Магнитное поле опорный конспект 11 класс

Обновлено: 07.07.2024

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.

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;

Ход урока

Организационный момент.

Вхождение в тему.

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

Изучение нового материала

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 .

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

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.

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 (  30 0 С). Уменьшая расстояние, видим увеличение угла отклонения стрелки.

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

Опыт Ампера

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.

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.

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

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?

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

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

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.

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:

№ 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.

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.

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

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

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:

магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются ( рис. 1 ).

Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом ( рис. 2 ). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.

На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.

В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему ( рис. 4 ). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.

Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток ( рис. 5 ). Направление линий определяется правилом правого винта:

Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6 , аналогична таковой для плоского магнита ( рис. 3 ). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа ( рис. 7 а, б).

Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:

Если смотреть вдоль оси соленоида, то текущий по направлению часовой стрелки ток создает в нем магнитное поле, направление которого совпадает с направлением движения правого винта ( рис. 8 )

Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6 , северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.

Направление силы определяется правилом левой руки:

Если четыре вытянутых пальца левой руки расположить по направлению тока в проводнике, а ладонь — перпендикулярно вектору B, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник ( рис. 9 ).

Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.

Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

План-конспект урока по физике в 11 классе

Образовательные: повторение, углубление и систематизация имеющихся у учащихся сведений о магнитных явлениях и магнитном поле;

Развивающие : формирование научного мировоззрения учащихся, акцентируя внимание о материальности магнитного поля на основе рассмотрения действия магнитного поля на заряды и токи

Воспитательные: воспитывать сознательное отношение к учебе и заинтересованность в изучении физики.

2.Обьяснение нового материала

В природе существуют природные соединения металлов, которые обладают свойством притягивать к себе некоторые другие тела. Это означает, что они создают вокруг себя поле. Такое поле принято называть магнитным полем . Тела, длительное время сохраняющие свою намагниченность, называются постоянным магнитом, или магнитом .

Возьмем магнит прямоугольной формы и приблизим его к мелким частицам железа. Мы увидим, что они прилипают только к двум концам магнита. Те места магнита, где обнаруживается наибольшее магнитное действие, называются полюсами постоянного магнита. Постоянный магнит имеет два магнитных полюса: северный (N) и южный (S) Если две магнитные стрелки приблизить друг к другу, то магниты притягиваются разноименными полюсами и отталкиваются одноименными. Это означает, что между намагниченными телами существует сила взаимного действия. Действующие силы характеризуются через силовые линии магнитного поля.

Силовые линии магнитного поля увидеть невозможно. Однако с помощью следующего опыта мы сможем получить представление о расположении (направлении) магнитных силовых линий. Для этого картонную бумагу равномерно покроем железными опилками и положим ее на поверхность плоского магнитного стрежня. Если несколько раз осторожно встряхнуть картонную бумагу, то железные опилки примут вид, как показано на рис. . На рисунке видно, что опилки на картоне собираются плотнее у концов магнита, а между полюсами их меньше.

Картина распределения железных опилок показывает положение силовых линий, связывающих магнитные полюсы. Силовыми линиями магнитного поля принято считать замкнутые кривые, которые выходят из северного полюса, а входят в южный полюс магнита . Поля с замкнутыми силовыми линиями называются вихревыми полями. Значит, магнитное поле является вихревым полем. Этим свойством силовые линии магнитного поля отличаются от силовых линий электрического поля.

Физическая величина, характеризующая величину силовых линий определенной точки магнитного поля, называется индукцией магнитного поля . Индукция магнитного поля является векторной величиной и обозначается буквой B .

Единицей измерения индукции магнитного поля в системе СИ в честь сербского физика Никола Тесла принято называть тесла (Тл).

Ф= B · Δ S .

Если индукционные линии магнитного поля создают с поверхностью определенный угол α (рис. 1.4), то поток магнитной индукции, проходящий через поверхность, будет зависеть от этого угла , т.е.:

Ф= B · S cosα

Здесь α – угол между вектором B и нормалью n к поверхности.

В системе СИ единицу магнитного потока назвали в честь немецкого физика Д. Вебера – вебер (Вб).

1 Вб = 1 Tл · 1 м 2 .

Магнитное поле, проходящее сквозь перпендикулярно расположенную площадь 1 м 2 к линиям индукции магнитного поля, равной 1 Тл, составляет 1 Вб.

3.Решение задач

1. Силовые линии однородного магнитного поля с индукцией 20 мТ падают под углом 60° на прямоугольную рамку длиной 4 см и шириной 3 см. Определите магнитный поток, проходящий сквозь рамку?

Кольцо радиусом 4 см расположено перпендикулярно индукционным линиям однородного магнитного поля с индукцией 0,5 Тл. Найдите магнитный поток, проходящий через кольцо.

3.Магнитный поток, проходящий через рамку из проволоки с поперечным сечением 250 см 2 , равен 87 мВб. Если магнитная индукция данного однородного магнитного поля равна 4 Тл, то какой угол составляют линии магнитной индукции с поверхностью?

На этом уроке мы вспомним, что называют магнитным полем. Выявим причины его возникновения и способы обнаружения. Познакомимся с опытами Андре Мари Ампера и Ханса Кристиана Эрстеда.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Магнитное поле, его свойства"

«Исследования Ампера… принадлежат к

числу самых блестящих работ,

Джеймс Клерк Максвелл

Известные с древних времен явления притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита напоминают явление взаимодействия разноименных и одноименных электрических зарядов.

Известно, что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Однако долгое время оставался неразрешимым вопрос о том, могут ли между электрическими зарядами существовать силы иной природы? Рассмотрим опыт, проведенный французским физиком Андре-Мари Ампером в 1820 году.

Ампер взял два гибких провода и укрепил их вертикально, а затем присоединил нижние концы проводов к полюсам источника тока. При таком подключении с проводниками не обнаруживалось никаких изменений. Проводники заряжались от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. Поэтому кулоновские силы никак не проявляются.

Затем Ампер замкнул другие концы проводников небольшой проволочкой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления. Оказалось, что при таком подключении проводники начинают отталкиваться друг от друга. Если же поменять направление токов так, чтобы они текли в одном направлении, то проводники начинали притягиваться друг к другу.

Это взаимодействие не может быть вызвано электростатическим полем по следующим причинам. Во-первых, при размыкании цепи взаимодействие проводников прекращается, хотя заряды на проводниках и их электростатические поля остаются. Во-вторых, одноименные заряды (электроны в проводнике) всегда только отталкиваются.

В том же 1820 году Ханс Кристиан Эрстед провел серии опытов. Он располагал проводник над магнитной стрелкой (или под ней) параллельно ее оси. При пропускании тока по проводнику, стрелка начинала отклоняться от своего первоначального положения. При размыкании цепи — стрелка возвращалась в своё первоначальное положение.

Этот опыт наглядно показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, то есть силы, подобные тем, которые действуют на нее вблизи постоянных магнитов.

Поэтому взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

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

Действие магнитных сил было обнаружено в пространстве и вокруг отдельно движущихся заряженных частиц. Русский и советский физик Абрам Фёдорович Иоффе в 1911 году наблюдал отклонение магнитных стрелок, расположенных вблизи пучка движущихся электронов.

Схема его опыта довольно проста. Над и под трубкой, через которую пропускался поток электронов, находились две одинаковые, но противоположно направленные магнитные стрелки, укрепленные на общем кольце, подвешенном на упругой нити. При прохождении в трубке потока электронов магнитные стрелки поворачивались.

Таким образом, многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура или рамки с током, причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.

Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой, тогда их магнитные поля взаимно компенсируются. Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, которое связано с током правилом правого винта (или правилом буравчика): если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Опыт показывает, что если подвесить такой контур на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом. Таким образом, магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом положительная нормаль будет направлена к плоскости контура вдоль продольной оси магнитной стрелки, помещенной в ту же точку магнитного поля. Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса к северному по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки.

Основные выводы:

Вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

На данном уроке мы углубимся в изучение магнитов и магнитного поля, узнаем его силовые характеристики, научимся связывать направление сил, действующих на заряженные частицы в магнитном поле, с направлениями их движения и магнитного поля, а также связывать направление собственного поля проводника и действие на него внешнего поля с направлением протекания тока в проводнике.

Читайте также: