Конспект урока по теме: «Взаимодействие токов. Магнитное поле»

11 класс

Урок № ____. Тема: «Взаимодействие токов. Магнитное поле.»

ДАТА ПРОВЕДЕНИЯ: _____________

Цель урока: сформировать представление у учащихся о магнитном поле.

Задачи:

Образовательные:

ввести понятие о магнитном поле (физический объект, действие магнитного поля, источники);

сформировать умение выделять магнитное поле по его действию;

сформировать материалистические представления о магнитном поле (экспериментальное доказательство факта существования, свойства и др.).

Развивающие:

способствовать развитию логического мышления через формирование понятий: физическое тело, вещество, явление;

развивать зрительные восприятия через просмотр видеофрагментов;

развивать внимание путем выполнения разного рода заданий.

Воспитательные:

воспитывать коммуникативные качества, умение слушать, слышать, делать выводы;

воспитывать интерес к предмету физика;

продолжить формирование познавательного интереса учащихся, продолжить воспитание мотивации учения, раскрывая практическую значимость изучаемого материала, воспитывать уважение к мыслям своих товарищей, взаимовыручку и взаимоподдержку.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Формы организации учебной деятельности: фронтальная; индивидуальная, парная.

Демонстрации: 1. Опыт Эрстеда, движения проводника с током в магнитном поле;

                            2. Силовых линий магнитного поля постоянного магнита, магнитного поля прямого тока.

Учебник: Мякишев Г. Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Г. Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2016. – 432 с.: [4] л. ил. – (Классический курс).

ХОД УРОКА:

1. Организационный момент:

Приветствие учащихся, сообщение темы и целей урока. Проверка готовности к уроку (наличие: тетрадей, ручек, дневников и т.д.). Выяснение отсутствующих на уроке по журналу.

2. Актуализация знанийЗнакомство с учебником, правилами и требованиями учителя.

Запись учениками школьных принадлежностей для урока физики.

а) учебник;

б) тетрадь 48 л.;

в) тетрадь для лабораторных работ – 18 л.;

г) тетрадь для контрольных работ – 18 л.;

д) микрокалькулятор

е) линейка, карандаш, ластик, треугольник, транспортир, ручка (синяя и чёрная).

Правила техники безопасности в кабинете физики и на уроках физики, при выполнении демонстраций, практических и лабораторных работ.

Журнал по технике безопасности на уроках физики (роспись учащихся об ознакомлении с правилами по ТБ).

Фронтальный опрос:

А) Что означает слово «магнит»?

(Ответы: 

1. Магни́т — тело, обладающее собственным магнитным полем.

2. Тело, притягивающее или отталкивающее некоторые тела, благодаря действию своего магнитного поля.

3. «Камень из Магнесии»)

В) Сформулируйте основные результаты опытов Перегрина?

(Перегрин помещал стальные иголки вблизи шара из магнетита. Исходя из их расположения, он предположил, что одноименный магнитные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются.)

С) Почему железные опилки упорядоченно располагаются вблизи постоянного магнита?

(Постоянный магнит действует на каждую опилку так, что она разворачивается северным концом к южному полюсу, а южным - к северному.)

Д) Какие линии называют силовыми линиями магнитного поля?

(По силовым линиям выстраиваются железные опилки или магнитные стрелки.)

История магнита насчитывает свыше 2500 лет. В VI в до н.э. древнекитайские ученые обнаружили минерал, способный притягивать к себе железные предметы. В древние времена свойства магнита пытались объяснить приписыванием ему «живой души».

3. Изучение нового материала

Итак, как вам уже известно, существуют два вида зарядов: подвижные и неподвижные. Мы знаем, что между неподвижными зарядами действует сила - сила Кулона. Также вам известно, что неподвижные заряды образуют электрическое поле.

А что же происходит с подвижными зарядами? (ответы учащихся)

Верно, они образуют электрический ток и электрическое поле. В 1820 г. Г.-Х. Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током.

А для того, чтобы выяснить, что наблюдается во время движения электрических зарядов, рассмотрим опыты, которые провел Ханс Эрстед.

Демонстрация опыта Эрстеда

В его опыте использовалась металлическая проволока, натянутая между двух стоек. Под проволокой располагалась магнитная стрелка таким образом, что она выравнивалась по магнитному полю земли. То есть она смотрела с севера на юг. К проволоке через ключ был подключен источник тока. Изначально ток в цепи отсутствовал. А проволока располагалась параллельно стрелке.

Рисунок 1 — схема опыта Эрстеда

 Опыт заключался в том, что при включении тока в цепи магнитная стрелка поворачивалась на угол 90 градусов, то есть перпендикулярно проволоке. При этом она совершала несколько колебаний и успокаивалась в таком положении. При отключении тока магнитная стрелка вновь возвращалась в исходное положение. То есть, выравниваясь вдоль поля земли.

Рисунок 2 — поворот магнитной стрелки при протекании тока по проводнику

В 1820 году Ампер предложил, что «магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены множеством круговых токов, циркулирующих внутри молекул этих тел».

Свойства магнитного поля.

Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (заряженные тела).

Магнитное поле материально, т.к. оно действует на тело, следовательно, обладает энергией.

Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Опыт Ампера.

Пропускаем ток по параллельным проводникам. Гибкие проводники укрепляются вертикально, затем присоединяем их к источнику тока. Ничего не наблюдаем. Но если замкнуть концы проводников проволокой, в проводниках возникнут токи противоположного направления. Проводники начнут отталкиваться друг от друга.

В случае токов одного направления проводники притягиваются. Это взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Уильям Дисельберт выпустил в 1600 г. книгу под названием «Новая физиология в магнитных силах и великом магните Земли». С этой книги, собственно, и начинается подлинное научное изучение электрических и магнитных явлений.

Изобретение компаса. В 12 веке в Европе стал известен компас как прибор, с помощью которого можно определить направление частей света.

Применение (12 в.) в морских путешествиях для определения курса корабля в открытом море.

Магнит имеет два полюса: северный (N) и южный (S), одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

Эксперимент 1. Расположим перед катушкой компас. Замкнём цепь и будем наблюдать за поведением компаса.

Вывод: вокруг проводника с током существует (возникает) магнитное поле.

Эксперимент 2. Расположим перед катушкой компас так, чтобы расстояние между ними было около 12 см. замкнём электрическую цепь. В данном случае отклонения стрелки не наблюдается. При приближении катушки к компасу на расстоянии 8 см, наблюдается отклонение стрелки (300). Уменьшая расстояние, видим увеличение угла отклонения стрелки. Чем дальше от проводника с током, тем слабее магнитное поле.

Магнитное поле можно изобразить графически при помощи линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направление вектора магнитной индукции.

Линии магнитной индукции не пересекаются. При изображении магнитного поля с помощью линий магнитной индукции эти линии наносятся так, чтобы их густота в любом месте поля была пропорциональна значению модуля магнитной индукции.

Характерной особенностью линий магнитной индукции является их замкнутость. Магнитное поле вихревое.

Правило правого винта: Если вы когда-нибудь закручивали винт или шуруп, то вы наверняка знаете, в какую сторону он закручивается, а в какую выкручивается. Нарезка всех винтов в мире совпадает. Это правило нарушают лишь в некоторых особых случаях, когда от нарезки зависит вращение некой части устройства. Но для таких случаев делают специальные детали. Это простое, но гениальное решение избавило от множества потенциальных проблем.

«Правило буравчика», направление тока и линий его магнитного поля

Оказывается, что это правило применимо не только в механике к закручиванию винтов. Если мы имеем проводник с током, то это правило помогает нам определить направление линий магнитного поля, образованного этим током. Только это правило в данном случае носит название «правила буравчика». Правило буравчика звучит следующим образом:

Буравчик — это винт или шуруп, который мы ввинчиваем. Направление ручки буравчика это направление вращения нашей руки. Если ток движется от нас, то и шуруп движется от нас, то есть мы его ввинчиваем, так как мы условились считать их направления совпадающими.

Тогда направление вращения нашей руки в процессе ввинчивания это направление магнитных линий. Они будут направлены по часовой стрелке.

В случае противоположного направления электрического тока, линии магнитного поля будут направлены, соответственно, против часовой стрелки. Таким же было бы направление руки в процессе выкручивая винта или направление ручки буравчика в случае его движения к нам.

А как определить направление тока, если мы знаем направление магнитных линий? Очень просто. По тому же правилу. Только изначально бы берем за известный факт не направление движения буравчика, а направление вращения его ручки.

Правило правой руки

В случае, когда мы имеем дело с магнитным полем катушки с током или соленоида, картина будет более сложной. Поэтому для простого нахождения направления линий магнитного поля в таком случае существует правило правой руки. Оно гласит:

Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

После того как было введено понятие силы тока и напряженности магнитного поля, этот закон стали записывать так:

где ∆H – напряженность магнитного поля, I – сила тока, а k – коэффициент, зависящий от выбора единиц, в которых измеряются эти величины. В международной системе единиц СИ этот коэффициент равен 1/4π.

Новый важнейший шаг в исследовании электромагнетизма был сделан французским ученым Андре Мари Ампером в 1820г.

Раздумывая над открытием Эрстеда, Ампер пришел к совершенно новым идеям. Он предположил, что магнитные явления вызываются взаимодействием электрических токов. Каждый магнит представляет собой систему замкнутых электрических токов, плоскости которых перпендикулярны оси магнита. Взаимодействие магнитов, их притяжение и отталкивание объясняются притяжением и отталкиванием, существующими между токами. 3емной магнетизм также обусловлен электрическими токами, которые протекают в земном шаре.

4. Физкультминутка.

5. Закрепление материала.

Беседа по контрольным вопросам учебника.

Какие взаимодействия называются магнитными.

Перечислите основные свойства магнитного поля.

Опишите опыт Эрстеда, что доказывает опыт Эрстеда?

Решение задач

а) Как расположены магнитные полюсы соленоида, подключенного к источнику тока?

Вспомним, что за положительное направление тока принято направление от положительного полюса источника к отрицательному. Покажем направление тока на чертеже.
Направление вектора магнитной индукции, а следовательно, и магнитного полюса соленоида можно определить по правилу буравчика: если ввинчивать в соленоид буравчик так, чтобы вращение ручки буравчика совпадало с направлением тока в соленоиде, тогда поступательное движение буравчика будет совпадать с направлением вектора магнитной индукции.

Видно, что вектор магнитной индукции направлен справа налево, то есть буравчик ввинчивают в этом направлении. Учитывая, что за направление вектора В принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N, то слева — северный полюс- соленоида, справа — южный.

б)

№927 (Рымкевич)

 Ответ: 120Дж.

№929 (Рымкевич)

Ответ: 2,5Дж

6.Домашнее задание: §________ (учебник Г.Я Мякишев, Б.Б Буховцев. Физика 11)

№928 (Рымкевич)

Ответ: 2А.

6. Итоги урока, рефлексия «СМАЙЛИКИ».