Магнитное поле тока - Электромагнитные явления

Цели: сформировать у учащихся научные представления о магнитном поле и установить связь между электрическим током и магнитным полем.

Демонстрации: действие магнитного поля прямого проводника с током на магнитную стрелку; магнитные спектры прямого и кругового проводников с током; усиление магнитного поля катушки при введении железного сердечника.

Ход урока

I. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Простейшие свойства магнитных материалов.

2. Связь электрических и магнитных явлений.

3. Магнитное поле. Определяющие свойства магнитного поля.

4. Направление и линии магнитного поля.

1. Магнетизм, как явление, известен, по крайней мере, с пятого века до нашей эры, но изучение его сущности продвигалось очень медленно. Еще древние греки знали, что существует особый минерал - камень из Магнесии (область в древнегреческой Фессалии), способный притягивать небольшие железные предметы.

Однако впервые свойства магнита были описаны лишь в 1269 году. А первой крупной работой, посвященной исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта «О магните», вышедшая в 1600 году.

На основании опытных исследований Гильберт установил простейшие свойства магнитных материалов:

а) магнитное притяжение и отталкивание присущи только некоторым телам: железной руде, железу, стали и некоторым сплавам;

б) магнит имеет по крайней мере два полюса: северный и южный;

в) одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные - притягиваются;

г) свободно подвешенный магнит ориентируется определенным образом , относительно стран света.

2. Необходимо обратить внимание учащихся на то, что магнитные взаимодействия рассматривались первоначально как совершенно не связанные с электрическими. Хотя еще в далекие времена было замечено, что молния перемагничивает компасы на кораблях, намагничивает стальные предметы.

Прямое экспериментальное обнаружение связи между электрическими и магнитными явлениями произошло благодаря счастливой случайности: когда Эрстед читал лекцию о постоянных токах, он обратил внимание на то, что магнитная стрелка, находившаяся вблизи проводника, повернулась при включении тока.

После того, как были обнаружены взаимодействия магнита с магнитом и электрического тока с магнитом, возник вопрос: будет ли иметь место магнитное взаимодействие между электрическими токами?

Положительный ответ на этот вопрос был получен Ампером, который экспериментально обнаружил, что параллельные проводники с токами взаимодействуют друг с другом.

3. Магнитное поле. На основании опытов необходимо подвести учащихся к следующему выводу: в пространстве вокруг проводника с током возникают силы, действующие на движущиеся заряды и на магнитную стрелку.

Эти силы получили название магнитных. Таким образом, магнитным полем мы будем называть то состояние пространства, которое дает себя знать действием магнитных сил.

Определяющие свойства магнитного поля таковы:

а) магнитное поле порождается магнитами и токами;

б) магнитное поле обнаруживается по действию на магниты и токи.

4. Из опытов видно, что магнитная стрелка, которая может свободно вращаться вокруг своей оси, всегда устанавливается, ориентируясь определенным образом, в данной области магнитного поля. Исходя из этого, вводится понятие о направлении магнитного поля в данной точке. Необходимо запомнить, что направление, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки, является направлением магнитного поля в данной точке.

Используя железные опилки, следует показать учащимся спектр магнитного поля прямого тока и ввести понятие о линиях магнитного поля.

Линиями магнитного поля являются линии, проведенные так, что касательные к ним в каждой точке указывают направление поля в этой точке.

После введения понятия линий магнитного поля надо показать графическое изображение магнитных полей и ввести правило для определения направления линий магнитного поля. Например, правило «обхвата» правой рукой: если правой рукой мысленно «обхватить» проводник так, чтобы большой палец был направлен по току, то четыре пальца покажут направление линий магнитного поля.

При этом следует обратить особое внимание учащихся на отличие линий магнитного поля от силовых линий электрического поля: линии магнитного поля либо замкнуты, либо начинаются и заканчиваются на бесконечности.

Разумеется, необходимо объяснить, что линии магнитного поля реально не существуют, они всего лишь удобный способ его описания.

II. Закрепление изученного

С целью закрепления материала в конце урока можно коллективно обсудить ряд качественных вопросов и задач по изученной теме:

- Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?

- Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока? Почему?

- Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока?

- Каким образом можно узнать, есть ли ток в проводе, не пользуясь амперметром?

- Турист нашел в лесу стальное полотно ножовки.- Как он может определить, намагничено ли это полотно, если у него нет с собой предметов из магнитных материалов?

Домашнее задание

1. § 56,57 учебника; вопросы к параграфам.

2. Сб. задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1459, 1462, 1463, 1464.