План-конспект урока Магнитное поле катушки с током. Электромагниты. 8 класс
методическая разработка по физике (8 класс) на тему

ПЛАН – КОНСПЕКТ УРОКА ПО ФИЗИКЕ В 8 КЛАССЕ ПО ТЕМЕ:

Урок по теме "Магнитное поле катушки с током. Электромагниты". 8-й класс

Максимова  Александра Андреевна, учитель физики

Цели урока:

-        обучающая: изучить способы усиления и ослабления магнитного поля катушки с током; научить определять магнитные полюса катушки с током; рассмотреть принцип действия электромагнита и области его применения; научить собирать электромагнит из
готовых деталей и опытным путём проверять, от чего зависит его магнитное действие;

-        развивающая: развивать умение обобщать знания, применять
знания в конкретных ситуациях; развивать навыки работы с прибора
ми; развивать познавательный интерес к учебному предмету;

-        воспитательная: воспитание усидчивости, трудолюбия, аккуратности при выполнении практической работы.

Тип урока: комбинированный (с использованием ИКТ).

Метод: проблемное обучение.

Оборудование урока: компьютеры, авторская презентация «Электромагниты».

Оборудование для лабораторной работы: электромагнит разборный с деталями (предназначен для проведения фронтальных лабораторных работ по электричеству и магнетизму), источник тока, реостат, ключ, соединительные провода, компас, лампочка.

Демонстрации:

1) действие проводника, по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

2) действие соленоида (катушка без сердечника), по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

3. действие соленоида (катушка с сердечником), по которому
   протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
4. притяжение железных опилок гвоздем, на который на
   мотан провод, подключенный к источнику постоянного
   тока.

Ход урока

I. Организационный момент.

Объявление темы урока.

П. Актуализация опорных знаний (6 мин).

 «Продолжи предложение»

1. Вещества, которые притягивают железные предметы, называются... (магнитами).
2. Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки
   впервые обнаружил датский учёный ... (Эрстед).
3. Между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются ... (магнитными).
4. Места магнита, у которых сильнее всех проявляются магнитное действие, называются... (полюсами магнита).
5. Вокруг проводника с электрическим током существует ...
   (магнитное поле).
6. Источником магнитного поля служит ...(движущийся заряд).

7.        Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси
маленьких магнитных стрелок, называют ...(силовыми магнитными линиями).

8. Магнитное поле вокруг проводника с током можно обнаружить, например, ... (с помощью магнитной стрелки или с помощью железных опилок).
9.  Если магнит разломали пополам, то первый кусок и второй
   кусок магнита имеют полюса... (северные -N и южные - S).

11.Тела, длительное время сохраняющие свою намагниченность, называются ... (постоянными магнитами).

12. Одноименные полюса магнита ..., а разноименные - ... (отталкиваются, притягиваются).

III. Основная часть. Изучение нового материала (20 мин).

Слайды №1-2 Фронтальный опрос

1. Почему для изучения магнитного поля можно использовать
   железные опилки? (В магнитном поле опилки  намагничиваются и становятся магнитными стрелками)
2. Что называют магнитной линией магнитного поля? (Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок)
3. Для чего вводят понятие магнитной линии поля? (С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически)
4. Как на опыте показать, что направление магнитных линий
   связано с направлением тока? (При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180о)

Слайд №З

Что объединяет эти рисунки (см. слайд) и чем они отличаются?

Слайд №4

Можно ли сделать магнит, у которого был бы только северный полюс? А только южный полюс? (Невозможно сделать магнит, у которого отсутствовал бы один из полюсов).

Если разломить магнит на две части, будут ли эти части магнитами? (Если разломить магнит на части, то все его части будут магнитами).

Какие вещества могут намагничиваться? (Железо, кобальт, никель, сплавы из этих элементов).

Слайд№5

Магниты, прикрепляющиеся на холодильник, стали настолько популярны, что являются объектом коллекционирования. Так на текущий момент рекорд по числу собранных магнитов принадлежит Луизе Гринфарб (США). В настоящий момент в Книге рекордов Гиннеса за ней зарегистрирован рекорд в 35 000 магнитов.

Слайд №6

- Можно ли намагнитить железный гвоздь, стальную отвертку, алюминиевую проволоку, медную катушку, стальной болт? (Железный гвоздь, стальной болт и отвертку из стали можно намагнитить, а вот алюминиевую проволоку и медную катушку намагнитить нельзя, но если по ним пустить электрический ток, то они будут создавать магнитное поле.)

- Объясните опыт, изображенный на рисунках (см. слайд).

Слайд №7 Электромагнит

Андре Мари Ампер, проводя опыты с катушкой (соленоидом), показал эквивалентность ее магнитного поля полю постоянного магнита Соленоид (от греч. solen - трубка и eidos - вид) - проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля.

Исследования магнитного поля кругового тока привели Ампера к мысли, что постоянный магнетизм объясняется существованием элементарных круговых токов, обтекающих частицы, из которых состоят магниты.

Учитель: Магнетизм - одно из проявлений электричества. Как создать магнитное поле внутри катушки? Можно ли изменять это поле?

Слайды №8-10

Демонстрации, выполняемые учителем:

1. действие проводника, по которому протекает постоянный
   ток, на магнитную стрелку;
2. действие соленоида (катушка без сердечника), по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
3. действие соленоида (катушка с сердечником), по которому
   протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
4. притяжение железных опилок гвоздем, на который намотан провод, подключенный к источнику постоянного тока.

Учитель: Катушка состоит из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к ее концам, при отключении тока они отпадают.

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении - ослабевает.

Магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число ее витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, |веденное внутрь катушки, усиливает ее магнитное действие.

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом. Электромагнит - одна из основных деталей многих технических приборов.

По окончании опытов делаются выводы:

• если по катушке проходит электрический ток, то катушка
  становится магнитом;
• магнитное действие катушки можно усилить или ослабить:
  изменяя число витков катушки;
• изменяя силу тока, проходящую по катушке;
• вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.

Слайд №11 Учитель: Обмотки электромагнитов изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопровода изготавливают из магнитно-мягких материалов - обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов.

Электромагнит - устройство, магнитное поле которого создаётся только при протекании электрического тока.

Слайд №12 Подумай и ответь Можно ли намотанную на гвоздь проволоку назвать электромагнитом? (Да.)

1. От чего зависят магнитные свойства электромагнита? (От
   силы тока, от количества витков, от магнитных свойств сердечника, от формы и размеров катушки.)

3.        По электромагниту пустили ток, а затем уменьшили его в
два раза. Как изменились магнитные свойства электромагнита? (Уменьшились в 2 раза.)

Слайды №13-15

1-й ученик: Вильям Стержен (1783-1850) - английский инженер-электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса (200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа).

Электромагнит, продемонстрированный Стерженом 23 мая 1825 г., выглядел как согнутый в подкову, лакированный, железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стержена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

Джозеф Генри (1797-1878) - американский физик, усовершенствовал электромагнит.

В 1827 г. Дж. Генри стал изолировать уже не сердечник, а саму проволоку. Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев. Дж. Генри исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита. Создал магнит в 29 кг, удерживающий гигантский по тем временам вес - 936 кг.

Слайды №16-18

2-й ученик: На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить огромные грузы без креплений. Как они это делают?

Дугообразный электромагнит удерживает якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом. Прямоугольные электромагниты предназначены для захвата и удержания при транспортировании листов, рельсов и других длинномерных грузов.

Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна «железяка» не упадет. Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали.

На одном американском заводе электромагнит поднимал железные болванки.

Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подающей ток, что-то случилось, ток в обмотке электромагнита пропал; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего.

Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления: после того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается.

Электромагнитные траверсы используются для перемещения длинномерных грузов.

В морских портах для перегрузки металлолома используются, наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность - до 64 тонн, а отрывное усилие - до 128 тонн.

Слайды №19-22

3-й ученик: В основном, область применения электромагнитов - электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру защиты электротехнических установок. Полезные свойства электромагнитов:

• быстро размагничиваются при выключении тока,
• возможно изготовление электромагнитов любых размеров,
• при работе можно регулировать магнитное действие, меняя силу тока в цепи.

Электромагниты используют в подъемных устройствах, для очищения угля от металла, для сортировки разных сортов семян, для формовки железных деталей, в магнитофонах.

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам.

Электромагниты однофазные переменного тока предназначены для дистанционного управления исполнительными механизмами различного промышленного и бытового назначения. Электромагниты, обладающие большой подъемной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.

   Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппарате, в электрическом звонке, электродвигателе, трансформаторе, электромагнитном реле и во многих других устройствах.

В составе различных механизмов электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Это электромагниты грузоподъёмных машин, электромагниты муфт сцепления и тормозов, электромагниты, применяемые в различных пускателях, контакторах, выключателях, электроизмерительных приборах и так далее.

Слайд №23

4-й ученик: Брайан Твейтс, генеральный директор компании Walker Magnetics, с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит. Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя «Книги рекордов Гиннеса» из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн.

Крупнейший в мире электромагнит используется в Швейцарии. Электромагнит 8-угольной формы состоит из сердечника, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Катушка состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов. Размеры электромагнита, превосходящие высоту 4-этажного здания, составляют 12x12x12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

   Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Московская область.

Демонстрация: Электромагнитный телеграф.

4. Закрепление (4 мин).

Слайд №24

1. Что называют электромагнитом? (Катушку с железным сердечником)
2. Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с  

током? (магнитное действие катушки можно усилить:
изменяя число витков катушки, изменяя силу тока, проходящую по катушке, вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.)

3. В каком направлении устанавливается катушка с током,
   подвешенная на длинных тонких  проводниках?  Какое  сходство
   имеется у нее с магнитной стрелкой?

4. Для каких целей используют на заводах электромагниты?

5. Практическая часть (12 мин).

Слайд №25

Лабораторная работа.

Учащиеся выполняют самостоятельно лабораторную работу №8 «Сборка электромагнита и испытание его действия», стр.175 учебника «Физика-8» (автор A3. Пёрышкин, «Дрофа», 2009 г.).

Слайды №25-26

Подведение итогов и выставление оценок.

VI. Домашнее задание.

1.        Учебник «Физика-8», автор А. В. Пёрышкин, изд. «Дрофа», §58, стр. 133-136; стр.136, упр. 28 (1,2). Задание 9 (1, устно).