Конспект урока "магнитное поле и его графическое изображение". Графическое изображение магнитного поля
План конспект урока № 16.
Тема урока: « Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле»
Цели:
Образовательные : установить связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике. Ввести понятие неоднородного и однородного магнитных полей. На практике получить картину силовых линий магнитного поля постоянного магнита, соленоида, проводника по которому течет электрический ток. Систематизировать знания по основным вопросам темы “Электромагнитное поле”, продолжить учить решать качественные и экспериментальные задачи.
Развивающие : активизировать познавательную деятельность обучающихся на уроках физики. Развивать познавательную активность учащихся.
Воспитательные : содействовать формированию идеи познаваемости мира. Воспитывать трудолюбие, взаимопонимание между учениками и учителем.
Задачи:
Образовательная : углубление и расширение знаний о магнитном поле, обосновать связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике.
Воспитательная : показать причинно – следственные связи при изучении магнитного поля прямого тока и магнитных линий, что беспричинных явлений не существует, что опыт- критерий истинности знаний.
Развивающая : продолжить работу над формированием умений анализировать и обобщать знания о магнитном поле и его характеристиках. Вовлечение учащихся в активную практическую деятельность при выполнении экспериментов.
Оборудование: презентация, таблица, проектор, экран, м агнитные стрелки, железные опилки, магнитики, компас .
План урока:
Организационный момент.(1-2 мин)
Мотивация и целеполагание (1-2 мин)
Изучение новой темы(15-30 мин)
4. Домашнее задание.(1-2 мин)
1. Организационный момент.
Встали, подровнялись. Здравствуйте, садитесь.
2. Мотивация и целеполагание.
Каждый из вас наблюдал, как в конце лета, в начале осени многие птицы улетают в теплые края. Перелетные птицы преодолевают огромные расстояния, опасаясь зимних холодов, а весной они возвращаются обратно. Птицы ориентируются по магнитному полю Земли. Так вот сего дня мы поговорим о магнитах, рассмотрим свойства магнита. Вспомним что такое магнитное поле, какие бывают магнитные поля.
3.Изучение новой темы.
История магнита насчитывает свыше двух с половиной тысяч лет.
Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он однажды обнаружил, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть камнем «Магнуса» или просто «магнитом». Но известно и другое предание о том, что слово «магнит» произошло от названия местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии) Слайд 2 . Таким образом, за много веков до н.э. было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в VI в до н.э. греческий физик Фалес. В те времена свойства магнитов казались волшебными. в той же древней Греции их странное действие связывали напрямую с деятельность Богов.
Вот как описывал свойство этого камня древнегреческий мудрец Сократ: « Этот камень не только притягивает железное кольцо- он одаряет своей силой и кольцо, так что оно в свою очередь может притягивать другое кольцо, и таким образом может висеть друг на друге множество колец и кусков железа! Это происходит благодаря силе магнитного камня»
Каковы же свойства магнитов и чем определяются свойства магнитов? Для этого посмотрим опыт. Берем лист бумаги, магнит и железные опилки. Что мы наблюдаем? Видео
Слайд 3
А если взять 2 магнита и поднести их друг к другу одноименными полюсами? как они будут себя вести? А если разноименными полюсами?
Почему куски, железные опилки притягиваются к магниту? Подобно тому как стеклянная палочка притягивает к себе куски бумаги, подобно этому магнит притягивает к себе железные опилки Вокруг магнита существует магнитное поле.
Из курса физики 8 класса вы узнали, что магнитное поле порождается электрическим током. Оно существует, например, вокруг металлического проводника с током. При этом ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника.
Поскольку электрический ток - это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.
Итак запишем определение:
Магнитное поле-это особый вид материи, который создается вокруг магнитов движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.
Слайд 5
Запомните,что если частицы движутся, то создается магнитное поле. Мы сказали что м.п.- это особый вид материи,оно называется особым видом, т.к. не воспринимается органами чувств.
Для обнаружения м.п. используются магнитные стрелки.
Для наглядного представления магнитного поля мы пользуемся магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля). Напомним, что магнитные линии - это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Слайд
Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле.
На рисунке 86, а, б показано, что магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку . Слайд 6
Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Слайд 7
В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг к другу, т. е. гуще, чем в тех местах, где поле слабее. Например, поле, изображенное на рисунке 87, слева сильнее, чем справа. Слайд 8
Таким образом, по картине магнитных линии можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля (т. е. о том, в каких точках пространства поле действует на магнитную стрелку с большей силой, а в каких - с меньшей).
Давайте посмотрим на рис. 88 в учебнике: изображен проводник с током ВС, давайте вспомним что такое эл. ток- движение заряж. частиц, а мы говорили,если частицы движутся,то создается магнитное поле. Давайте посмотрим в точке N будет действовать магнитное поле? Да, будет, т.к. ток течет по всему проводнику. В какой точке А или М магнитное поле будет сильнее? В точке А т.к. она находится ближе к магниту.
Магнитное поле бывает 2х видов: однородное и неоднородное. Давайте рассмотрим эти виды магнитных полей .
Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, идут из бесконечности в бесконечность. Рис. 89
Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на нее поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.
Таким образом, сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.
Слайд 9
Такое поле называется неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.
Еще одним примером неоднородного магнитного поля может служить поле вокруг прямолинейного проводника с током. На рисунке 90 изображен участок такого проводника, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Из этого рисунка видно, что магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.
В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.
Слайд 10.
На рисунке 91 показано однородное поле, возникающее внутри так называемого соленоида, т. е. проволочной цилиндрической катушки с током. Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра (вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита). Из этого рисунка мы видим, что магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой. Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части (см. рис. 89).
Слайд11
Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками (рис. 92), а если из-за чертежа к нам - то точками (рис. 93). Как и в случае с током, каждый крестик - это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка - острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).
Так как же птицы все таки при перелетах ориентируются в пространстве, оказывается Земля окружена магнитным полем. Внутри земли находится большой магнит который создает огромное магнитное поле вокруг земли. А магнит внутри земли это и есть железная руда из которой делают наши постоянные магниты. Ученые гвоорят что у почтовых голубей например внутри тоже находится подобие магнита именно поэтому они так хорошо ориентируются в пространстве.
Домашнее задание.
Параграф 43, 44. упр 34.
Приготовить сообщения на тему: « М.п. Земли», «М.п. в живых организмах», «Магнитные бури» .
Мы знаем, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле . Магнитное поле создает также и постоянный магнит . Будут ли отличаться созданные ими поля? Несомненно, будут. Различие между ними можно увидеть наглядно, если создать графические изображения магнитных полей. Магнитные линии полей будут направлены по-разному.
Однородные магнитные поля
В случае проводника с током магнитные линии образуют замкнутые концентрические окружности вокруг проводника. Если посмотреть на проводник с током и образованное им магнитное поле в разрезе, то мы увидим набор кругов различного диаметра. На рисунке слева изображен как раз проводник с током.
Действие магнитного поля будет тем сильнее, чем ближе к проводнику. По мере удаления от проводника действие и, соответственно, сила магнитного поля будут уменьшаться.
В случае постоянного магнита мы имеем линии, выходящие из южного полюса магнита, проходящие вдоль самого тела магнита и входящие в его северный полюс.
Зарисовав такой магнит и магнитные линии образованного им магнитного поля графически, мы увидим, что сильнее всего действие магнитного поля будет возле полюсов, где магнитные линии расположены наиболее густо. Рисунок слева с двумя магнитами как раз изображает магнитное поле постоянных магнитов.
Похожую картину расположения магнитных линий мы увидим в случае соленоида или катушки с током. Наибольшую интенсивность магнитные линии будут иметь у двух концов или торцов катушки. Во всех вышеприведенных случаях мы имели неоднородное магнитное поле. Магнитные линии имели разное направление, и их густота была различна.
Может ли магнитное поле быть однородным?
Если мы рассмотрим внимательно графическое изображение соленоида, то увидим, что магнитные линии расположены параллельно и имеют одинаковую густоту расположения только в одном месте внутри соленоида.
Такая же картина будет наблюдаться внутри тела постоянного магнита. И если в случае постоянного магнита мы не можем «забраться» внутрь его тела, не разрушив его при этом, то в случае катушки без сердечника или соленоида, мы получаем внутри них однородное магнитное поле.
Такое поле может потребоваться человеку в ряде технологических процессов, поэтому можно сконструировать соленоиды достаточного размера, чтобы можно было проводить необходимые процессы внутри них.
Графически мы привыкли изображать магнитные линии окружностями или отрезками, то есть мы как бы видим их сбоку или вдоль. А как быть в случае, если рисунок создан так, что эти линии направлены на нас или в обратную сторону от нас? Тогда их рисуют в виде точки или крестика.
Если они направлены на нас, то их изображают в виде точки, как будто это острие летящей на нас стрелы. В противоположном случае, когда они направлены от нас, их рисуют в виде крестика, как будто это хвостовое оперение удаляющейся от нас стрелы.
Магнитное поле порождается электрическим током. Магнитное поле порождается электрическим током. В металле ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. В металле ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. В растворе электролита ток создается положительно и отрицательно заряженными ионами, движущиеся навстречу друг другу. В растворе электролита ток создается положительно и отрицательно заряженными ионами, движущиеся навстречу друг другу.
Согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.
Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями. Магнитные линии это воображаем линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле. Магнитные линии всегда замкнуты
Магнитные линии выходят из северного по люса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у с полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает.
Неоднородное и однородное магнитное поле Неоднородное магнитное поле Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по на правлению. Магнитные линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке. Однородное магнитное поле В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению. Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.
Направление тока и направление линий его магнитного поля Правило буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока
Темой этого урока будет магнитное поле и его графическое изображение. Мы обсудим неоднородное и однородное магнитное поле. Для начала дадим определение магнитному полю, расскажем, с чем оно связано и какими оно обладает свойствами. Научимся изображать его на графиках. Также узнаем, как определяется неоднородное и однородное магнитное поле.
Cегодня мы в первую очередь повторим, что такое магнитное поле. Магнитное поле - силовое поле, которое образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Оно связано с движущимися зарядами .
Теперь необходимо отметить свойства магнитного поля . Вы знаете, что с зарядом связано несколько полей. В частности, электрическое поле. Но мы будем обсуждать именно магнитное поле, создаваемое движущимися зарядами. У магнитного поля несколько свойств. Первое: магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами . Иными словами, магнитное поле образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Следующее свойство, которое говорит, как магнитное поле определяется. Определяется оно по действию на другой движущийся электрический заряд. Или, говорят, на другой электрический ток. Наличие магнитного поля мы можем определить по действию на стрелку компаса, на т.н. магнитную стрелку.
Еще одно свойство: магнитное поле оказывает силовое действие . Поэтому говорят, что магнитное поле материально.
Эти три свойства являются отличительными чертами магнитного поля. После того, как мы определились с тем, что такое магнитное поле, и определили свойства такого поля, необходимо сказать, как магнитное поле исследуют. В первую очередь магнитное поле исследуется при помощи рамки с током. Если мы возьмем проводник, сделаем из этого проводника круглую или квадратную рамку и по этой рамке будем пропускать электрический ток, то в магнитном поле эта рамка будет определенным образом поворачиваться.
Рис. 1. Рамка с током поворачивается во внешнем магнитном поле
По тому, как поворачивается эта рамка, мы можем судить о магнитном поле . Только здесь есть одно важное условие: рамка должна быть очень маленькая или она должна быть очень малых размеров по сравнению с расстояниями, на которых мы изучаем магнитное поле. Такую рамку называют контур с током.
Исследовать магнитное поле мы можем и при помощи магнитных стрелок, размещая их в магнитном поле и наблюдая за их поведением.
Рис. 2. Действие магнитного поля на магнитные стрелки
Следующее, о чем мы будем говорить, о том, как можно изобразить магнитное поле. В результате исследований, которые были проведены в течение долгого времени, стало понятно, что магнитное поле удобно изображать при помощи магнитных линий. Чтобы пронаблюдать магнитные линии , проделаем один эксперимент. Для нашего эксперимента потребуется постоянный магнит, металлические железные опилки, стекло и лист белой бумаги.
Рис. 3. Железные опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля
Магнит накрываем стеклянной пластиной, а сверху кладем лист бумаги, белый лист бумаги. Сверху на лист бумаги сыплем железные опилки. В результате будет видно, как проявляются линии магнитного поля. То, что мы увидим, - это линии магнитного поля постоянного магнита. Их еще называют иногда спектром магнитных линий. Заметьте, что линии существуют по всем трем направлениям, не только в плоскости.
Магнитная линия - воображаемая линия, вдоль которой выстраивались бы оси магнитных стрелок.
Рис. 4. Схематическое изображение магнитной линии
Посмотрите, на рисунке представлено следующее: линия изогнутая, направление магнитной линии определяется направлением магнитной стрелки. Направление указывает северный полюс магнитной стрелки. Очень удобно изображать линии именно при помощи стрелок.
Рис. 5. Как обозначается направление силовых линий
Теперь поговорим о свойствах магнитных линий. Во-первых, у магнитных линий нет ни начала, ни конца. Это линии замкнутые. Раз магнитные линии замкнуты, то не существует магнитных зарядов.
Второе: это линии, которые не пересекаются, не прерываются, не свиваются каким-либо образом. При помощи магнитных линий мы можем характеризовать магнитное поле, представить себе не только его форму, но и говорить о силовом воздействии. Если изображать большую густоту таких линий, то в этом месте, в этой точке пространства, у нас силовое действие будет больше.
Если линии располагаются параллельно друг другу, их густота одинакова, то в этом случае говорят, что магнитное поле однородно . Если, наоборот, этого не выполняется, т.е. густота разная, линии искривлены, то такое поле будет называться неоднородным . В заключение урока хотелось бы обратить ваше внимание на следующие рисунки.
Рис. 6. Неоднородное магнитное поле
Во-первых, теперь мы уже знаем, что магнитные линии можно изображать стрелками. И рисунок представляет именно неоднородное магнитное поле. Густота в разных местах разная, значит, силовое воздействие этого поля на магнитную стрелку будет разным.
На следующем рисунке представлено уже однородное поле. Линии направлены в одну сторону, и их густота одинакова.
Рис. 7. Однородное магнитное поле
Однородное магнитное поле - это поле, которое встречается внутри катушки с большим числом витков или внутри прямолинейного, полосового магнита. Магнитное поле вне полосового магнита или то, что мы сегодня наблюдали на уроке, это поле неоднородное. Чтобы все это до конца усвоить, давайте посмотрим на таблицу.
Список дополнительной литературы:
Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля // Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31. Кикоин А.К. Откуда берется магнетизм? // Квант. — 1992. — № 3. — С. 37-39,42 Леенсон И. Загадки магнитной стрелки // Квант. — 2009. — № 3. — С. 39-40. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. - М., 1974
Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-1.jpg" alt="> Магнитное поле и его графическое изображение Неоднородное и однородное"> Магнитное поле и его графическое изображение Неоднородное и однородное магнитное поле Правило буравчика Правило правой руки Правило левой руки
Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-2.jpg" alt=">Магнитное поле и его графическое изображение Для наглядного представления "> Магнитное поле и его графическое изображение Для наглядного представления магнитного поля мы пользовались магнитными линиями. Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. На рисунке показано магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная). По картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля.
Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-3.jpg" alt=">Неоднородное и однородное магнитное поле Сила, с которой поле полосового магнита"> Неоднородное и однородное магнитное поле Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называют неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке. В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению. Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и наплавлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками, а если из-за чертежа к нам – то точками.
Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-4.jpg" alt=">Правило буравчика Известно, что направление линий магнитного поля тока связано с"> Правило буравчика Известно, что направление линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике. Эта связь может быть выражена простым правилом, которое называется правилом буравчика. Правило буравчика заключается в следующем: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока. С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направлений линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля – направление тока, создающего это поле.
Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-5.jpg" alt=">Правило правой руки Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее"> Правило правой руки Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться другим правилом, которое иногда называют правилом правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида. Соленоид, как и магнит, имеет полосы: тот конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, называется северным полюсом, а тот, в который входят, - южным. Зная направления тока в соленоиде, по правилу правой руки можно определить направление магнитных линий внутри него, а значит, и его магнитные полюсы и наоборот. Правило правой руки можно применять и для определения направления линий магнитного поля в центре одиночного витка с током.
Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-6.jpg" alt=">Правило правой руки для проводника с током Если правую руку "> Правило правой руки для проводника с током Если правую руку расположить так, чтобы большой палец был направлен по току, то остальные четыре пальца покажут направление линии магнитной индукции
