Занятие по теме "Магнитное поле и его основные характеристики"

Разделы: Физика

Цели:

Образовательная цель: сформировать у студентов представление об магнитном поле как об основном из видов материи и раскрыть свойства магнитного поля, его силовую характеристику и материальность.

Развивающая цель: расширить диалектическое представление о материи, о неразрывной связи вещества и поля. Развивать интеллектуальные способности учащихся через умение решать задачи, анализировать полученный результат, делать выводы; уметь излагать в доступной научной форме свои мысли; уметь обобщать.

Воспитательная цель: воспитывать умение преодолевать трудности, выслушивать оппонентов, отстаивать свою точку зрения, уважать окружающих.

Основные знания и умения:

  • Знать определение магнитного поля и его силовую характеристику.
  • Уметь применять правило буравчика для определения направления вектора индукции магнитного поля тока; графически изображать магнитные поля прямолинейного, кругового токов и соленоида, определять модуль вектора магнитной индукции.

Оборудование:

  • электрофорная машина, две изолирующие стойки;
  • магнитные стрелки, проволочные катушки;
  • постоянные магниты (полосовой и подковообразный), железные опилки;
  • источник постоянного тока;
  • компьютер;
  • мультимедиапроектор.

Демонстрации: взаимодействие постоянных магнитов; отсутствие магнитного поля вокруг проводника со статическим зарядом, существование магнитного поля вокруг проводника с током, взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально, взаимодействие витка с током и постоянным магнитом, взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону, взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны, постоянная ориентация вращающейся магнитной стрелки в магнитном поле.

Ход урока

I. Организационный момент.

Эпиграфом урока послужат слова Конфуция:

“Три пути ведут к знанию: путь размышления – это путь самый благородный, путь подражания – это путь самый легкий, и путь опыта – это путь самый горький”.

В ходе урока мы воспользуемся тремя путями, которые ведут к знаниям, по мнению философа. Но какой путь для вас самый приемлемый решать вам.

II. Актуализация опорных знаний учащихся.

Я предлагаю ответить на вопросы тестового задания, путем размышления, опираясь на полученные знания предыдущих уроков.

Тест (взаимопроверка) I вариант А, II вариант Б.

1. Вычислить общее сопротивление участка цепи:

А) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R 3= 0, 2 Ом

Б) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R3= 0, 2 Ом

2.

А) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при отсутствии в них электрических полей?
Б) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при наличии в них электрических полей?

3. При каком соединении проводников:

А) а) б ) Rоб =   в)
Б) а) I1 : I2 : I3 = б ) Uоб = U1 = U2 = … = Un в) I =

4. Дополнить одну из частей уравнения:

А) а) I = б) … = в)
Б) б) I = б) Q = I…Rt в ) Р =

Ответы:

1. А) 7,2 Ом Б) 5,7 Ом

2. А)Хаотически Б) направленно навстречу полю

3.

А) а) последовательном, б) при параллельном соединении n одинаковых проводников; в)при последовательном соединении.
Б) а)Параллельном б) параллельном в) при параллельном n одинаковых проводников.

4.

А) а) ; б) R; в) t.
Б) а) R; б) I 2; в) А.

III. Изучение нового материала.

  1. Вспомните как взаимодействуют неподвижные электрические заряды?
  2. Как определить силу взаимодействия неподвижных зарядов? (закон Кулона)
  3. Как осуществляется это взаимодействие? (согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля; каждый заряд создает электрическое поле, которое действует на другой заряд, и наоборот)
  4. Что такое электрическое поле?
  5. Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того, чтобы заставить электрические заряды служить нам, их надо привести в движение – создать электрический ток.
  6. Что такое электрический ток?

Проблема: Взаимодействуют ли между собой движущиеся заряды? Каков механизм этого взаимодействия?

Демонстрация взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально.

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник. В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга. Итак, тема сегодняшнего урока Магнитное поле и его основные характеристики

А что именно мы можем узнать о магнитном поле?

  • Определение магнитного поля и где оно образуется?
  • Свойства магнитного поля?
  • Как изобразить магнитное поле?
  • Какие величины характеризуют магнитное поле?
  • Сравнить с электрическим полем.

Тем самым мы с вами определили цели занятия.

Обсуждение.

1. Каков по аналогии с электрическим взаимодействием, должен быть механизм взаимодействия проводников с током?

Определение. Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Вывод. Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

Работа с учебником: найти определение магнитного поля, прочитать, записать в тетрадь, рассказать соседу.

2. Будет ли отклоняться второй проводник, если выключить ток в первом проводнике? (Продемонстрировать)
3. Будет ли действовать магнитное поле на проводник без тока? (Продемонстрировать)
4. Что может служить индикатором магнитного поля?
5. Будет ли отклоняться магнитная стрелка вблизи проводника, если по нему пропускать ток?

Сообщение студента (Приложение 1)

Работа в группах.

Задание 1. Повторить опыт Эрстеда.
Задание 2.Взаимодействие постоянных магнитов.
Задание 3. Взаимодействие витка с током и постоянным магнитом.
Задание 4 Взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону.
Задание 5. Взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны.

Отчет групп.

Вывод. Движущиеся заряды (электрический ток) создают магнитное поле. Обнаруживается магнитное поле по действию на электрический ток.

Проблема: Каковы свойства магнитного поля?

Беседа, в результате которой получаем:

  1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
  2. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды).
  3. Магнитное поле непрерывно и неограниченно.
  4. Магнитное поле существует реально и не зависит от нашего сознания.
  5. Действие магнитного поля может быть больше или меньше.
  6. Магнитное поле зависит от силы и направления электрического тока.

Следовательно, магнитное поле должно характеризоваться некоторой векторной величиной.

Проблема. Какая величина является характеристикой магнитного поля?

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . Условились считать, что вектор магнитной индукции в произвольной точке поля совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля. Сила, действующая со стороны магнитного поля на южный полюс стрелки, направлена в сторону противоположную вектору . Следовательно, в магнитном поле на магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее таким образом, чтобы ось стрелки, соединяющая южный полюс с северным, совпадала с направлением поля, т.е. с вектором .

Магнитные поля, в каждой точке которых действуют одинаковые по величине и направлению магнитные силы, называют однородными.

Вывод. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Магнитные поля могут быть однородными и неоднородными.

Эксперимент (приборы на столах)

  1. Вокруг проводника с током расположите несколько магнитных стрелок, включить ток. Как расположились стрелки?
  2. Измените направление тока. Как расположились стрелки?
  3. Сделать вывод.

Работа с учебником. Как определить направление вектора магнитной индукции?

Формулировка правила буравчика. (записать в тетрадь )

Проблема. Электрическое поле можно изобразить графически. А магнитное поле?

Вводится понятие линий магнитной индукции.

Виртуальная лабораторная работа “Наблюдение силовых линий магнитного поля”.

Цель работы: Изучить расположение силовых линий магнитного поля прямого тока, кругового тока, соленоида.

Выполнение работы:

  1. Работа с “Открытой физикой”.
  2. Тема: “Электричество и магнетизм”.
  3. Открыть модели: “Магнитное поле прямого тока”, “Магнитное поле кругового витка с током”, “Магнитное поле соленоида”.
  4. Для каждой модели зарисовать картинку с силовыми линиями магнитного поля.
  5. Изменить направление тока (сделать его отрицательным). Что изменилось?
  6. Сделать выводы по работе. Особенности линий магнитной индукции.

Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками.

Работа в группах.

  1. Магнитное поле полосового магнита.
  2. Магнитное поле подковообразного магнита.

Отчет групп (готовят заранее слайды для презентации).

Понятие вихревого поля.

Вывод. Магнитные поля графически изображается линиями индукции. Линии индукции магнитного поля реально не существуют. Это удобная графическая модель характеристики направления сил магнитного поля. Линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Силовые линии однородного магнитного поля параллельны друг другу, а количество силовых линий через единичную площадку в любой области поля одинаково.

Какие это поля?

Ответ студентов. Чем они отличаются от однородного?

Решить задачи (Закрепить знание правила буравчика и применение этого правила).

1. По проводу идет электрический ток. В каком направлении повернется магнитная стрелка, помещенная в точку А? в точку С?

2)

Вывод. Итак, мы научились находить направление вектора магнитной индукции. Надо научиться определять модуль В.

Проблема. Выяснить экспериментально, от чего зависит сила действующая на проводник с током в магнитном поле.

Установка на рис. 136 Физика – 10. Г. Я. Мякишев

Выясняем, что

- сила достигает максимального значения, когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику;

-  Fmax ~ I

- не зависит ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника.

В =

Работа с учебником. Найти определение модуля вектора магнитной индукции, прочитать, записать в тетрадь и рассказать соседу.

Вывод. 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

IV. Закрепление материала.

I. Разбор вопросов (для сравнения электростатического и магнитного полей):

1) Что является источником:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

2) При помощи чего передается взаимодействие:

а) электрических токов? (магнитным полем одного тока на другой ток; магнитными силами)
б) электрических зарядов? (электрическим полем одного заряда на другой заряд; электрическими силами)

3) Что является индикатором:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

4) Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой только южный?

5) В романе Жюля Верна “Пятнадцатилетний капитан” подлый Негоро один компас разбивает, а под другой подкладывает топор. А почему бы ему не разбить оба? И топор подложить нужно было умеючи, не так ли? Почему?

II. Решение задач.

1. Проводник, активная длина которого 0,3 м, находится в однородном магнитном поле перпендикулярно его линиям индукции. Определить индукцию магнитного поля, если оно, взаимодействуя с магнитным полем тока, выталкивает проводник с силой 1,2 Н, когда по нему проходит ток 4А (на доске с полным объяснением).

Самостоятельная работа.

I вариант

По проводнику длиной 45 см протекает ток силой 20 А. Чему равна индукция магнитного поля, в которое помещен проводник, если на проводник действует сила 9мН?

II вариант

Определите модуль силы, действующей на проводник с током длиной 20 см при силе тока 10 А в магнитном поле с индукцией 0,13 Тл.

V. Обобщение и подведение итогов урока. Мы сегодня с вами изучили Магнитное поле (пишем на доске в овале, напротив каждой стрелки – свойства, характеристики, т.е. составляем кластер “Магнитное поле”.

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.

VI. Домашнее задание: 11.2, заполнить таблицу “Сравнительная характеристика электрических и магнитных полей” (начата при изучении электрического поля).

Подготовить сообщения: “История развития магнетизма”, “Магнитное поле земли” (желательно с презентацией).