Тема: Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные

Тема: Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии.9класс
Цель:
1. Раскрыть существование магнитного поля вокруг движущихся заряженных частиц.
Дать его понятие.
2. Сформировать умение объяснить механизм взаимодействия между заряженными
телами.
3. Развивать умение наблюдать, обобщать, сопоставлять результаты экспериментов.
4.
Продолжить
формирование
умений
пользоваться
теоретическими
и
экспериментальными методами физической науки для обновления выводов по
изучаемой теме.
Демонстрации:
источник тока, проводники (соединительные провода, магнитная стрелка, реостат,
лист картона, железные опилки, магнит.
План урока
Содержание
Методы и приемы
Время
1. повторение основных законов и
карточки
10 мин
формул из последних изученных тем. беседа
2. изучение нового материала.
наглядные пособия, рассказ,
25 мин
опыты, беседа, доклад
3. закрепление.
беседа
7 мин
4. задание на дом.
запись на доске
3 мин
1. На доске записать тему и план урока:
I. Магнитное поле.
1. Магнитные силы.
2. Магнитная стрелка.
3. Опыт Эрстеда.
4. Объяснение опыта Эрстеда.
5. Понятие о сущности магнитного поля.
II. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии.
1. Способ обнаружения магнитного поля вокруг проводника с током.
2. Линии магнитного поля.
3. Направление тока и направление магнитных линий его магнитного поля.
а) правило буравчика
б) по направлению тока
К доске вызываю 4-х учеников для работы по карточкам, а с остальными работаю по
формулам.
Закон Ома
I = U/R;
U = IR;
R = U/I
Сопротивление
проводника
l
R = ρ —;
S
Последовательное
соединение
Параллельное
соединение
RS
ρ = ——;
l
RS
l = ——;
ρ
R = R1 + R2;
R1R2
R = ———;
R1 + R2
Работа электр.
A = Uq;
тока
Мощность
p = A/t;
Закон Джоуля-Ленца
l
S=ρ—
R
I = I1 = I2;
I = I1 + I2;
U = U1 + U2
U1 = U2 = U
A = IUt
p = IU;
Q = I2Rt
I =p/U;
U = p/I
2. I. При изучении явления взаимодействия наэлектризованных тел было установлено,
что в пространстве, окружающем электрический заряд, существует электрическое
поле. Под действием его происходит движение заряженных частиц. (эл. ток)
В цепи, где существует электрический ток, наблюдаются различные явления:
тепловые, химические и магнитные. Магнитные явления существуют всегда, когда
существует электрический ток. Основные магнитные явления: притяжение,
отталкивание.
Если ток по двум параллельно расположенным проводникам течет в одну сторону, то
притяжение, если в разные – отталкивание.
Приводит к тому, что между ними возникают силы взаимодействия, такие силы
называются магнитными силами.
Напомним: магнитная стрелка – основная часть компаса, имеет два полюса: северный и
южный, ось магнитной стрелки – линия, соединяющая концы магнитной стрелки.
Свойство магнитной стрелки - ориентироваться приблизительно по земному меридиану,
это было замечено свыше двух тысяч лет назад.
В течение веков развитие учения об электричестве и магнетизме происходило
независимо. Хотя издавна было замечено сходство электрических и магнетических
явлений: притяжение, отталкивание. Процесс формирования единого учения,
завершившийся созданием теории электромагнитного поля Максвелла, начался с
открытия датского ученого Эрстеда.
Ученик делает доклад о биографии Эрстеда.
Научные интересы ученого были разносторонними. Эрстед глубоко проникся
идеей о единстве сил природы, уже в 1812 – 1813 гг. высказал идею о возможной связи
электрического тока и магнетизма. Однако обнаружить такую связь ему удалось только в
1820 г., когда вовремя лекционной демонстрации было отмечено действие тока на
магнитную стрелку. Издал об этом брошюру, разослал ученым, они повторили его опыт.
Свои опыты с магнитными стрелками Эрстед излагает в работе: «Опыты,
относящиеся к действию эл-го конфликта на магнитную стрелку».
Рассмотрим опыт Эрстеда.
Показать опыт, объяснить что показываю
Ток и магнитная стрелка взаимодействуют между собой.
Как сам Г. Х. Эрстед объяснял свой опыт:
Электрический конфликт действует только на магнитные частицы вещества. Все не
магнитные тела проницаемы для электрического конфликта. Однако магнитные тела или,
лучше сказать, магнитные частицы этих тел сопротивляются прохождению этого
конфликта, так что они оказываются увлеченными столкновением противоположных
действий. Согласно изложенным фактам, электрический конфликт, по-видимому, не
ограничен проводящей проволокой, но имеет довольно обширную сферу активности
вокруг этой проволоки («Классики физической науки»).
Но это объяснение ошибочно. Как же все-таки правильно объяснить обнаруженное
явление? Мы знаем, что вокруг наэлектризованного тела существует электрическое поле.
Действием электр. поля одного наэлектр-го тела на другое объясняется явление
взаимодействия двух наэлектр-х тел.
Опыт Эрстеда навел ученых на мысль о существовании вокруг проводника с эл.
током магнитного поля. Оно и действует на стрелку, отклоняет ее.
Записать в тетради: магнитное поле существует вокруг всякого эл. тока, то есть вокруг
движущихся эл-х зарядов.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга, т.е. вокруг
неподвижных эл-х зарядов существует только электр-е поле, а вокруг движущихся, т.е.
электрического тока, существует электрическое и магнитное поле.
Записать в тетради: ток – источник магнитного поля.
II. Опыт с опилками.
Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются
оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля (записать в тетрадь).
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые,
охватывающие проводник. Изобразить магнитное поле графически, рассказать опыт со
стрелками, зарисовать рисунок.
Направление магнитных линий связано с направлением
тока в проводнике.
Способы обнаружения направления магнитного поля прямого тока
1. по «правилу буравчика». Если ввинчивать или вывинчивать винт (буравчик), двигая его
по направлению тока, то вращение ручки буравчика покажет направление магнитных
линий.
2. если смотреть по направлению тока, то магнитные силовые линии будут направлены по
часовой стрелке.
1) В чем состоит опыт Эрстеда?
2) Какая связь существует между магнитным полем и электрическим током?
3) Почему для изучения магнитного поля используют железные опилки?
4) Как располагаются железные опилки в магнитном поле?
5) Что называется магнитными линиями магнитного поля?
Д/з §56,§57. порекомендовать прочесть статью Эрстеда «Опыты, относящиеся к действию
эл. конфликта на магнитную стрелку». Книга «Классики физической науки»
Г. Голин. Выставить оценки.
Литература:
Физика 6 – 7 кл. А. В. Перышкин. М.:Просвещение. – 1980 г.
Элементарная физика. И. П. Гурский. М.: Наука. – 1976 г.
Физика в школе № 6 – 1977 г. стр. 25
Г. Голин. «Классики физической науки». М.: Высшая школа. – 1989 г.
Ганс Христиан Эрстед (1777 – 1851 гг.)
Ганс Христиан Эрстед родился 14 августа 1777 г. в датском городе Руднебинге в семье
аптекаря. Под руководством отца он стал изучать фармацевтику. В 16 лет поступил в
Копенгагенский университет для изучения медицины и естественных наук. Будучи студентом, он
с большим увлечением занимался так же литературой и историей, за работу «Границы поэзии и
прозы» был удостоен золотой медали. После окончания университета в 1797 г. Эрстед был
оставлен в нем преподавателем на кафедре фармацевтики медицинского факультета. В 1806 году
он становится профессором физики. В 1801 г. Эрстед совершил двухлетнее путешествие по
Германии, Франции и Голландии. В 1812 – 1813 гг. он предпринял второе путешествие – в
Германию и Францию, тогда там готовилась к печати его книга «Взгляды на химические законы
природы, благодаря которым получены новые открытия».
В это время он занимается изучением связи между теплотой, светом, электричеством и
магнетизмом. В 1813 году выходит его трактат «Исследование о торжестве электрических и
химических сил». До 1820 г. имя Эрстеда было мало известно в научных кругах. В июле 1820 г.
вышла из печати его брошюра: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на
магнитную стрелку». Эта работа сразу привлекла к себе внимание исследователей и сделала
известным имя датского ученого. Проводя свои опыты, Эрстед обнаружил действие
электрического тока на магнитную стрелку. На первой странице названной работы ученый писал:
«Основной вывод из этих опытов состоит в том, что магнитная стрелка отклоняется от своего
положения равновесия под действием вольт-го аппарата и что этот процесс проявляется, когда
контур замкнут, и он не проявляется, когда контур разомкнут». Называя процесс, происходящий в
проволоке, включенной между полюсами гальванической батареи, конфликтом (а не током),
Эрстед отмечал: «Кроме того, из сделанных наблюдений можно заключить, что этот конфликт
образует вихрь вокруг проволоки».
Ученый проводил опыты с различными металлами, по которым пропускал ток и изучал
влияние разных материалов на характер действия электрического тока на магнитную стрелку. И
вот полученные им результаты: «Природа металла безразлична, и если она имеет какое-либо
значение, то, возможно, только в отношении величины производимого эффекта. Мы принимаем с
одинаковым успехом проволоки из платины, золота, серебра, латуни и железа, свинцовые и
оловянные ленты и ртуть». Действие соед-ой проволоки на магнитную стрелку передается сквозь
стекло, металлы, дерево, воду, смолу, гончарные сосуды и камни. Пластинки из стекла, металла
или дерева, положенные в отдельности или все вместе между проводником и стрелкой, повидимому, не уменьшают заметным образом влияние последних друг на друга… Опыт нам
показал, что тот же эффект получается, если стрелка помещена в латунный ящик, наполненный
водой».
Эрстед наблюдал также вращение подвешенной к проволоке электр. цепи, состоящей из
батарейки и замыкающих ее проводников, при приближении к ней магнита. Открытие Эрстеда
вызвало цепную реакцию исследований по электромагнетизму. А. М. Ампер, Д. Ф. Араго, Ж. Л.
Гей-Люссак установили возможность намагничивания током. Д. Ф. Араго, кроме того, выяснил,
что проводник с током притягивает железные опилки и что магнитное действие усиливается, если
проводник свернуть в спираль. А. М. Ампер исследовал взаимодействие токов, способность
ориент-и токов под влиянием постоянных магнитов и магнитного поля земли. Им было изучено
действие магнитного поля на рамку с током, что побудило его высказать гипотезу о молекул.
токах для объяснения магнитных свойств веществ. Ж. Б. Био и Р. М. Савар представили
Парижской академии мемуары, где был сформулирован закон действия элемента тока на
магнитный полюс, удаленный на некоторое расстояние от проводника.
Опыты Эрстеда увлекли и М. Фарадея. Вскоре он выполнил эксперименты по вращению
магнита вокруг проводника с током, а в 1831 году им была решена одна из главных задач его
исследований – «превратить магнетизм в электричество», т.е. было открыто явление
электромагнитной индукции. Эрстед вел активную переписку с учеными разных стран. Эти
письма свидетельствуют о большом научном интересе их автора, о его пристальном внимании к
научно-прикладным проблемам. В 1823 г. Эрстед и Фурье построили первую термоэлектрическую
батарею, состоящую из 3 пластин сурьмы, чередовавшихся с тремя пластинами висмута, и
показали, что термоэлектрический эффект обладает свойством суперпозиции. В 1830 г. ученый
написал для Эдинбургской энциклопедии статью «Термоэлектричество», в которой дал
исторический обзор наблюдений над намагничиванием железа действием статических зарядов.
В 1825 г. Эрстед впервые в мире выделил в свободном состоянии алюминий. Эрстед был
разносторонне одаренным человеком. Наряду с научной деятельностью он занимался поэзией,
искусством, был прекрасным лектором, вел преподавательскую работу. С 1829 г. он был
директором основанной им политехнической школы, в 1840 – 1841 гг. – ректором
Копенгагенского университета. Умер Эрстед 9 марта 1851 г.
Уже после его смерти вышло в свет шеститомное собрание сочинений (1850-1854 гг.), куда
вошли его работы по физике, искусству и стихотворные произведения. Высоко оценивали
научные заслуги Эрстеда его коллеги-ученые различных стран. Так, говоря о значении опытов
Эрстеда, Ампер писал: «Ученый, датский профессор своим великим открытием проложил
физикам новый путь исследований. Эти исследования не остались бесплодными, они привели к
открытию множества фактов, достойных внимания всех, кто интересуется прогрессом науки.
Отдавая дань уважения заслугам Эрстеда, общее собрание Санкт-Петербургской академии
наук (29 декабря 1830 г.) избрало его иностранным почетным членом академии. Именем ученого
названа единица напряженности магнитного поля в системе СГС и СГСМ.