Ученик. Величину этой силы определил английский ученый Ампер. Она получила название в честь него как сила Ампера.

Учитель. Кто из ученых определил величину силы, действующей со стороны магнитного поля на движущийся заряд?

Ученик. Величину силы, действующей на движущийся заряд в магнитном поле, определил Лоренц.

Учитель. Приведите примеры использования магнитных полей для различных целей.

Ученик. Магнитные поля используются в измерительных электрических приборах, для отклонения электронного пучка в электронно-лучевой трубке или в кинескопе телевизора, для нахождения масс элементарных заряженных частиц, в электромагнитах. В природе магнитное поле Земли предохраняет все живое на земле от потока космических частиц.

Учитель. Предложим двум ученикам решить задачи у доски.

Третий ученик займется решением исследовательской задачи. Ему предстоит экспериментальным путем определить величину магнитной индукции магнитного поля постоянных магнитов. (Приглашаются желающие). В это же самое время желающие проверить свои знания могут по очереди подойти к компьютеру и ответить на предложенные им вопросы. Пока эти учащиеся решают задачи и отвечают на вопросы компьютера, остальные послушают небольшие сообщения, подготовленные учениками.

Первое сообщение. Историческая справка

Первые письменные свидетельства о магнитных явлениях исходят из Китая. Они имеют более чем двухтысячелетнюю давность. В них упоминается о применении постоянных магнитов в качестве компасов. В работах древнегреческих и римских ученых есть упоминание о притяжении и отталкивании магнитов и о намагничивании в присутствии магнита железных опилок.

(например, описание этих свойств встречается у римского поэта и философа-материалиста Лукреция в поэме “О природе вещей”, 1 век до нашей эры).

В XII веке в Европе стал широко применяться компас и были предприняты попытки экспериментального изучения свойств магнитов разной формы французским ученым Пьером де Марикуром. Результаты исследований были обобщены в эпоху Возрождения в труде английского физика Гильберта “О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле”.

Гильберт показал в частности, что Земля – это магнитный диполь и доказал невозможность разъединения двух разноименных полюсов магнита. В трактате “Опыт теории электричества и магнетизма” – 1759 год – русский физик Эпинус подчеркнул аналогию между электрическими и магнитными явлениями.

В 1820 году датский физик Эрстед открыл магнитное поле электрического тока. В том же году французский физик Ампер установил законы магнитного взаимодействия токов, эквивалентность магнитных свойств кругового тока и тонкого плоского магнита, он объяснил существование молекулярных токов, природу магнитного поля Земли.

Новый этап в изучении магнитных явлений начинается с работ английского физика Фарадея, который дал последовательную трактовку магнитных явлений на основе представлений о реальности электромагнитного поля

Второе сообщение. Магнитное поле Земли.

Некоторые планеты Солнечной системы имеют собственное магнитное поле, у других оно весьма незначительно или полностью отсутствует. Земля относится к планетам с сильным магнитным полем, представляющим прекрасную защиту от космического излучения. Именно благодаря ему, на Землю не попадает такое количество космических частиц, как на другие планеты, скажем, на Меркурий. Не так ощущается на Земле и влияние солнечного ветра – потока заряженных частиц, как на других планетах, лишенных магнитного поля.

Происхождение магнитного поля было и все еще остается загадочным. Известно только, что магнитное поле возникает там, где протекает электрический ток. А поскольку имеются доказательства о существовании металлического ядра Земли, можно и магнитное поле связать с процессами, происходящими в этом ядре. Связь между магнитным полем и геологическими процессами, так же, как и воздействия магнитного поля на живые организмы, до сих пор еще достаточно не объяснены. Изучение магнитных свойств горных пород показывает, что в течение последних 200 миллионов лет магнитное поле Земли многократно внезапно менялось: Северный и Южный магнитные полюсы просто менялись местами. Что может при этом произойти, совершенно ясно. Если Земля хотя бы на мгновение потеряет свою магнитную защиту, то на неё попадет большое количество космического излучения, имеющего подобное действие, как и радиоактивное излучение. При изучении более длительного периода геологической истории обнаруживается еще одно явление: магнитные полюсы медленно перемещаются. У нас, на севере, благодаря наличию магнитного поля и расположению его, возникают северные сияния. В настоящее время магнитное поле земли используется и для других практических целей – от простых навигационных компасов до поисков месторождений минерального сырья.

Третье сообщение. Масс-спектрометрия.

Долгое время оставался загадкой вопрос, почему атомные веса многих химических элементов дробные. Английский ученый Содди в 1910 г. предложил, что существуют атомы с одинаковыми химическими свойствами, но разными массами. Теперь такие атомы называют изотопами.

Требовались экспериментальные доказательства гипотезы Содди. Прошло почти 10 лет, прежде чем английский физик Астон сумел электрическим и магнитным полем “взвесить” атомы неона. Массы атомов Астон измерил с помощью масс спектрометра – прибора, определяющего массу по отклонению иона в магнитном поле. Такой спектрометр весьма точно измеряет массу атомов. Погрешность измерения массы ядер в современных масс-спектрометрах составляет порядка одной десятимиллионной атомной единицы. В настоящее время масс-спектроскопия получила большое применение и в других областях, например, в геологии – для определения возраста горных пород и рудного образования; в химии – для элементного и структурного молекулярного анализа. С помощью масс – спектрометра проведены измерения нейтрального и ионного состава верхней атмосферы Земли, Венеры, Марса. Масс-спектрометр начинает применяться для газового анализа в медицине. Высокая абсолютная чувствительность масс-спектрометра позволяет использовать его для анализа очень небольшого количества вещества, приблизительно 10^-13 грамма.

Разбор решенных задач у доски.

Демонстрация 2: отклонение электронного луча в электронно-лучевой трубке с помощью магнитного поля.

Тест для самоконтроля учащихся по данному вопросу. (5-7 минут)

Тест “магнитные явления”.

1. Электрический ток в прямолинейном проводнике направлен перпендикулярно плоскости рисунка и входит в него сверху. Какое расположение и направление имеют линии магнитной индукции?

2. В каком случае вокруг движущегося электрона возникает магнитное поле?

1. Электрон движется равномерно и прямолинейно.
2. Электрон движется равномерно по окружности.
3 Электрон движется равноускоренно прямолинейно.

А. Только 1. Б. Только 2. В. Только 3. Г. Только 1-2. Д. Только 2-3. Е. Только 1-3. Ж. 1,2 и 3.

3.По какой из приведенных ниже формул можно вычислить величину индукции магнитного поля если известна сила с которой магнитное поле действует на проводник с током определенной длины, расположенный перпендикулярно вектору магнитной индукции?

А. B = F•I•l. Б. B = F•l/I. B. B = I•F/l. Г. B = F/I•l. Д. B = l/I•F.

4. Какая физическая величина имеет единицу измерения 1 тесла?

А. магнитная индукция. Б. Магнитный поток. В. Взаимная индукция. Г. ЭДС

5. Какая физическая величина имеет единицу измерения 1 вебер?

А. Магнитная индукция. Б. Магнитный поток В. Взаимная индукция. Г. ЭДС

6. Какую форму стремится принять замкнутый виток по которому течет ток?

А. Кольца. Б. Эллипса. В. Прямая свитая проволока.

7. Куда будет отклонен магнитным полем Земли прямолинейный ток, перпендикулярный к линиями индукции магнитного поля Земли и идущий сверху вниз?

А. к западу. Б. к востоку. В. к северу. Г. к югу.

8. С какой силой действует однородное магнитное поле с индукцией 2 Тл на прямолинейный проводник длиной 40 см с током 10 А, расположенный перпендикулярно вектору индукции?

А. 0 Н. Б. 800 Н. В. 8 Н. Г. 0,5 Н. Д. 50 Н.

9. Частица с электрическим зарядом 1,6•10^-19 Кл движется в однородном магнитном поле с индукцией 1 Тл со скоростью 200000 км/с, вектор скорости направлен под углом 30⁰ к вектору индукции. С какой силой магнитное поле действует на частицу?

А.1,6•2^-2•10^-11Н. Б. 1,6•3^-2•10^-14 Н. В. 6,4•10^-11Н. Г. 1,6•10^-11Н. Д. 1,6•10^-14Н.

10. Ферромагнетики это вещества, у которых магнитная проницаемость вещества:

11. Парамагнетики это вещества,

А. Которые слабо намагничиваются в направлении индукции внешнего поля.

Б. Которые слабо намагничиваются в противоположном направлении

индукции внешнего поля.

12. Диамагнетики это вещества,

А. Которые слабо намагничиваются в направлении индукции внешнего поля.

Б. Которые слабо намагничиваются в противоположном направлении индукции внешнего поля.

Самоконтроль производится по коду ответов проэкцируемому с помощью кодоскопа.

Код ответов.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Б	Ж	Г	А	Б	А	А	Б	Г	Г	Г	Б

Задачи для решения в классе:

Задача №1. На двух легких проводящих нитях горизонтально висит металлический стержень длиной 0,25 м и массой 0,015 кг. Стержень находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,3 Тл, направленной вертикально вниз. Определите угол отклонения нитей от вертикали, если сила тока в стержне 0,2 А?

Ответ: =5,8⁰.

Задача №2. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией

9 мТл. по винтовой линии радиусом 1 см с шагом 7,8 см . Определить период обращения электрона. Под каким углом к линиям магнитной индукции движется электрон?

Ответ: Т = 4*10^-9с. = 39⁰.

Задача №3. На двух горизонтальных рельсах, между которыми расстояние 60 см, лежит стержень перпендикулярно им. Определить силу тока, который надо пропустить по стержню, чтобы он двигался равномерно и прямолинейно по рельсам. Рельс и стержень находятся в вертикальном магнитном поле индукцией 60 мТл. Масса стержня 0,5 кг, которую совершит сила, перемещающая стержень на расстояние 25 см.

Ответ: I =13,6А; А = 0,12 Дж.

Обобщение и подведение итогов урока.

Итак, что же представляет собой магнитное поле? Магнитное поле- – это особый вид материи, о котором мы судим по его проявлению. Важнейшим свойством магнитного поля является его способность действовать с силой на проводник с током или движущиеся заряды. Природа магнитного поля до сих пор не раскрыта, но вот его свойства давно установлены и этими свойствами пользуются для решения различных задач.

Домашнее задание: Составить и заполнить таблицу. “Магнитные свойства веществ”

Домашнее задание: задача № 58.2 стр. 297.

Вопросы для подготовки к уроку:

• Магнитное взаимодействие. Магнитное поле и его материальность.
• Вектор магнитной индукции.
• Сила взаимодействия токов. Единица силы тока – ампер
• Магнитное поле тока. Закон Ампера.
• Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.
• Магнитный поток
• Парамагнетики и их счвойства
• Диамагнетики и их свойства.
• Ферромагнетики и их свойства.
• Магнитная проницаемость
• Гипотеза Ампера о происхождении магнтизма.
• Техническое применение ферромагнетиков.
• Как при помощи магнитной стрелки определить, намагничен стальной стержень или нет?
• Как определяется направление силы действующей на проводник с током помещенный в магнитное поле?
• Что называется магнитным потоком и в каких единицах он измеряется?
• Как определить положение магнитных полюсов катушки с током, если известно направление тока в ней?
• Почему коробочку компаса делают из меди, пластмассы и других материалов но не из железа?
• Какими свойствами обладает магнитное поле?
• Что определяется с помощью правила левой руки?
• Что такое вектор нормали к рамке?
• В каком месте Земли магнитная стрелка своими двумя концами показывает на юг?
• Можно ли намагнитить стальной стержень так, чтобы оба его конца имели одинаковые полюсы?
• Лезвие от безопасной бритвы, подвешенное на тонкой медной проволоке, притянулось к сердечнику электромагнита. Что произойдет, если под лезвием поставить горящую спиртовку?
• В каком направлении отклонится электронный пучок, если электронно-лучевую трубку поместить междуполюсное пространство подковообразного магнита?