Лекция по теме : «Вектор индукции магнитного поля. Закон Ампера».

Лекция по теме : «Вектор индукции магнитного поля. Закон Ампера».

Цели урока:

- обучающая: сформировать представление о магнитном поле как виде материи,  ввести понятие силы Ампера, научить определять направление силы Ампера с помощью правила левой руки.                                                                                                                                                           - развивающая: показать обучающимся различные пути и методы получения знаний об окружающем нас мире; формировать умение обобщать и анализировать опытный материал,  самостоятельно делать выводы; совершенствовать  интеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся, развить  практические  навыки работы с физическими приборами.                                                                                             - воспитательная: содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира; формировать умение работать в группах, уважительно относиться друг к другу, прислушиваться к мнению товарищей; побуждать использовать полученные на уроках знания в повседневной жизни.

Межпредметные связи: математика.

Методы ведения урока: рассказ, демонстрация опытов, исследование, записи на доске, беседа.

Оснащение урока: 

- ТСО:  компьютерная презентация «Вектор индукции магнитного поля. Закон Ампера», мультимедийный проектор.

- учебник: «Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей». Под ред. Т.И. Трофимовой2015г.

Формируемые ОК: 

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, исходя из цели и способов ее достижения, определенных руководителем.

ОК 3. Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы.

ОК 4. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач.

Метапредметные результаты:

×        владение языковыми средствами - умение ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать адекватные языковые средства;

×        владение навыками познавательной рефлексии как осознания совершаемых действий и мыслительных процессов, их результатов и оснований, границ своего знания и незнания, новых познавательных задач и средств их достижения;

×        готовность и способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности,

Ход урока

1.    Организационный момент       (2мин)

1.1                       Психологический приём расположения учащихся  к преподавателю.

1.2                       Проверка присутствующих и готовности учащихся к уроку.

1.3                       Ознакомление учащихся с темой и целью урока, мотивация на урок.

2.    Актуализация знаний  (7мин).

 Опрос по пройденному материалу (5 мин.)

×          Что означает выражение: «тело или частица обладает электрическим зарядом»?

×          В каком состоянии могут находиться электрические заряды?

×          Что понимают под электрическим полем? Как его можно обнаружить?

×          Что является индикатором электрического поля?

×          Каковы основные свойства электрического поля?

×          Как объяснить взаимодействие двух покоящихся тел?

3.        Изучение нового материала  (20 мин.)

 Магнитные явления были известны еще в древнем мире. Компас был изобретен более 4500 лет тому назад. Он появился в Европе приблизительно в XII веке новой эры. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом и возникло представление о магнитном поле.   Начало настоящему пониманию природы магнетизма положил датский физик Эрстед. Он впервые в 1819 г. обнаружил, а последующие многочисленные опыты подтвердили тот факт, что движущиеся электрические заряды взаимодействуют не так, как покоящиеся.

   Опыты Эрстеда (1820 г.) показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся повернуть стрелку.

   Исследования, проведенные русским физиком А. А. Эйхенвальдом в 1901 г., показали, что если заряженное тело покоится относительно наблюдателя, то вокруг этого тела существует электрическое поле. Если же оно движется относительно наблюдателя, то возникает магнитное поле которое вызывает откло­нение легкоподвижной магнитной стрелки. Аналогичное действие на магнитную стрелку оказывает и проводник с током. Если по прямому проводнику, располо­женному по магнитному меридиану в направлении север — юг, пропустить ток, то расположенная под ним магнитная стрелка отклонится (рис. 1). Если пропустить ток в противоположном направлении, то стрелка отклонится в другую сторону.

   Большой вклад в понимание природы магнетизма внес французский ученый А. Ампер. Им было установлено, что всякий электрический ток способен взаимодействовать с другим током с силой, которая не может быть объяснена кулоновским взаимодействием.

   Одним из важных примеров магнитного взаимодействия токов является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером. Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников. В случае, когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.

   По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля: магнитное поле одного тока действует с некоторой силой на другой ток и наоборот

   Взаимодействие между проводниками с током, т. е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным.

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

Магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.   Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

   Экспериментальным доказательством реальности магнитного и электриче­ского полей является факт существования электромагнитных волн. Магнитное поле, как и электрическое, является частным проявлением единого электро­магнитного поля.

   Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако, опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.   Причиной возникновения сил магнитного взаимодействия является магнитное поле, которое появляется вокруг проводника с током.

   Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или тела­ми, обладающими магнитным моментом.

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ (сообщение обучающегося)

Постоянные  магниты  – это  тела,  длительное  время  сохраняющие  намагниченность.
Основное свойство магнитов: притягивать тела  из  железа  или  его  сплавов (напр. стали).

Постоянный  магнит  всегда  имеет  2  магнитных полюса:  северный  ( N)  и  южный  ( S ).
Наиболее  сильно магнитное поле постоянного магнита у его полюсов.

Постоянные магниты изготавливают обычно из з  железа,  стали,  чугуна  и  других  сплавов  железа (сильные магниты),
а   также  из  никеля,  кобальта  (слабые  магниты ).
Магниты  бывают  естественные  ( природные)  из  железной  руды магнитного железняка  
и  искусственные,  полученные  намагничиванием  железа при  внесении  его в  магнитное  поле.

 Опыт.         

Действие магнитного поля на проводник с током будем изучать на следующей установке.

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 , расположенную непосредственно между полюсами. Сила измеряется с помощью специальных весов, которые соединяют с проводником двумя стерженьками. Она направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.

Увеличиваем силу тока в 2 раза, Что видим?

Добавив еще один такой же 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. Что наблюдаем?

И наконец, меняем наклон подставки, на ко­торой находятся магниты, так, чтобы изменялся угол меж­ду проводником и линиями магнитной индукции. Когда  сила достигает максимального значения F_m ?

Вывод: сила Ампера зависит от угла, образованного вектором с проводником.

Итак, максимальная сила, действующая на отрезок проводника длиной Δl, по которому идет ток, прямо про­порциональна произведению силы тока  на длину участка 

Этот опытный факт можно использовать для определе­ния модуля вектора магнитной индукции. В самом деле, поскольку, то отношение  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 длиной Δl.

Модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произ­ведению силы тока на длину этого отрезка: .

Магнитное поле полностью характеризуется вектором магнитной индукции. В каждой точке магнитного поля можно определить направление вектора магнитной индук­ции и его модуль, если измерить силу, действующую на от­резок проводника с током.

Модуль силы Ампера. Пусть вектор магнитной индукции  составляет угол α с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). (За направление эле­мента тока принимают направление, в котором по проводни­ку идет ток.) Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. (Показ опыта).  Модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора , перпендикулярной проводнику, т. е. от B_┴ = В sinα, и не зависит от составляющей B_II, направленной вдоль проводника. 

Максимальная сила Ампера равна: ей соответствует угол α = . При произвольном значении угла α сила пропорциональна не В, а составляющей B_┴ = В sin α. Поэтому выражение для силы F, действующей на малый отрезок проводника Δ l, при силе тока в нем I, со стороны магнитного поля с индукцией В, составляющей с элементом тока угол, имеет вид

  F = I │B│Δl sin α.

Это выражение называют законом Ампера. Сила Ампера равна произведению модуля силы тока, век­тора магнитной индукции, длины отрезка провод­ника и синуса угла между направлениями векторов магнитной индукции и тока.

Запишем это.

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки:

если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были на­правлены по направлению тока, то отогнутый на 90⁰ боль­шой палец укажет направление силы, действующей на от­резок проводника. Это правило справедливо во всех случаях.

Единица магнитной индукции. Мы ввели новую величи­ну - вектор магнитной индукции. За единицу модуля век­тора магнитной индукции можно принять магнитную  индукцию однородного поля, в котором на отрезок провод­ника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила F т = 1 Н. Согласно формуле единица магнитной индукции равна 1

Единица магнитной индукции получила название тесла (Тл) в честь югославского ученого-электротехника Н. Тес­ла (1856-1943).

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы - амперметрах и вольтметрах.

Закон Ампера используют для расчета сил, действую­щих на проводники с током, во многих технических уст­ройствах. В частности - в электроизмерительных приборах, с которыми мы ознакомились в предыдущих классах, и в громкоговорителях.

Подготовить ответы на вопросы (работа с учебником):

1) В каких технических устройствах рассчитывают силы с помощью закона Ампера?

2) Для каких целей служит громкоговоритель? ( возбуждения звуковых волн)

3) Какое действие магнитного поля используется в громкоговорителе?

4) Устройство громкоговорителя.

5) Какой общий недостаток у всех громкоговорителей.

4.      Закрепление пройденного материала (10 мин.)

Решим несколько задач:

№ 839.

 

а), б), в), г), з) — указать направление силы Ампера;

д) — определить направление тока в проводнике;

е), ж) — определить направление магнитного поля.

№ 840. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длиной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.

№ 842. Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

№ 834. В проводнике с длиной активной части 8 см сила тока равна 50 А. Он находится в однородном магнитном поле индукцией 20 мТл. Какую работу совершил источник тока, если проводник переместился на 10 см перпендикулярно линиям индукции?

5.        Подведение итогов урока (3 мин).

5.1    объявление оценок с комментарием.

6.      Выдача домашнего задания §131,132

Краткое описание документа:

- обучающая: сформировать представление о магнитном поле как виде материи,ввести понятие силы Ампера, научить определять направление силы Ампера с помощью правила левой руки.- развивающая: показать обучающимся различные пути и методы получения знаний об окружающем нас мире; формировать умение обобщать и анализировать опытный материал, самостоятельно делать выводы; совершенствоватьинтеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся, развитьпрактическиенавыки работы с физическими приборами.- воспитательная: содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира; формировать умение работать в группах, уважительно относиться друг к другу, прислушиваться к мнению товарищей; побуждать использовать полученные на уроках знания в повседневной жизни.