Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле
план-конспект урока по физике (9 класс) на тему

Тема: Электромагнитные явления

Урок. Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле

Но, прежде чем объявить вам тему нашего урока, послушайте легенду.
Много веков назад это было. В поисках овцы пастух зашёл в незнакомые места, в горы. Кругом лежали чёрные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно её хватает и держит какая-то невидимая рука. Поражённый чудесной силой камней пастух принёс их в ближайший город – Магнесу. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка – удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы: гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесённого с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная.

О каком камне идёт речь в предании? (^ О магните.) Как объяснить описанное явление? Какие ещё необычные свойства есть у камня?

Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами или просто магнитами.

Французский ученый Ампер объяснял намагниченность железа и стали существованием электрических токов, которые циркулируют внутри каждой молекулы этих веществ. Во времена Ампера о строении атома еще ничего не знали, поэтому природа молекулярных токов оставалась неизвестной. Теперь мы знаем, что в каждом атоме имеются отрицательно заряженные частицы — электроны. При движении электронов возникает магнитное поле, которое и вызывает намагниченность железа и стали. В 1897г. гипотезу подтвердил английский учёный Томсон, а в 1910г. измерил токи американский учёный Милликен.

Вывод: движение электронов представляет собой круговой ток, а вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле.

Магниты бывают разной формы: полосовые, дугообразные, кольцевые. Найдите соответствующие магниты у себя в коробочке. У всякого магнита, как и у известной нам магнитной стрелки, обязательно есть два полюса: северный (N) и южный (S).

А сейчас вам, ребята, в ходе выполнения экспериментальных заданий предстоит исследовать некоторые свойства магнитов. Задания вы увидите на экране, а приборы уже лежат на ваших столах. Выполняя задания, будете делать соответствующие выводы.

Запишите в тетради заголовок «Свойства магнитов».

Задание 1.

Оборудование: металлические скрепки, магниты (полосовой и дуговой).

Возьмите полосовой магнит, поднесите несколько скрепок точно к середине магнита, где проходит граница между красной и синей половинками. Притягивает ли магнит скрепки?

Приближайте скрепки к разным местам магнита, начиная от середины. Какие места обнаруживают наиболее сильное магнитное действие? Повторите то же с дуговым магнитом.

Сделайте вывод. (^ Учащиеся делают вывод.)

 Вывод. Линия посередине магнита, называемая нейтральной, не обнаруживает магнитных свойств. Наиболее сильное магнитное действие обнаруживают полюса магнита. (Показать опыт с опилками.)

Задание 2.

 Оборудование: магнит, несколько пластинок, изготовленных из разных материалов.

 Поднесите магнит к предметам, изготовленным из различных материалов, установите, все ли из них притягиваются магнитом.

Сделайте вывод. (^ Учащиеся делают выводы.)

 Вывод. Хорошо притягиваются магнитом чугун, сталь, железо и некоторые сплавы, значительно слабее никель и кобальт.

 В природе встречаются естественные магниты — железная руда (так называемый магнитный железняк). Богатые залежи магнитного железняка имеются на Урале, в Украине, в Карелии, Курской области и во многих других местах.

 Магнитный железняк позволил людям впервые ознакомиться с магнитными свойствами тел. Рассмотрим основные из этих свойств.

Задание 3.

 Оборудование: иголка, скрепки, магнит.

Возьмите иголку и поднесите её к скрепкам. Прилипают ли скрепки к иголке?

Потрите иголку о магнит в одном направлении, а затем поднесите к скрепкам. Прилипают ли скрепки?

Сделайте вывод. (^ Учащиеся делают выводы.)

 В первом случае иголка не прилипла к скрепкам. Стоило иголке «пообщаться» с магнитом, как она сама стала магнитом.

Вывод. Железо, сталь, никель, кобальт и некоторые другие сплавы в присутствии магнитного железняка приобретают магнитные свойства.

 Если магнитную стрелку приблизить к другой такой же стрелке, то они повернутся и установятся друг против друга противоположными полюсами (показать на опыте).

 Задание 4.

 Оборудование: магнит и магнитная стрелка.

Поднесите к белому, а затем к красному концу магнитной стрелки магнит. Что можно сказать о взаимодействии магнитной стрелки и магнита?

В каком случае магнитная стрелка притягивается, а в каком — отталкивается.

Вывод. Одноименные полюсы магнита и магнитной стрелки отталкиваются, разноименные — притягиваются.

Ребята, как же магниты взаимодействуют друг с другом на расстоянии?

Взаимодействие магнитов объясняется тем, что вокруг любого магнита имеется магнитное поле. Магнитное поле одного магнита действует на другой магнит, и, наоборот, магнитное поле второго магнита действует на первый. Взаимодействие магнитных полей хорошо наблюдать с помощью кольцевых магнитов. Положите на стол кольцевой магнит, в отверстие вставьте стержень гелиевой ручки. На этот стержень наденьте второй кольцевой магнит так, чтобы магниты были обращены друг к другу одноимёнными полюсами. Вы видите, что верхний магнит висит. Прижмите его к нижнему и отпустите, он снова вернётся в висячее положение.

 С помощью железных опилок можно получить представление о виде магнитного поля постоянных магнитов.

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.