ГлавнаяНазадСкачать архив

Тема урока: Вектор магнитной индукции — основная характеристика магнитного поля. Сила Ампера.

Цели урока: Сформировать понятия о магнитной индукции, о линиях магнитной индукции, о вихревом характере магнитного поля.

                          Ввести понятие «Сила Ампера». Показать как найти направление силы Ампера.

Продолжить развитие знаний учащихся о взаимодействии тел (взаимодействие двух неподвижных заряженных частиц, проводни­ков с током; силы взаимодействия между ними, механизм взаимо­действия), о свойствах магнитного поля (порождается движущими­ся зарядами, обнаруживается по его действию на ток), об индика­торах магнитного поля (рамка с током, магнитная стрелка). Провести сравнение линий индукции магнитного поля и силовых линий элек­трического поля.

Научить учащихся применять формулу магнитной индукции в простейших случаях.

В целях формирования научного мировоззрения подчеркнуть реальность и объективность существования магнитного поля, ука­зав экспериментальные факты, доказывающие это положение.

Методы обучения: Беседа. Демонстрация опытов. Наблюдение явлений. Обобщение наблюдений. Выдвижение гипотезы. Теоретическое предвидение. Эксперимент.

Применение теории на практике. Ре­шение задач. Запись на доске и в тет­радях.

Оборудование: Демонстрационное: самодельные приборы по взаимодейст­вию параллельных токов, индикатор магнитного поля, демонстрационная магнитная стрелка, кодоскоп, набор самодельных диапозитивов.

Литература: 1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев  Физика 10 кл. –                 М.:Просвещение 1992.

2.     В.Г. Разумовский, Л.С. Хижнякова. Современный урок физики в средней школе. – М.: Просвещение, 1983.

3.     Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе /Под ред. А. А. Покровско­го. — М.: Просвещение, 1978.

4.     Методика преподавания физики в 8 – 10 классах средней школы. Ч. 2/Под ред. В.П. Орехова, А.В. Усовой и др. – М.: Просвещение 1980.

Структура урока:1. Организационный момент………………………2 мин.

2. Повторение ……………...………………………….15 мин.

Взаимодействие неподвижных и движущихся заряженных частиц.

Магнитное взаимодействие.

Магнитная сила.

Магнитное поле. Его основные свой­ства.

3. Изучение нового материала……………………….20 мин.

Вектор магнитной индукции.

Направление этого вектора.

Модуль вектора магнитной индукции (формула).

4. Закрепление………………………………………..6 мин.

5. Задание на дом……………………………………….2 мин.

 

Ход урока.

 1.Организационный момент.

 

1)     Приветствия учащихся.

2)     Сообщение темы и целей урока.

 

2. Повторение.

 

Учитель. На сегодняшнем уроке предстоит найти количе­ственную характеристику магнитного поля. Но прежде чем приступить к этому, повторим, что мы уже знаем о магнитном поле. Кто объяснит, как взаимодействуют между собой две неподвижные (в соответствующей системе отсчета) заряженные частицы?

Ученик. Согласно теории близкодействия каждая заряженная частица окружена электростатическим полем. Поле первой ча­стицы действуете некоторой силой на вторую заряженную частицу, и наоборот, поле второй частицы действует с силой на первую. (Во время ответа ученика с помощью кодоскопа на малом экране демонстрируются рисунки, подобные рисунку 66 учебника.) 

Учитель. Как взаимодействуют параллельные токи. Продемонстрируйте это взаимодействие. (Учитель вызывает ученика, который с помощью самодельного прибора по рисункам 120 - 122 учебника (описание прибора дается в книге: Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе /Под ред. А. А. Покровско­го. —М.: Просвещение, 1978.—Ч. 1, с. 300) демонстрирует опыт, доказывающий, что при одинаковых направлениях токов парал­лельные проводники притягиваются, а при противоположных на­правлениях отталкиваются.)

Учитель. Какова природа наблюдаемого взаимодействия?

Ученик. Поскольку разность потенциалов между заряжен­ными проводниками от источника тока равна нескольким вольтам, кулоновские силы незначительны и они не проявляются. Следова­тельно, силы взаимодействия между параллельными проводниками с током имеют иную, некулоновскую природу. Эти силы появляются вследствие упорядоченного движения заряженных частиц. Они на­зываются магнитными силами. Взаимодействия между проводни­ками с током называются магнитными. Таким образом, между дви­жущимися электрическими   зарядами существуют магнитные взаимодействия.

Учитель. Каков механизм магнитного взаимодействия?

Ученик. Согласно теории близкодействия вокруг каждого проводника с током существует магнитное поле. Магнитное поле первого проводника действует с некоторой силой на второй проводник, а магнитное поле второго проводника действует на первый.

(Во время ответа ученика на доске с помощью кодоскопа демон­стрируются рисунки 120—122 из учебника.)

Учитель. Что такое магнитное поле?

Ученик. Магнитное поле — фундаментальное, первичное понятие. На современной ступени развития науки это понятие нель­зя свести к каким-либо простым, элементарным понятиям.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движу­щимися электрически заряженными частицами.

Учитель. Каковы свойства магнитного поля?

Ученик Основные свойства магнитного поля, устанавливаемые экспериментально, таковы:

1. Магнитное поле порождается током (движущимися заряда­ми). Магнитное поле всегда сопровождает ток. Электрический ток без магнитного поля не существует. 2. Магнитное поле обнаружива­ется по его действию на ток.

Магнитное поле существует реально и объективно (независимо от нас, от наших знаний о нем). Экспериментальным доказатель­ством реальности магнитного поля является факт существования электромагнитных волн.

Учитель. Утверждение о движении или покое, в частности заряженных частиц, зависит, как известно, от выбора системы от­счета. Означает ли это, что одна и та же заряженная частица в одной системе отсчета окружена магнитным полем, а в другой нет?

Ученик. В системе отсчета, относительно которой заряженная частица движется, магнитное поле есть, а в системе отсчета, относительно которой за­ряженная частица покоится, магнитного поля нет.

Учитель. Ток в металлическом проводнике — это направлен­ное движение электродов. Будет ли наблюдаться существование магнитного поля в системе отсчета связанной с электронами проводимости?

Ученик. Да, будет. В этой системе отсчета электроны покоятся, зато в противоположном направлении движутся положительно заряжен­ные ионы. Они и образуют магнитное поле.

Учитель. Что служит индикатором магнитного поля?

Ученик. Для обнаружения и исследования магнитного по­ля используется подвешенная на тонких гибких проводниках, спле­тенных вместе, маленькая плоская рамка, состоящая из нескольких витков изолированной проволоки. (Ученик демонстрирует самодельную рамку) Если через рамку пропустить ток (от аккуму­лятора или от батареи карманного фонаря), то в данном месте пространства около проводника с током или около постоянного маг­нита рамка устанавливается в строго определенном направлении, т. е. магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие.

Другим индикатором магнитного поля является маленькая магнитная стрелка, которая в данной точке поля тоже приобрета­ет строго определенную ориентацию.

Учитель. Из сказанного следует, что величина, характери­зующая поле, должна быть векторной, а направление вектора долж­но быть связано с ориентацией рамки или магнитной стрелки. Что принимается за направление магнитного поля в данной точке?

Ученик. За направление магнитного поля в данной его точ­ке принимается направление нормали к рамке с током, помещенной в этой точке. Направление нормали к рамке связано с направле­нием тока в ней правилом буравчика. Направление магнитного поля определяется также северным полюсом магнитной стрелки, помещенной в данной точке поля.

Учитель. Магнитное поле может обладать разной интен­сивностью. Кроме того, как мы видели, магнитное поле обладает еще и определенным направлением в каждой его точке. Следова­тельно, величина, характеризующая магнитное поле, должна быть векторной величиной. Направление этого вектора совпадает с на­правлением магнитного поля, а модуль его характеризует интен­сивность магнитного поля. Векторную величину, характеризующую магнитное поле, называют вектором магнитной индукции. Вектор магнитной индукции обозначается буквой В, Мы уже говорили, что за направление вектора магнитной индукции в данной точке поля принимается направление магнитного поля в этой точке, т. е. принимается направление нормали к рамке с током, помещенной в этой точке, связанное с направлением тока в рамке правилом буравчика (правого винта), или направление северного полюса магнитной стрелки, помещенной в той же точке. (С помощью кодоскопа демонстрируются поясняющие рисунки 125 — 128  из учеб­ника.)

Направление вектора магнитной индукции В зависит от направ­ления тока. (Демонстрируется ориентация магнитной стрелки, по­ставленной на столик прибора «круговой ток» (см. рис. 218 учеб­ника), при двух противоположных направлениях тока.)

Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить линии магнитной индукции. Линиями магнитной индук­ции называют линии, касательные к которым в каждой их точке направлены так же, как направлен вектор В в этих точках. Кар­тину линий магнитной индукции можно сделать «видимой», вос­пользовавшись мелкими железными опилками. С этим методом мы знакомы из курса физики VIII класса. (С помощью кодоскопа на экран проецируются картины магнитных полей по рисункам 132 — 135 из учебника.)

Линии индукции магнитного поля — замкнутые линии. Этим они отличаются от линий напряженности электростатического поля, которые имеют начало и конец — они начинаются на положитель­ных зарядах и кончаются на отрицательных. (С помощью кодоскопа демонстрируются на экране картины электростатических полей по рисункам 71—74 из учебника.)

Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле — вихревое поле.

Линиям индукции магнитного поля приписывают направление,

определяемое направлением вектора В в каждой точке этих линий.

Направление линий индукции магнитного поля связано с на­правлением тока, породившего это поле, правилом буравчика.

 

3. Изучение нового материала.

 

Учитель. Разобрав вопрос о направлении вектора магнитной индукции, перейдем теперь к определению модуля этого вектора. Выясним экспериментально, от чего зависит сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Это позволит нам дать опре­деление модуля вектора магнитной индукции, а затем найти силу Ампе­ра. Действие магнитного поля на проводник с током будем изучать на установке, изображенной на ри­сунке 136. Свободно подвешенный горизон­тально проводник находится в поле постоянного подковообразного маг­нита. Поле магнита сосредоточено в основном между его полюсами, поэтому магнитная сила действует практически только на часть провод­ника длиной Dl, расположенную не­посредственно между полюсами. Си­ла измеряется с помощью специаль­ных весов, связанных с проводником двумя стерженьками. Она направле­на горизонтально перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.

Увеличивая силу тока в 2 раза, можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличи­вается в 2 раза. Прибавив еще один магнит, мы в 2 раза увеличим раз­меры области, где существует маг­нитное поле, и тем самым в 2 раза увеличим длину части проводника, на которую действует магнитное поле. Сила при этом также увеличи­вается в 2 раза. И наконец, сила Ампера зависит от угла, образован­ного вектором В с проводником. В этом можно убедиться, меняя наклон подставки, на которой находятся магниты, так, чтобы изменял­ся угол между проводником и ли­ниями магнитной индукции. Сила достигает максимального значения Fm, когда магнитная индукция пер­пендикулярна проводнику.

Итак, максимальная сила, дейст­вующая на участок проводника длиной Dl, по которому идет ток, прямо пропорциональна произведению силы тока на длину участка Dl: Fm ~IDl.

Этот опытный факт можно использовать для определения модуля вектора магнитной индукции. Поскольку Fm ~IDl , то отношение Fm /(IDl) не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника. Именно поэтому это отношение можно при­нять за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен участок проводника.

Модулем вектора магнитной ин­дукции назовем отношение макси­мальной силы, действующей со сто­роны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка: В=Fm /(IDl).

Магнитное поле полностью ха­рактеризуется вектором магнитной индукции В. 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. Закон определяющий силу, действующую на отдельный участок проводника (элемент тока), был экспериментально определен в 1820 г. А. Ампером.

Пусть вектор магнитной индукции В составляет угол a  (рис. 137) с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). (За направление элемента тока принимают направле­ние, в котором по проводнику течет ток.) 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*sina, и не зависит от составляющей В , на­правленной вдоль проводника.

Максимальная сила Ампера равна: Fm =IDl. Ей соответствует a=p/2. При произ­вольном значении угла a сила про­порциональна не В, а составляющей B =B*sina. Поэтому выражение для модуля силы F, действующей на малый отрезок проводника Dl, по которому течет ток I, со стороны магнитного поля с индукцией В, со­ставляющей с элементом тока угол  a имеет вид F=B|I|Dlsina. Это выражение называют зако­ном Ампера.

Сила Ампера равна произведе­нию вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводни­ка и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.

Определимся теперь как найти направление силы Ампера. В рас­смотренном выше опыте вектор F перпендикулярен элементу тока и вектору В. Его направление опреде­ляется правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы, перпендикулярная к провод­нику составляющая вектора магнит­ной индукции S входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника. (см. рис. 138).

За единицу магнитной индукции принимается магнитная индук­ция поля, в котором на рамку площадью 1 м2 при силе тока 1 А действует со стороны магнитного поля максимальный момент сил. М = 1Н*1м. Эта единица называется тесла (обозначается Тл) в честь югославского ученого-электротехника Н. Тесла.

             1 Н*м         Н

1 Тл = ---------= 1 ------

             1 А*м2     А*м

При изображении магнитных полей линиями индукции густота этих линий больше в тех местах, где больше модуль вектора маг­нитной индукции.

 

4.  Закрепление.

 

Учитель. Подведем итог. Что нового мы узнали на сегодняш­нем уроке?

Ученик. Изучили новую физическую величину — магнит­ную индукцию. Узнали, что магнитная индукция — векторная вели­чина, определили направление и модуль этой величины.

(Другой ученик дает определение направления и модуля вектора магнитной индукции, единицы ее измерения.)

Ввели понятие о линиях индукций магнитного поля, об их направлении в зависимости от направления тока, образующего магнитное поле. Направление линий индукции связано с направле­нием тока правилом буравчика (правого винта).

Учитель. Для лучшего усвоения изученного материала решим задачи.

1. Упр. 11, № 2, 3 учебника.

2. Задача № 882 из задачника П. А. Рымкевича и др. (рисунок к этой задаче гари помощи кодоскола проецируется на доску).

(Для решения задач вызываются к доске ученики.)

 

5. Домашнее задание.

 

Откройте дневники и запишите задание на дом: § 84, 85, 87 (ча­стично, с. 228), задачи № 879, 880 (устно), 885 (письменно) из «Сборника задач по физике» А. П. Рымкевича.

Подготовьтесь к выполнению лабораторной работы №6, на стр. 212 учебника.

 

[Главная] [Новости] [О себе] [Фото] [Методика] [Уроки] [Мероприятия] [Планирование] [Олимпиады] [Карта сайта] [ЕГЭ] [Ссылки] [Разное] [Юмор]