Урок физики №2 в 11 классе о теме «Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера»

Цели урока: формулирование закона Ампера и его практической направленности.

Задачи урока:

образовательные: сформулировать закон Ампера, рассмотреть практическую направленность этого закона, отработать практические навыки при решении задач;

развивающие: развивать потребность изучать природу наблюдаемых явлений, умение объяснять и анализировать их, расширить кругозор учащихся.

Оборудование: источник питания, ключ, переменный резистор, амперметр, катушка на подставке, компас, соединительные провода.

Демонстрация: опыта Эрстеда, силовых линий магнитного поля постоянного магнита, магнитного поля прямого тока.

Презентация к уроку

Ход урока

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний. Самостоятельная работа № 1по теме «Индукция магнитного поля» (приложение 1)

3. Изучение нового материала

Вспомните основные свойства магнитного поля:

порождается электрическим током (движущимися зарядами);

обнаруживается по действию на ток;

действует только на подвижные заряды с определенной силой.

Магнитное поле действует на все участки проводника с током. Зная силу, действующую на каждый малый участок проводника, можно вычислить силу, действующую на весь замкнутый проводник в целом.

Вектор магнитной индукции – это силовая характеристика магнитного поля.

Вектор магнитной индукции прямого проводника с током направлен по касательной в каждой точке поля.

Опыт Ампера

Так как создать обособленный элемент тока нельзя, то Ампер проводил опыты с замкнутыми проводниками. Меняя форму проводников и их расположение, он сумел установить выражение для силы, действующей на отдельный элемент тока.

По двум параллельным проводникам пропускаем электрический ток. В том случае, если ток направлен в одну сторону, наблюдается притяжение проводников, если в разные стороны, то отталкивание-Притяжение или отталкивание электрически нейтральных про­водников при пропускании через них электрического тока называют магнитным взаимодействием токов.

МП обнаруживается по действию на проводник с током, действуя на все участки проводника, с силой, которая получила название силы Ампера. Сила Ампера – это сила, с которой МП действует на проводник с током.

На проводник с током в магнитном поле действует сила, которая получила название силы Ампера. Направление этой силы можно найти при помощи правила левой руки. Математическая запись име­ет следующий вид: Fa = IBLsinA,

где I- сила тока в проводнике; В - магнитная индукция; L - длина проводника; A - угол между направлением проводника и направле­нием вектора магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого отрезка:

Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл) 1 Тл=1Н/А∙м

Физический смысл: модуль вектора магнитной индукции равен 1 Тл, если на проводник длиной 1 м и силой тока в 1 А, действует сила равна 1 Н.

Рассмотрим прямолинейный проводник с током. Пусть вектор магнитной индукции B составляет угол a с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. Поэтому модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора В, перпендикулярной проводнику, т.е. от B=B sin a , и не зависит от составляющей В, направленной вдоль проводника.

Закон Ампера. Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции, модуля силы тока, длины участка проводника и синуса угла между магнитной индукцией и участком проводника. Fa = I |B|l sina

Направление силы Ампера можно определить, используя правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, 4 сомкнутых вытянутых пальца были направлены по току в проводнике, то отогнутый на 90º большой палец укажет направление силы Ампера.

Решение задач

1. В какую сторону покатится легкая алюминиевая трубочка при замыкании цепи.

2. На рисунке изображены два оголенных проводника, соединенных с источником тока, и легкая алюминиевая трубочка АВ. Вся установка находится в магнитном поле. Определите направление тока в трубочке АВ, если в результате взаимодействия этого тока с магнитным полем трубочка катится по проводникам в направлении, указанном на рисунке. Какой полюс источника Тока является положительным, а какой - отрицательным?

3. Какая сила действует на каждый метр длины воздушных про­водов троллейбусной линии, расположенных на расстоянии 52 м друг от друга, если сила тока в проводах - 2000 А? (Ответ: 1,5 Н.)

4. Вычислите индукцию магнитного поля на расстоянии 10 м от длинного прямого проводника при силе тока в проводнике 20 А. [Ответ: 4\0'5 Тл.)

5. Вычислите индукцию магнитного поля внутри цилиндриче­ской катушки длиной 10 м, содержащей 200 витков провода, при силе тока в катушке 5 А. (Ответ: 1,310~2 Тл.)

6. Определите, в какую сторону движется каждый из проводников, изображенных на рисунке. Определите направление силы, действующей на проводник с током со стороны магнитного поля. См. рисунки.

7.Определите направление силы тока в проводнике, находящемся в магнитном поле

​​​​​​​

/data/files/s1657191604.JPG (960x720)

Задачи повышенной сложности:

1. В вертикально однородном магнитном поле на двух тонких лентах горизонтально подвешен проводник длиной 20 см и массой 20,4 г. Индукция магнитного поля равна 0,5 Тл. На какой угол от вертикали отклонятся ленты, если сила тока в проводнике равна 2 А. (Ответ: 45°.)

2. Прямолинейный проводник массой 2 кг и длиной 50 см поме­щен в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индук­ции. Индукция поля равна 15 Тл. Какой силы ток должен проходить по нему, чтобы он висел не падая? {Ответ: 2,7Тл.)

3. Проводящий стержень лежит на горизонтальной поверхности перпендикулярно однородному горизонтальному магнитному полю с индукцией 0,2 Тл. Какую силу в горизонтальном направлении нужно приложить перпендикулярному проводнику для его равномерного по­ступательного движения? Сила тока в проводнике - 10 А, масса - 100 г, длина - 25 см, коэффициент трения - 0,1. (Ответ: 0,548 Н или 0,402 Н.)

5. Подведение итогов урока

Однажды известный физик и математик Ампер шел по улице и высчитывал что-то в голове. Вдруг он увидел перед собой черную доску, такую же, как в аудитории. Обрадовавшись, он подбежал к ней, достал кусочек мела, который всегда имел при себе, и начал писать формулы. Доска, однако, сдвинулась с места. Ампер, не осознавая того, что делает, последовал за ней. Доска набирала скорость. Ампер побежал. Очнулся он только тогда, когда услышал неудержимый смех прохожих. Но теперь ученый заметил, что доска, на которой он писал формулы, - это задняя стенка черной кареты.

Помните слова Конфуция «Тот, кто учится не размышляя, впадет в заблуждение. Тот, кто размышляет, не желая учиться, окажется в затруднении».й

6. Домашнее задание § § 3-5, ЗР № 839 (а, б, в, г), 840, №842

Список использованной литературы:

Касьянов В.А. Иллюстрированный Атлас по физике: 11 класс. –М.: Издательство «Экзамен», 2010

Марон Е.А. Опорные конспекты и разноуровневые задания. Физика 11 класс. – СПб.: ООО «Виктория плюс», 2013

Мякишев Г.Я. Физика, 11 класс: учеб. для общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни. – М.: Просвещение, 2012

Гильберт Уильям https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B1%D0%B5%D1%80%D1%82,_%D0%A3%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D1%8F%D0%BC