Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Зависимость направления магнитных линий от направления тока в проводниках

Цели:

• Образовательные: установить связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике. Ввести понятие неоднородного и однородного магнитных полей. На практике получить картину силовых линий магнитного поля постоянного магнита, соленоида, проводника по которому течет электрический ток. Систематизировать знания по основным вопросам темы “Электромагнитное поле”, продолжить учить решать качественные и экспериментальные задачи.
• Развивающие: активизировать познавательную деятельность обучающихся на уроках физики. Развивать познавательную активность учащихся.
• Воспитательные: содействовать формированию идеи познаваемости мира. Воспитывать трудолюбие, взаимопонимание между учениками и учителем.

Задачи:

• Образовательная: углубление и расширение знаний о магнитном поле, обосновать связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике.
• Воспитательная: показать причинно – следственные связи при изучении магнитного поля прямого тока и магнитных линий, что беспричинных явлений не существует, что опыт- критерий истинности знаний.
• Развивающая: продолжить работу над формированием умений анализировать и обобщать знания о магнитном поле и его характеристиках. Вовлечение учащихся в активную практическую деятельность при выполнении экспериментов.

Оборудование. Интерактивная доска, прибор для демонстрации расположения железных опилок вокруг прямого проводника с током, прибор для демонстрации расположения железных опилок вокруг соленоида, источник тока, катушка на 220 Вт, полосовые магниты, подковообразные магниты, магнитные стрелки, медный провод, железные опилки, магнитики, компас. Презентация (Приложение 1).Дополнительный материал (Приложение 2).

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: урок исследование.

Ход урока

1. Организационный этап

Этап актуализации знаний и действий.

2. Мотивационный этап

• Получение научного факта о связи между направлением линий магнитного поля тока с направлением тока в проводнике и в соленоиде.
• Применение правила буравчика для определения направления линий магнитного поля по направлению тока.
• Применение правила правой руки для определения направления линий магнитного поля по направлению тока.
• Применение правила правой руки для определения направления линий магнитного поля по направлению тока в соленоиде.
• Решение практических задач.
• Подведение итогов.
• Домашнее задание.

Образовательные результаты, которые буду достигнуты учащимися:

1. Учащиеся поймут смысл терминов: “неоднородное и однородное магнитное поле”, “магнитные линии неоднородного и однородного магнитных полей”.
2. Школьники осознают зависимость между направлением линий магнитного поля тока с направлением тока в проводнике и в соленоиде.
3. Ученики смогут решать практические задачи:

– на определение направления линий магнитного поля тока по направлению тока в проводнике;
– на определение направления линий магнитного поля тока по направлению тока в соленоиде;
– по направлению тока в проводнике определять направление магнитных линий магнитного поля тока;
– по направлению тока в соленоиде определять направление магнитных линий магнитного поля тока.

1. Этап актуализации знаний и действий

Магнетизм известен с пятого века до нашей эры, но изучение его сущности продвигалось очень медленно. Впервые свойства магнита были описаны в 1269 году. В этом же году ввели понятие магнитного полюса. Слово “магнит” (от греческого magnetis eitos. Минерал, состоящий из – FeO (31%) Fe₂O₃ (69%)) означает название руды, добывавшейся в местности Магнессия (теперь это город Маниса в Турции). Магнит – “камень Геркулеса”, “любящий камень”, “мудрое железо”, и “царственный камень”.

Слайд 1. Происхождение слова – магнит.
Название это было придумано древнегреческим драматургом Еврипидом (в V век до н.э.) Богатые залежи магнитного железняка имеются на Урале, на Украине, в Карелии и Курской области. В настоящее время удалось создать искусственные магниты, обладающие большими магнитными свойствами, чем естественные. Материалом для них служат сплавы на основе железа, никеля, кобальта и некоторых других металлов.

Слайд 2. Искусственные магниты.
Магнит обладает на разных участках различной притягивающей силой, на полюсах эта сила наиболее заметна. Вам уже известно, что вокруг любого магнита существует магнитное поле. Это поле и притягивает железо к магниту.

Слайд 3. Различная притягивающая сила магнитов на полюсах.
Внешнее, расплавленное, ядро Земли находится в постоянном движении. В результате этого в нем возникают магнитные поля, формирующие в конечном итоге магнитное поле Земли.

Слайд 4. Земной шар – большой магнит.
Ранее вами изучены различные действия электрического тока, в частности – магнитное действие. Проявляется оно в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными. Первые опыты по обнаружению магнитного поля вокруг проводника с током провел Ганс Христиан Эрстед в 1820 году.

Слайд 5. Опыт Ганса Христиана Эрстеда в 1820 году.

Слайд 6. Схема опыта Ганса Христиана Эрстеда в 1820 году.

Его неожиданные и простые опыты с отклонением магнитной стрелки вблизи проводника с током были проверены рядом ученых. Эта проверка принесла и новые результаты,которые составили экспериментальную основу первой теории магнетизма.Он впервые высказал предположение о возможной связи электрического тока и магнетизма, а зафиксирована в1735 году в одном из научных лондонских журналов.Однако разгадка наступила только тогда, когда исследователи научились получать электрический ток.

Рассмотрим серию опытов. Опыт по обнаружению магнитного поля тока. Соберем электрическую цепь по схеме. Расположим вблизи проводника магнитную стрелочку. Ответим на вопрос: “Как взаимодействуют проводник с током и магнитная стрелка, если цепь не замкнута?”.

Слайд 7. Опыт по обнаружению магнитного поля тока.
Ответим на вопрос: “Как взаимодействуют проводник с током и магнитная стрелка, если цепь замкнута?”.

Слайд 8. Опыт по обнаружению магнитного поля тока.
Ответим на вопрос: “Как взаимодействуют проводник с током и магнитная стрелка при размыкании цепи?”.

Слайд 9. Опыт по обнаружению магнитного поля тока.
Опыты навели на мысль о существовании вокруг проводника с током магнитного поля. 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.
Железные опилки притягиваются к постоянному магниту. На основании имеющихся знаний утверждаем, что это происходит благодаря магнитному полю, возникающему вокруг постоянных магнитов.

Слайд 10. Опыт. Железные опилки притягиваются к постоянному магниту..
Делаем вывод о том, что источником магнитного поля являются :

а) движущиеся электрические заряды;
б) постоянные магниты.

Слайд 11. Источники магнитного поля.
С помощью железных опилок демонстрируем спектр магнитного поля прямого тока в данной точке.

Слайд 12. Расположение металлических опилок вокруг прямолинейного проводника с током.
Ответим на вопрос: “Как можно обнаружить магнитное поле?”.

а) с помощью железных опилок. Попадая в магнитное поле, железные опилки намагничиваются и располагаются вдоль магнитных линий.
б) по действию на проводник с током. Попадая в магнитное поле, проводник с током начинает двигаться, т.к. со стороны магнитного поля на него действует сила.

Слайд 13. Варианты обнаружения магнитного поля.
Определим на основании имеющихся знаний причины возникновения магнитного поля.
Утверждаем, что магнитное поле порождается постоянными магнитами и движущимися электрическими зарядами и обнаруживается по действию на движущиеся электрические заряды. С удалением от источника магнитное поле ослабевает.

Слайд 14. Магнитное поле и причины его возникновения. Сделаем выводы:
Вокруг проводника с током (т.е. вокруг движущихся зарядов) существует магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку, отклоняя её.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Ответим на вопросы:

• Вокруг неподвижных зарядов существует … поле.
• Вокруг подвижных зарядов … .

Слайд 15. Выводы.

2. Мотивация нового учебного материала

Графическое изображение магнитного поля. Все магниты имеют два вида полюсов. Эти полюса называются южными (S) и северными (N).

Слайд 16. Полюса магнитов.
Представление о магнитном поле можно получить с помощью современных методов. Но это можно сделать и с помощью железных опилок.

Слайд 17. Силовые линии магнитного поля.
Для того чтобы получить вид магнитного поля постоянного магнита необходимо проделать следующее: положить лист картона на полосовой магнит, и равномерно посыпьте его железными опилками. Не сдвигая, магнит и лист картона относительно друг друга, осторожно постучать по листу, чтобы опилки могли свободно перераспределяться. Следить, как выстраиваются опилки на картоне.

Слайд 18. Силовые линии магнитного поля полосового магнита..
Силовые линии магнитного поля – замкнутые линии. Вне магнитные силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.
Линии, образуемые магнитными стрелками или железными опилками в магнитном поле, стали называть силовыми линиями магнитного поля.

Слайд 19. Графическое изображение магнитного поля тока.
Линии вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называются линиями магнитного поля.
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.
Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитных линей магнитного поля.

3. Осмысление нового учебного материала

Мы продолжаем познавать мир. Тема сегодняшнего урока “ Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Зависимость направления магнитных линий от направления тока в проводнике”.

Из курса физики 8 класса вы узнали, что магнитное поле порождается электрическим током. Оно существует, например, вокруг металлического проводника с током. При этом ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. Магнитное поле возникает и в том случае, когда ток проходит через раствор электролита, где носителями зарядов являются положительно и отрицательно заряженные ионы, движущиеся навстречу друг другу.

Поскольку электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными. Напомним, что согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Слайд 20. Направление магнитной линии в точке В
Для наглядного представления магнитного поля мы пользовались магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля) Напомним, что магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. За направление магнитной линии условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенный в эту точку.

Слайд 21. Магнитные линии являются замкнутыми.

Слайд 22. Магнитное поле катушки и постоянного магнита.
Катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет 2 полюса – северный и южный.
Магнитное действие катушки тем сильнее, чем больше витков в ней.
При увеличении силы тока магнитное поле катушки усиливается.
Магнитные линии являются замкнутыми.
Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

Слайд 23. Магнитные линии прямолинейного проводника с током. Слайд 24. Рассмотрим магнитные линии соленоида.
Неоднородное и однородное магнитное поле.
Рассмотрим картину линий магнитного поля постоянного полосового магнита, изображенную на рисунке.

Слайд 25. Представление магнитного поля с помощью магнитных линий.
Из курса физики 8 класса мы знаем, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность. Вне магнита линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит , возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает .Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на неё поле магнита .Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы с которой поле действует на стрелку ,тоже меняется от точке к точке. Таким образом, сила с которой поле полосового магнита действует на помещённую в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называется неоднородным.

Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густо та меняется от точки к точке.
Свойства магнитных линий:если магнитные линии искривлены и расположены с неодинаковой густотой, то магнитное поле – является неоднородным.

Слайд 26. Свойства магнитных линий.

В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению. Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой. Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части.

Слайд 27. Свойства магнитных линий.

Слайд 28. Однородные и неоднородные магнитные поля.

Что нужно знать о магнитных линиях?

1. Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому магнитное поле называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов.
2. Чем гуще расположены магнитные линии, тем магнитное поле сильнее.
3. Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое магнитное поле называют однородным.
4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках магнитного поля, разная. Такое магнитное поле называют неоднородным.

Слайд 29. Что нужно знать о магнитных линиях?
Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом.
Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками, а если из-за чертежа к нам – то точками. Как и в случае с током, каждый крестик – это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка – острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).

Слайд 30. Изображение однородного магнитного поля.
Для определения направления магнитных линий существует несколько способов.

1. При помощи магнитной стрелки.
2. По правилу буравчика.
3. По правилу правой руки.

Слайд 31. Определение направления магнитных линий.

Первое правило правой руки: если обхватить проводник ладонью правой руки, направив отставленный большой палец вдоль тока, то остальные пальцы этой руки укажут направление силовых линий магнитного поля данного тока.

Слайд 32. Первое правило правой руки.

Второе правило правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.

Слайд 33. Второе правило правой руки.
Если поместить в некоторую точку магнитного поля рамку с током, то магнитное поле окажет на неё ориентирующее действие – рамка установится в магнитном поле определенным образом. Теперь к рамке нужно провести нормаль. По направлению нормали можно определить направление вектора магнитной индукции в этой точке магнитного поля.

Правило буравчика: если ручку буравчика вращать по направлению тока в рамке, то направление хода буравчика покажет направление вектора магнитной индукции в данной точке поля.

Слайд 34. Правило буравчика.
Решение практических задач.

Слайд 35. Какие утверждения являются верными?

А) В природе существуют электрические заряды.
Б) В природе существуют магнитные заряды.
В) В природе не существует электрических зарядов.
Г) В природе не существует магнитных зарядов.

а) А и Б, б) А и В, в) А и Г, г) Б, В и Г.

Слайд 36. Закончить фразу: “Вокруг проводника с током существует...

а) Магнитное поле.
б) Электрическое поле.
в) Электрическое и магнитное поле.

Слайд 37. Что нужно знать о магнитных линиях?

1. Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому магнитное поле называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов.
2. Чем гуще расположены магнитные линии, тем магнитное поле сильнее.
3. Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое магнитное поле называют однородным.
4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках магнитного поля, разная. Такое магнитное поле называют неоднородным.

Слайд 38. На что указывает северный полюс магнитной стрелки? Какими бывают магнитные линии?

Слайд 39. Направление магнитных линий совпадает с … направлением магнитной стрелки.

Слайд 40. В какой точке магнитное поле самое сильное?

Слайд 41. Определить направление тока по известному направлению магнитных линий.

Слайд 42. Ответ. Определение направления тока по известному направлению магнитных линий.

Слайд 43. Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости рисунка?

Слайд 44. Какой из вариантов, соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного вертикально?

Слайд 45. Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг соленоида?

Слайд 46. Что собой представляют магнитные линии соленоида?

4. Осознание учебного материала

Вопросы: Слайд 47.

1. Какие утверждения являются верными?

А) В природе существуют электрические заряды.
Б) В природе существуют магнитные заряды.
В) В природе не существует электрических зарядов.
Г) В природе не существует магнитных зарядов.

а) А и Б, б) А и В, в) А и Г, г) Б, В и Г.

2. Чем порождается магнитное поле?

3. Чем создается магнитное поле постоянного магнита?

4. Что такое магнитные линии?

Слайд 48.

5. О чем можно судить по картине линий магнитного поля?

6. Какое магнитное поле – однородное или неоднородное – образуется вокруг полосового магнита? вокруг прямолинейного проводника с током? внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?

Слайд 49. Картины магнитных полей.

Работа учащихся у доски.

• Задание для первого человека: нарисовать магнитное поле прямолинейного проводника с током.
• Задание для второго человека: нарисовать магнитное поле соленоида.
• Задание для третьего человека: нарисовать магнитное поле постоянного магнита.

Упражнение 33

1. На рис. 88 изображен участок ВС проводника с током. Вокруг него в одной из плоскостей показаны линии магнитного поля, созданного этим током. Существует ли Магнитное поле в точке А?
2. На рис. 88 изображены три точки: А, М, N. В какой из них магнитное поле тока, протекающего по проводнику ВС, будет действовать на магнитную стрелку с наибольшей силой? с наименьшей силой?

5. Итог урока

6. Домашнее задание

§§43–45. Упр. 33, 34, 35.

Литература

1. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Учебник для общеобразовательных учреждений “Физика-9”, 12 издание. – М.: Дрофа, 2009.
2. Громов С.В. “Физика-9”: Учебник для общеобразовательных учреждений. 3-е изд. – М.: Просвещение, 2002.
3. Пинский А.А., Разумовский В.Г. Учебник для общеобразовательных учреждений “Физика-8”. М.: Просвещение, 2003.
4. “Основы методики преподавания физики. Общие вопросы” под редакцией Л.И. Резникова, А.В. Перышкина, П.А. Знаменского. – М.: Просвещение, 1965.
5. Научно-методический журнал “Физика в школе”, Издательство “Школа-Пресс”, 1999, 6.
6. Журнал “Физика в школе”. – 2003. – 7. – с.30.
7. Дубинин Э.М., Подгорный И.М. Магнитное поле небесных тел. – М.: Знание, 1998.
8. “Основы методики преподавания физики. Общие вопросы” / под редакцией Л.И. Резникова, А.В. Перышкина, П.А. Знаменского – “Просвещение”, Москва, 1965.
9. Громов С.В., Родина Н.А. Физика-9: Учебник для общеобразовательных учреждений– 3-е изд. – М.: Просвещение, 2002.
10. Лукашик В.И. Сборник вопросов и задач по физике. 7–9 кл. – М.: Просвещение, 2002. – 192с.
11. Марон А.Е., Марон Е.А. Контрольные тексты по физике. 7–9 кл. – М.: Просвещение, 2002. – 79с.