Урок физики в 11 классе по теме «Магнитное поле тока. Взаимодействие токов»

Урок физики в 11 классе по теме «Магнитное поле тока. Взаимодействие токов»

Цели урока: формирование представления учащихся о магнитном поле и его свойствах.

Задачи урока:

образовательные: проследить исто­рию развития взглядов на природу магнетизма; повторить понятия магнитный полюс, маг­нитное поле, силовые линии магнитного поля; познакомиться с опытами Эрстеда и Ампера; со свойствами магнитного поля;

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

воспитательные: формировать умения слушать собеседников..

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

Оборудование для опыта «Невесомая игла»: 2 нитки длинной по 30 см каждая; 2 швейные иголки; прозрачный скотч; чистая сухая стеклянная банка с крышкой, емкостью 1 литр; линейка; маленький плоский магнит.

Опыт: Вдеть нитку в одну из иголок и сложить два конца нитки вместе, чтобы иголка оказалась посередине. Связать два конца нитки в узелок. Приклеить связанные концы скотчем ко дну банки. Банка должна быть таких размеров, чтобы при вытянутой нитке кончик иголки не доставал до ее края примерно 2,5 см.

Проделать предыдущие шаги со второй иголкой и ниткой. Сделать из кусочка скотча петлю клейкой стороной наружу. Приклеить ее к крышке с внутренней стороны. Приклеить к этому свернутому скотчу плоский магнит и положи крышку на стол. Перевернуть банку кверху дном. Закрыть и завинтить крышку. Магнит должен притягивать иголки. Перевернуть банку крышкой вверх. Иголки все равно должны притягиваться к магниту. Если магнит недостаточно сильный, удлинить нитки настолько, чтобы магнитное поле смогло удержать иголки в вертикальном положении.

Демонстрация:

опыта Эрстеда, силовых линий магнитного поля постоянного магнита, магнитного поля прямого тока;

опыт «Невесомая иголка»

«Изучение свойств постоянных магнитов».

Ход урока

Организационный момент.

Учитель: Сегодня мне хотелось бы начать урок словами великого физика: «День, в который вы ничего не узнали, - это потерянный день. Нам так много надо узнать – у нас так мало на это времени». Ребята, как вы думаете, кому принадлежат эти слова? (Ответы учеников) Правильно - это Альберт Эйнштейн. Хотелось бы продолжить его словами «Самое прекрасное, что мы можем испытать, - это ощущение тайны. Она есть источник всякого подлинного искусства и всей науки».

Вхождение в тему.

Учитель. Великий И. Кант как-то сказал: «Без сомнения, всякое наше познание начинается с опыта». Физика — невероятно сложная и интересная наука, полная тайн и загадок даже для самих ученых. Сейчас я вам «покажу волшебство»: прикажу иголкам подняться верх и оторваться от дна банки.

Учитель демонстрирует опыт: проводит рукой над банкой и командуй иголкам подняться. Вначале они не трогаются с места. Затем необходимо перевернуть банку дном вверх. Закрутить крышку и снова «скомандовать» иголкам подняться. Ученики подумают, что иголки свисают вниз просто из-за силы тяжести, но в этот момент учитель должен перевернуть банку обратно крышкой вверх. Иголки останутся в том же положении. Результат: иголки натянут нитки и будут «парить» внутри банки.

Вопрос: Почему так произошло? (Заслушиваются версии учащихся)

Объяснение фокуса: в основе этого фокуса лежит явление магнетизма. Магнит, прикрепленный к крышке банки, притягивает металл, из которого сделаны иголки. Только три металла притягиваются магнитом: железо, кобальт и никель. Иголки сделаны в основном из железа.
Вопрос: На какую тематику был выполнен фокус? В результате обсуждения приходим к выводу, что опыт был выполнен по теме магнитные явления

Слайд 1

Эпиграфом к нашему уроку послужат слова великого ученого Х.-К.Эрстед. «Так как я уже давно рассматривал силы, проявляющиеся в электрических явлениях, всеобщими природными силами, то я должен был отсюда вывести и магнитные действия».

Тему урока «Магнитное поле. Взаимодействие токов»

Изучение нового материала

Слайд 2

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». Теперь мы знаем: вокруг магнита существует магнитное поле.

В пространстве, окружающем намагниченные тела, возникает магнитное поле. Помещенная в это поле маленькая магнитная стрелка устанавливается в каждой его точке вполне определенным образом, указывая тем самым направление поля. Тот конец стрелки, который в магнитном поле Земли указывает на север, называется северным, а противоположный – южным.

Слайд 3

В 1820 г. Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током.

В июле 1820 года ученый провел свой эксперимент, применив более мощные батареи источников тока. Ему удалось обнаружить, что «магнитный эффект электрического тока имеет круговое движение вокруг него», ведь сила действующая между магнитом и проволокой, была направлена не по прямой, соединяющей их, а ей перпендикулярно.

Эрстед также протестировал действие проводников из различных металлов на стрелку. Для этого взял проволоки из платины, золота, серебра, латуни, свинца, железа. Металлы, которые никогда не обнаруживали магнитных свойств, приобретали их, когда через них протекал электрический ток.

Эрстед стал экранировать стрелку от провода стеклом, деревом, смолой, гончарной глиной, камнями, диском электрофора. Экранирование не состоялось. Стрелка упорно отклонялась. Последовал вывод: «Такая передача действия сквозь различные вещества не наблюдалась у обычного электричества и электричества вольтаического».

Слайд 4

Демонстрация опыта Эрстеда.

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

Вывод: вокруг проводника с током существует магнитное поле (магнитное поле действует на стрелку компаса, отклоняя ее).

Эксперимент 2. Расположим перед катушкой компас так, чтобы расстояние между ними было 12 см. Замкнем электрическую цепь. В данном случае отклонение стрелки не наблюдается. При приближении катушки к компасу на расстояние 8 см, наблюдается отклонение стрелки (300С). Уменьшая расстояние, видим увеличение угла отклонения стрелки.

Вывод: Чем дальше от проводника током, тем слабее магнитное поле.

Если нет оборудования можно просмотреть видеофильм «Опыт Эрстеда» https://www.youtube.com/watch?v=qR0qmkQroVQ&feature=emb_logo (нажав на портрет Эрстеда на слайде можно перейти по ссылке к фильму, необходимо подключение к интернету)

Слайд 5

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

Слайд 6

Опыт Ампера

Учитель. Возьмём два гибких параллельных проводника, укрепив их вертикально, а затем присоединим нижними концами к полюсам источника тока. Ничего не наблюдаем. Действия проводников при этом не обнаружится, хотя проводники заряжаются от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. (Видеосюжет «Опыт Ампера» (вызвать видео можно по щелчку на 1-ю картинку на слайде 6 https://www.youtube.com/watch?v=7NHOLF0fdk8&feature=emb_logo)

Вопрос: как ведут себя проводники? (Заслушиваются ответы учеников)

Если концы проводников замкнуть проволокой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга. В случае токов одного направления проводники притягиваются. Взаимодействия между проводниками с током, называют магнитными.

Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Учитель. Магнитное поле – особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися зарядами.

Слайд 7

Давайте рассмотрим свойства магнитного поля.

Свойства магнитного поля:

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

2) В отличие от электрического магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды.

3) Магнитное поле, как электрическое поле, материально, так как оно действует на тела, и следовательно, обладает энергией.

4) Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Слайд 8

Для графического изображения магнитного поля используют магнитные линии. Магнитные линии магнитного поля всегда замкнуты.

Слайд 9

Эксперимент № 3 «Изучение свойств постоянных магнитов».

Цели: получение картинок силовых линий магнитного поля вокруг постоянных магнитов.

Положите лист картона на полосовой магнит и равномерно посыпьте его железными опилками. Не двигая магнит и картонку, осторожно постучите по картонке, чтобы опилки могли перемещать­ся. Обратите внимание, как выстроились опилки на листе. Сделайте рисунок в тетради. Получите картину магнитного поля двух полосовых магнитов, расположенных параллельно друг другу.

Вопрос: Что можно сказать о линиях магнитного поля?

Слайд 10

В 1600 г. вышла книга английского ученого У. Гильберта «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». В ней автор описал уже известные свойства магнита, а также собственные от­крытия.

Слайд 11

Учитель. Еще раньше узнали, что магнит всегда имеет два полюса. Они были названы по имени частей света - северный полюс и южный полюс. В числе свойств магнита Гильберт указывал на то, что оди­наковые полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Гильберт предполагал, что Земля представляет собой большой магнит. Чтобы подтвердить это предположение, ученый проделал специальный опыт. Он выточил из естественного магнита большой шар. Приближая к поверхности шара магнитную стрелку, он пока­зал, что она всегда устанавливается в определенном положении, так же как стрелка компаса на Земле.

Гильберт описал явление магнитной индукции, способы намаг­ничивания железа и стали и т. д. Книга Гильберта явилась первым научным исследованием магнитных явлений

Гильберт создал первую теорию магнитных явлений. Он установил, что любые магниты имеют по два полюса, при этом разноименные полюсы притягиваются, а одноименные отталкиваются. Гильберт также исследовал электрические явления, впервые применив этот термин. Он заметил, что многие тела так же как и янтарь после натирания могут притягивать маленькие предметы, и в честь этого вещества назвал подобные явления электрическими (от лат. ēlectricus — «янтарный»). В 1964 году Международный астрономический союз присвоил имя Гильберта кратеру на видимой стороне Луны. В честь Уильяма Гильберта названа единица измерения магнитодвижущей силы в системе СГС — гильберт (обозначение: Гб, Gi).

Слайд 12

В 1824 г. Араго открыл "магнетизм вращения" - действие вращающейся металлические пластинки на магнитную стрелку, установил связь между полярными сияниями и магнитными бурями.

Слайд 13

Знаменитый французский физик Д. Араго (1786-1853) в своей ра­боте «Гром и молния» описывает интересный случай: «В июне 1681 г. корабль «Королева», находившийся в сотне миль от берега в откры­том море, был поражен молнией, которая причинила значительные повреждения в мачтах, парусах. Когда наступила ночь, то по положе­нию звезд выяснилось, что из трех компасов, имевшихся на корабле, два показывали на юг, а третий - на запад».

Араго описывает также случай, когда молния, ударившаяся в дом, сильно намагнитила в нем стальные ножи, вилки и другие предметы.

В начале XVIII в. было установлено, что молния представляет собой электрический ток, идущий через воздух. Поэтому факты мог­ли подсказать, что всякий электрический ток обладает какими-то магнитными свойствами. Однако обнаружить это удалось только в 1820 г. Эрстеду.

Слайд 14

В Средние века изучение магнитных явлений приобретает прак­тическое значение. Это происходит в связи с изобретением компаса.

Уже в XII в. в Европе стал известен компас как прибор, с помо­щью которого можно определить направление частей света. О ком­пасе европейцы узнали от арабов, которым было уже к этому време­ни известно свойство магнитной стрелки. Еще раньше, вероятно, такое свойство знали в Китае. Начиная е XII в. компас все шире применялся в морских путеше­ствиях для определения курса корабля в открытом море.

Практическое применение магнитных явлений приводило к необ­ходимости их изучения. Постепенно выяснялся целый ряд свойств магнитов.

Закрепление материала.

Решение задач:

Слайд 14

№ 1. В романе Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» есть такое место: «…Негоро положил под компас железный брусок. Железо притянуло к себе стрелку компаса… стрелка сместилась на четыре румба… После того как из-под нактоуза был убран железный брусок, стрелка компаса заняла вновь нормальное положение и указывала своим остриём прямо на магнитный полюс». Объясните описанное явление. Ответ: Вследствие магнитной индукции в железном бруске на конце, ближайшем к полюсу магнитной стрелки, был наведён противоположный полюс и стрелка притянулась к бруску.

№ 2. В книге одного из первых исследователей земного магнетизма Уильяма Гильберта описан следующий опыт: Если бить молотком по железной полосе, расположенной с севера на юг, то она намагнитится. Объясните это явление. Укажите, как будут расположены северный и южный полюсы на намагнитившейся таким образом полосе. Ответ: На конце полосы, обращённом к северу, возникнет северный полюс, а на другом конце южный.

№ 3. Можно ли на Луне ориентироваться с помощью магнитного компаса? Ответ: Нет. На Луне нет магнитного поля.

№ 4. Почему стальные оконные решётки с течением времени намагничиваются? Ответ: Намагничивание железных вертикальных предметов в магнитном поле Земли доказывает, что индукция этого поля имеет вертикальную составляющую.

Итог урока.

Учитель. Изучение явлений – это достаточно долгий и тернистый путь – от гипотез, догадок, интуиции, наблюдений, через опыты к выводам. То есть источником физических знаний являются наблюдения и опыты.

Рефлексия.

Ученики оценивают свою работу на уроке и качество усвоения материала по методу «Лестница успеха». Каждый ученик определяет свой успех. Название ступеней лестницы:

1-я ступень – урок трудный, я совсем не уверен в своих силах, нужна помощь.

2-я ступень – урок трудный, я не со всем справился, нужна помощь.

3-я ступень – урок трудный, но я почти со всем справился, не нуждаюсь в помощи.

4-я ступень – урок не трудный, я справился почти со всем, помощь не нужна.

5-я ступень – урок не трудный, я уверен в своих силах, помощь не нужна

Домашнее задание § 1,2

Список использованной литературы:

Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике: 11 класс. – М.: ВАКО, 2011

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

Презентация к уроку
PPTX / 13.33 Мб