Физика. Орієнтовний розподіл навчального часу
 Скачать 3.21 Mb.
|
|
Тема. Магнітне поле провідника зі струмом Мета уроку: ознайомити учнів з магнітними полями провідника зі струмом і котушки зі струмом; розглянути графічне зображення магнітних полів і навчити знаходити напрямок силових ліній магнітного поля. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу. План уроку
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Взаємодія прямолінійних провідників зі струмами Після досліду Ерстеда наступний крок у зближенні «електрики» і «магнетизму» зробив французький фізик Андре Марі Ампер. Він здогадався, що якщо провідники зі струмами взаємодіють з магнітами, то ці провідники повинні взаємодіяти й один з одним, причому фізична природа цієї взаємодії така сама, як і природа взаємодії магнітів. Досліди, поставлені Ампером, підтвердили його здогад. Виявилося, що провідники зі струмами дійсно взаємодіють один з одним — наприклад, паралельні провідники зі струмом притягуються, якщо струми в провідниках течуть в одному напрямку, і відштовхуються, якщо струми течуть у протилежних напрямках.  Необхідно звернути увагу учнів на те, що взаємодія провідників, по яких течуть струми, обумовлена не електричною взаємодією, тому що ці провідники електрично нейтральні. Взаємодію провідників, по яких течуть струми, використовували для визначення одиниці сили струму в системі СІ. Одиницю струму на честь Ампера назвали ампером (позначається А). ^ 1 А — це сила такого постійного струму, що при проходженні по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малого перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликає між провідниками силу взаємодії, що дорівнює 2 · 10-7 Н на кожен метр довжини. Досліджуючи взаємодію котушок, по яких течуть струми, однієї з одною і з постійними магнітами, Ампер помітив, що торці котушок зі струмами подібні до полюсів магніту. 2. Гіпотеза Ампера Спостерігаючи подібність у взаємодії котушок, по яких течуть струми, і магнітів, Ампер припустив, що всі магнітні взаємодії обумовлені взаємодією електричних струмів. Це припущення одержало назву гіпотези Ампера. Відповідно до цієї гіпотези ^ властивості постійних магнітів обумовлені циркулюючими в них однаково спрямованими незатухаючими «молекулярними» струмами. У внутрішніх частинах магніту «сусідні» молекулярні струми спрямовані протилежно і тому компенсують один одного. Але поблизу поверхні магніту ці струми течуть в одному напрямку, утворюючи ніби струм, що обтікає поверхню магніту. Цей «поверхневий струм», як вважав Ампер, і надає постійному магніту його магнітних властивостей. Гіпотеза Ампера пояснює також, чому не вдається роз'єднати полюса магніту: адже кожна половинка магніту знову подібна котушці зі струмом. 3. Магнітне поле прямого проводу зі струмом За допомогою залізних ошурок можна виявити основні особливості магнітного поля, що створюється проводом зі струмом. Можна помітити, що поблизу проводу ошурки утворюють концентричні кола. Якщо замість ошурок помістити кілька маленьких магнітних стрілок, то вони розташуються уздовж уявних кіл. ^ Силові лінії магнітного поля прямого проводу зі струмом мають вид концентричних кіл. Напрямок силових ліній магнітного поля можна визначити за допомогою правила свердлика:  Для знаходження напрямку силових ліній магнітного поля можна скористатися і правилом «обхвату» правою рукою: ^ якщо обертати свердлик так, щоб напрямок його поступального руху збігся з напрямком струму, то напрямок обертання ручки буравчика покаже напрямок ліній магнітної індукції. ^ якщо правою рукою «обхопити» провідник так, щоб великий палець був спрямований у напрямку струму, то чотири пальці покажуть напрямок силових ліній магнітного поля.  4. Магнітне поле котушки зі струмом Насипавши на скло залізні ошурки й підключивши котушку до джерела струму, можна побачити картину магнітного поля котушки зі струмом.  Як видно з рисунка, магнітне поле котушки зі струмом подібне до поля смугового магніту. Усередині котушки магнітне поле практично однорідне. Для знаходження напрямку силових ліній магнітного поля можна скористатися і правилом «обхвату» правою рукою для котушки зі струмом: ^ якщо правою рукою «обхопити» котушку зі струмом, розташувавши чотири пальці у напрямку струму, то відігнутий великий палець укаже напрямок силових ліній усередині котушки. Силові лінії магнітного поля є уявними лініями, і тому побачити їх безпосередньо не можна. Дрібні залізні ошурки намагнічуються в магнітному полі, перетворюючись на маленькі магнітні стрілки. А ці малюсінькі стрілки орієнтуються уздовж ліній магнітної індукції, роблячи їх теж видимими. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу ? Як взаємодіють паралельні провідники зі струмом? ? У чому полягає гіпотеза Ампера? ? Як розташовуються залізні ошурки (магнітні стрілки) у магнітному полі прямого проводу зі струмом? ? Як можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля, створюваного прямим проводом зі струмом? ? Як розташовуються залізні ошурки (магнітні стрілки) у магнітному полі котушки зі струмом? ? Як можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля, створюваного котушкою зі струмом? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання Як на досліді показати, що напрямок силових ліній магнітного поля пов'язаний з напрямком струму? Як використовувати правило «обхвату» правою рукою для визначення напрямку струму в котушці, якщо відоме положення її полюсів? 2. Навчаємося розв'язувати задачі 2. Намалюйте силові лінії магнітного поля котушки зі струмом. Укажіть їхній напрямок.  1. На рисунку зображена силова лінія магнітного поля, утвореного провідником зі струмом. Визначте напрямок струму.  Через провід (див. рисунок) іде електричний струм. У якому напрямку повернеться магнітна стрілка, поміщена в точку A? У точку С? (Відповідь: Північним полюсом до нас; північним полюсом від нас.) • А •С Визначте напрямок струму в провіднику, переріз якого і магнітне поле показані на рисунку.  Що ми дізналися на уроці Паралельні провідники зі струмом притягуються, якщо струми в провідниках течуть в одному напрямку, і відштовхуються, якщо струми течуть у протилежних напрямках. 1 А — це сила такого постійного струму, що при проходженні по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малого перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликає між провідниками силу взаємодії, рівну 2 ·10-7 Н на кожен метр довжини. Гіпотеза Ампера: властивості постійних магнітів обумовлені циркулюючими в них однаково спрямованими незатухаючими «молекулярними» струмами. Силові лінії магнітного поля прямого проводу зі струмом мають вид концентричних кіл. Якщо обертати свердлик так, щоб напрямок його поступального руху збігся з напрямком струму, то напрямок обертання ручки буравчика покаже напрямок ліній магнітної індукції. Якщо правою рукою «обхопити» провідник так, щоб великий палець був спрямований у напрямку струму, то чотири пальці покажуть напрямок силових ліній магнітного поля. • Якщо правою рукою «обхопити» котушку зі струмом, розташувавши чотири пальці у напрямку струму, то відігнутий великий палець укаже напрямок силових ліній усередині котушки. Домашнє завдання Підр.: § 26. Зб.: рів1 — № 13.1; 13.2; 13.3; 13.4; 13.5. рів2 — № 13.9; 13.10; 13.11; 13.12, 13.13. рів3 — № 13.14, 13.15; 13.16; 13.17; 13.18. Д.: підготуватися до самостійної роботи № 12. Задачі із самостійної роботи № 12 «Магнітні взаємодії. Магнітне поле» Середній рівень У чому виявляється магнітна дія електричного струму? Поясніть свою відповідь. Як за допомогою компаса можна визначити полюси магніту? Поясніть свою відповідь. Достатній рівень 1. а) Де розташовані полюси смугового магніту; дугоподібного? б) Який напрямок має струм у провіднику, напрямок силових ліній магнітного поля якого зазначено стрілками на рисунку?  2. а) Як взаємодіють різнойменні й однойменні полюси магнітів? б) За напрямком магнітних силових ліній, зображених на рисунку, визначте напрямок кругового струму в кільці.  Високий рівень а) У затисків акумулятора не виявилося позначок про те, який з них «плюсовий», а який — «мінусовий». Чи можна визначити полюси, маючи компас? б) Як пояснити наявність магнітного поля навколо постійного магніту на основі молекулярної теорії будови речовини? а) Чи діятиме магніт на магнітну стрілку, якщо між ними по- містити руку? Залізний лист? б) Чи відхилиться магнітна стрілка, якщо її розмістити поблизу пучка рухомих частинок: а) електронів; б) атомів; в) позитивних іонів? Урок 4/41 Тема. Дія магнітного поля на провідник зі струмом Мета уроку: розглянути дію магнітного поля на провідник зі струмом; ознайомити учнів з дією сили Ампера. Тип уроку: комбінований урок. План уроку
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ  1. Дія магнітного поля на прямолінійний провідник зі струмом Дослід Ерстеда довів, що електричний струм породжує магнітне поле, що діє на магнітну стрілку, і повертає її так, що вона розташовується перпендикулярно провіднику, по якому йде струм. Вивчимо це явище ретельніше. Зберемо установку, зображену на рисунку. Поки струму в провіднику немає, магнітне поле на нього не діє, у чому неважко переконатися, переміщаючи магніти. Отже, магнітне поле не діє на нерухомі електричні заряди. При замиканні ключа провідник починає виштовхуватися з магнітного поля, при розмиканні — повертається у вихідне положення. Робимо висновок: ^ на провідник зі струмом з боку магнітного поля діє сила. Ця сила називається силою Ампера. Досліди показують, що сила Ампера пропорційна силі струму в провіднику і довжині активної частини провідника. Вона збільшується при збільшенні інтенсивності магнітного поля і залежить від розташування провідника в магнітному полі. У випадку, коли провідник зі струмом розташований перпендикулярно до вектора магнітної індукції, напрямок сили Ампера можна знайти за правилом лівої руки: ^ якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнутих пальці вказували напрямок струму в провіднику, то відігнутий у площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на провідник з боку магнітного поля. При зміні напрямку електричного струму в провіднику змінюється і напрямок руху провідника, а значить, і сили, що на нього діє. 2. Рамка зі струмом у магнітному полі Ми вже знаємо, що магнітне поле чинить орієнтовну дію на магнітну стрілку. Доведемо, що подібну дію магнітне поле чинить і на рамку зі струмом. Поворот рамки пояснюємо, застосовуючи правило лівої руки до кожної вертикальної ділянки рамки. При зміні напрямку струму в рамці вона буде повертатися у зворотному напрямку. Те саме ми спостерігаємо, помінявши місцями полюси магніту. Магнітне поле, діючи на вертикальні сторони рамки, змушує її повертатися так, що її площина розташовується перпендикулярно до силових ліній поля. При цьому за інерцією рамка щоразу проходить трохи далі від положення рівноваги. Якщо в момент проходження рамкою положення рівноваги щоразу змінювати напрямок струму в ній, то вона буде безупинно обертатися. Необхідно звернути увагу учнів на те, що обертання рамки відбувається в результаті дії магнітного поля на провідники зі струмом і що в цьому процесі відбувається перетворення електричної енергії на механічну. Принцип будови електродвигунів базується саме на даному явищі. 3. Будова електродвигуна постійного струму В електродвигунах обмотка складається з великої кількості витків дроту. Магнітне поле, у якому обертається якір такого двигуна, створюється сильним електромагнітом. Електромагніт живиться струмом від того самого джерела, що й обмотка якоря. Двигуни постійного струму знайшли широке застосування у транспорті (електровози, трамваї, тролейбуси). Корисно буде розповісти про перший електродвигун і його винахідника — російського вченого Б. С. Якобі. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу Як показати, що магнітне поле діє на провідник зі струмом, який знаходиться в цьому полі? Від чого залежить напрямок сили, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі? Чим пояснюється обертальна дія магнітного поля на поміщену в нього рамку зі струмом? Якими способами створюється магнітне поле в електродвигуні? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання У тролейбусах встановлені електродвигуни постійного струму. Притягуються чи відштовхуються проводи тролейбусної лінії? (Відповідь: відштовхуються, оскільки струми течуть по них у протилежних напрямках.) Від чого залежить сила, що діє на прямолінійний провідник зі струмом у магнітному полі? Як можна змінити напрямок руху провідника зі струмом у магнітному полі? 2. Навчаємося розв'язувати задачі 1. На рисунку показані полюси магнітів і провідник, у якому сила струму спрямована перпендикулярно до площини креслення до нас. Визначте напрямок сили Лоренца.   3. На рисунку показані полюси магнітів і провідник, на який діє сила Ампера. Визначте напрямок сили струму в провіднику.  2. На рисунку показані полюси магнітів і провідник, у якому сила струму спрямована перпендикулярно до площини креслення від нас. Визначте напрямок сили Лоренца. Що ми дізналися на уроці На провідник зі струмом з боку магнітного поля діє сила. Ця сила називається силою Ампера. Правило лівої руки: якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнутих пальці вказували напрямок струму в провіднику, то відігнутий у площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на провідник з боку магнітного поля. Домашнє завдання Підр.: § 28. Зб.: рів1 — № 13.6; 13.7; 13.8; 14.1; 14.2. рів2 — № 13.19; 13.20; 13.21; 13.25, 14.3. рів3 — № 14.5, 14.6; 14.7; 14.8; 14.19. Д.: підготуватися до самостійної роботи № 13. Задачі із самостійної роботи № 13 «Дія магнітного поля на провідник з током» Середній рівень У якому випадку магнітне поле не діє на провідник зі струмом? Поясніть схематично свою відповідь. Чи залежить напрямок сили Ампера від напрямку сили струму в провіднику? Наведіть приклади. Достатній рівень 1. Визначте полюси магніту, якщо відомо, що в разі напрямку струму від спостерігача провідник переміщується вправо.   2. У якому напрямку буде рухатися провідник зі струмом у даному магнітному полі? Високий рівень 1. На рисунку зображений провідник зі струмом, що знаходиться в магнітному полі, спрямованому від нас. Сформулюйте й розв'яжіть задачу.     2. На рисунку зображений провідник зі струмом, що знаходиться в магнітному полі. Сформулюйте й розв'яжіть задачу. Урок 5/42 |