МПК Магнитопорошковый метод. Удк 372. 8 53 16 ббк 74. 262. 22 С серия Классический курс основана в 2007 году
 Скачать 6.65 Mb.
|
|
Вектор магнитной индукции — основная характеристика магнитного поля Задачи урока повторить свойства магнитного поля и средства их описания — магнитные силовые линии, правило буравчика и др ввести понятие вектора магнитной индукции, изучить закон Ампера сформировать умение характеризовать магнитное поле познакомить с экспериментальными теоретическим методами изучения магнитных полей. Ход урока. Фронтально повторяют следующие вопросы каков механизм взаимодействия электрических токов Каковы важнейшие свойства магнитного поля Какое магнитное поле — постоянное или переменное — сложнее изучать Какова основная характеристика магнитного поля по аналогии с электрическим На основе какого действия поля она вводится. Основная учебная проблема при рассмотрении нового материала какие характеристики можно использовать для описания свойств магнитного поля. Необходимо повторить и углубить представление о векторе магнитной индукции В. Это векторная характеристика магнитного поля она имеет направление и числовое значение. Что характеризует величину В Что называют линией магнитной индукции Для чего она вводится Есть ли линии магнитной индукции в природе? Далее изучают магнитные поля по картинам линий магнитной индукции, отрабатывают правило буравчика. Приведём примеры заданий (рисунки выполнены на доске. Известно направление линий магнитной индукции (рис. 3, 4). Укажите направление тока в проводнике 2. Определите направление линий магнитного поля, используя правило буравчика рис. 5). По расположению магнитных стрелок определите направление тока в проводнике (рис. Рис. Рис. Рис. Рис. 6 14 3. Как установится магнитная стрелка, если по проводнику пропустить постоянный электрический ток (рис. 7)? Определите полюсы источника питания, если магнитная стрелка около проводника ориентирована так, как показано на рисунке 8. 2. Далее нужно определить вектор магнитной индукции В. Демонстрируется (ДЭ-1, опыт 168) действие магнитного поля подковообразного магнита на проводник стоком (элемент тока. Вопросы для организации беседы зависит ли отклонение проводника стоком (сила, действующая на проводник) от силы тока Зависит ли отклонение проводника стоком от длины проводника Зависит ли индукция магнитного поля от силы тока, от длины проводника Ответ. Нет, не зависит) По учебнику (сформулируют вывод отношение можно принять за характеристику магнитного поля, так как оно не зависит ни от силы тока, ни от длины проводника. В чём смысл закона Ампера Нам известен экспериментальный факт магнитное поле действует на проводник стоком. В 1826 г. французский физик А. Ампер сформулировал закон, описывающий это действие магнитного поля. Закон представлен выражением F = B|I|l sin a. При этом направление силы определяется по правилу левой руки. При объяснении материала важно сравнительно быстро ввести закона усвоение отрабатывать при решении задач. У любой физической величины есть единица. Учитель даёт определение единицы индукции магнитного поля — теслы. III. Для отработки знаний подбирают типичные задачи. Модуль магнитной индукции поля Земли равен 5 ·10 –5 Тл. Какая сила действует на проводник длиной 100 м, если сила тока, идущего по нему, равна 10 А. П, № 590—593. IV. Вопросы для повторения как доказать, что магнитное поле материально Какие характеристики магнитного поля мы изучили Для чего необходимо понятие о линиях магнитной индукции Можно ли по виду магнитных линий сравнивать магнитные поля Как формулируется правило буравчика Для чего оно необходимо Что определяет правило левой руки? Домашнее задание § 1—2; упр. нас (ЕГЭ). Рис. Рис. 8 Урок 3. Лабораторная работа Наблюдение действия магнитного поляна ток. Решение задач Инструкция учебника к лабораторной работе достаточно полная. Поэтому следует обратить внимание учащихся лишь на форму отчёта: название работы, оборудование, краткая теория изучаемый объект и явление, закон, рисунок, результаты работы в виде рисунков (направление обмотки, тока, линий магнитной индукции, силы Ампера, ответы на вопросы и решение задач. З ада ч и П, № 596, Домашнее задание § 3* (№ 1, 2); упр. нас (Урок 4*. Применение закона Ампера Задачи урока изучить устройство и принцип действия прибора магнитоэлектрической системы, громкоговорителя продолжить отработку знаний о магнитном поле и его характеристи- ках. План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Изучение нового материала. Отработка изученного материала. Подведение итогов. Домашнее задание 15—20 Рассказ учителя. Демонстрация опытов. Работа с учебником Решение задач Фронтальное повторение. Запись на доске. Научные знания нужны для объяснения и предсказания физических явлений, для конструирования технических устройств. Знания о магнитном поле многое дали людям. Учитель демонстрирует устройство и принцип действия демонстрационного гальванометра (амперметра и вольтметра. По рисунку 1.21 учебника задаёт вопросы в каких участках прибора существует магнитное поле Какой вид имеют полюсы постоянного магнита Зачем они нужны Поворачивается лика- тушка (рис. 1.20, 1.21 учебника) на 90 °? Как направлен ток в катушке при обозначенных силах (рис. 1.21 учебника Какой прибор — амперметр или вольтметр — изображён на рисунке 1.20 учебника Ответ. Гальванометр. В зависимости от внутреннего сопротивления он может быть амперметром или вольтметром это обеспечивается использованием шунтов и добавочных сопротивлений.) Следует рассказ ученика о громкоговорителе. Дополнительно можно рассмотреть вопрос о защите от магнитных полей экранировка действия постоянного магнита на магнитную стрелку, на рамку стоком (пример с рамкой гальванометра) и др. Для самостоятельной работы рекомендуем использовать накопленный в кабинете физики дидактический материал. Домашнее задание § 2, 3* (№ 1); упр. нас (Урок 5*. Решение задач Первая часть урока (20—25 мин) отводится на коллективное решение задач, вторая — на выполнение самостоятельной работы. Рассматривают пример решения задачи из учебника (с. 17, № 1). Приведём примеры задач для самостоятельного решения. Вектор индукции однородного магнитного поля направлен вертикально вверх. Как будет двигаться проводник стоком в таком поле, если он расположен в нём перпендикулярно. С какой максимальной силой может действовать однородное магнитное поле с индукцией 4 Тл на прямолинейный проводник длиной 10 см, если сила тока, идущего по нему, равна 10 А? Домашнее задание П, № 598; упр. нас (ЕГЭ, индиви- дуально). Урок 6. Действие магнитного поляна движущийся заряд. Сила Лоренца Задачи урока выделить и изучить новое физическое явление действие магнитного поляна движущуюся заряженную частицу сформировать умение решать задачи на использование формулы для силы Лоренца. План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Актуализация знаний Изучение нового материала явление действия магнитного поляна заряженную частицу, закон этого действия. Применение знаний Отработка изученного материала Подведение итогов. Домашнее задание 15—20 10—15 Решение задач. Фронтальный опрос Рассказ учителя. Демонстрация опытов. Работа с учебником Решение задач Фронтальное повторение. Запись на доске. Вначале урока необходима актуализация знаний о силе Ампера. Один из школьников решает типичную задачу надо 17 ске. В это время организуют фронтальный опрос возможен и диктант какое физическое явление описывают силой Ампера Отчего зависит действие магнитного поляна ток Что такое элемент тока Как формулируется закон Ампера Можно ли утверждать, что сила прямо пропорциональна вектору магнитной индукции В каких случаях приведённая формула несправедлива Ответ. Магнитное поле неоднородно, проводник длинный и непрямолинейный, ток непостоянный. Рекомендуем следующую организацию изучения нового материала. Учитель ставит учебную проблему определить силу, действующую со стороны магнитного поляна движущуюся заряженную частицу. (В учебнике именно так, а непросто на заряд, который может рассматриваться как модель) Идея получения формулы для силы Лоренца такова нам известен закон Ампера, но электрический ток — это движущиеся заряженные частицы, отсюда сила Лоренца — это сила Ампера, действующая на ток, образованный движением одной заряженной частицы. Задание с помощью учебника получить формулу для силы Лоренца. 2. Коллективно выполняют анализ полученной формулы с помощью ответов на вопросы как направлена сила Лоренца рис. 1.29 учебника Меняет ли она скорость заряженной частицы (рис. 1.30 учебника При каком движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца максимальна. Учитель демонстрирует действие магнитного поляна движущиеся заряженные частицы к электронно-лучевой трубке или к экрану осциллографа при выключенной развёртке) подносят магнит, наблюдают отклонение луча (возможно использование специальной установки — ФЭ-1, с. 173). Вопросы для организации беседы что представляет собой электронный луч Каково направление движения положительного заряда Как расположено внешнее магнитное поле Предположите, как будет отклоняться на экране след электронного луча. О применении закона и выражения для силы Лоренца лучше рассказать учителю. При этом используют рисунки циклотрона и масс-спектрографа (рис. 1.31 и 1.32 учебника. Отработка изученного материала продолжается при решении задач. Типичную задачу подробно в процессе беседы решают на доске ив тетрадях Электрон движется в вакууме в однородном магнитном поле с индукцией Тл. Скорость электрона равна 10 4 км/с и направлена перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, и радиус окружности, по которой он движется. Анализ физического явления. В задаче рассматриваются два физических объекта — электрон и однородное магнитное поле. Полене меняется, электрон движется. Кроме магнитного поляна электрон действует ещё притяжение Земли, но этим действием мы пренебрегаем. (Как это доказать?) Далее выполняют рисунок 9 и сего помощью уточняют представление о характере движения электрона. Это равноускоренное движение по окружности. Роль центростремительной силы играет сила Лоренца. При выполнении рисунка отмечают, что электрон моделируется материальной точкой. Идея решения заключается в использовании формулы для силы Лоренца и описании движения по окружности с помощью второго закона Ньютона. Р е ш е ни е. Для угла 90 ° сила Лоренца вычисляется так: F Л = eBv = 1,6·10 –19 Кл·5·10 –3 Тл·1,0·10 7 м/с=8·10 –15 Н. Для нашего движения — движения материальной точки по окружности — записываем основное уравнение динамики: та = F, mv R 2 = F = В итоге получаем выражение для радиуса = mv eB »10 –2 м. Анализ решения. Изменится ли решение, если принять, что линии вектора магнитной индукции направлены к нам Как будет двигаться электрон в этом случае Точные или приближён- ные значения силы и радиуса получены при решении задачи Ответ. Приближённые.) Почему Вводилась ли при решении система отсчёта? IV. Домашнее задание § 4; упр. нас (ЕГЭ); индивидуально П, № Урок 7*. Решение задач На уроке сочетают самостоятельную и коллективную работу. Подбор задач может быть самым разным. В частности, рекомендуем задачи из учебника (§ 5*) и следующие задачи П, № Домашнее задание § 4, 5*; упр. нас, Урок 8. Магнитные свойства вещества Задачи урока изучить магнитное поле в веществе ввести понятие о магнитной проницаемости среды познакомить с гипотезой Ампера рассмотреть свойства ферромагнетиков (точка Рис. 9 Кюрии др раскрыть значение ферритов в науке и технике продолжить стимулирование самостоятельной познавательной деятельности. Методические рекомендации Магнитные свойства вещества рекомендуем изучать на двух уроках. Для расширения кругозора школьников следует организовать самостоятельную подготовку сообщений по темам устройство памяти ЭВМ с магнитной записью (см Мне я н М. Г. Физические принципы работы ЭВМ. — М Просвещение, 1987); магнитное поле Земли история о магнитных минах (см Кар- ц е в В. П. Магнит затри тысячелетия. — М Энергоатомиздат, 1988); свойства и применение ферритов. Ниже обращаем внимание на ключевые моменты при построении названных уроков. Вначале урока повторяют решение задач насилу Лоренца. Фронтально обсуждают вопросы отчего зависит результат действия силы Лоренца? Какая из изученных формул — для силы Ампера или силы Лоренца — носит более общий характер Какое явление описывает формула для силы Лоренца? Для создания мотивации возможна постановка экспериментальной задачи почему изменяются показания демонстрационного вольтметра при приближении к нему коробочки с подковообразным магнитом Установка простая источник постоянного тока ВС-24М, вольтметр с добавочным сопротивлением и шкалой на 15 В. Цель исследования обратить внимание на то, как действует внешнее магнитное полена работу прибора. Как возникает и каким может быть магнитное поле в средах вот основная учебная проблема урока. Приведём последовательность её решения. Нам известно, что магнитное поле существует в воздухе. Влияет ли магнитное полена вещество? Опыт. В катушку от универсального трансформатора на 120 В, по которой идёт электрический ток, вносят разные материалы и фиксируют изменение магнитного поля около катушки. В качестве индикатора магнитного поля можно использовать магнитный зонд (ДЭ-1, опыт 179), осциллограф с выключенным генератором развёртки, компас или магнитные стрелки. Выводы а) привнесении многих веществ магнитное поле практически не изменяется б) привнесении в катушку стального сердечника происходит резкое усиление внешнего магнитного поля. Желательно ввести понятие о магнитной проницаемости μ среды как физической величине, которая характеризует магнитное поле в однородной среде ( B) по отношению к магнитному полю в вакууме ( B 0 ). Важно подчеркнуть, что эти поля могут существенно различаться. Далее следует краткая классификация веществ по их намаг- ничиваемости. Внимание акцентируют на ферромагнетиках 20 21 3. Почему тела обладают магнитными свойствами и почему эти свойства изменяются под действием внешнего магнитного поля — следующая учебная проблема. Учитель рассказывает о гипотезе Ампера, используя таблицу, рисунок 1.36 учебника, модель доменной структуры ферромагнетиков. В зависимости от условий следует более или менее подробное рассмотрение применения магнитных свойств вещества. Школьники заранее готовят выступления (например, доклад по рисунку 1.39 учебника. Важно поставить эксперименты. Например а) исследование свойств магнитных лент взаимодействие с постоянными магнитами и между собой, стирание записи, отсутствие электрической проводимости феррита при измерении сопротивления омметром б) исследование на модели ориентации доменов дои вовремя действия внешнего магнитного поля (ДЭ-1, опыт Желательно подготовить выступление о магнитном поле Земли, в котором мы все живём. Наша Земля — гигантский магнит, имеющий северный и южный полюсы (рис. 10). Знание структуры магнитного поля Земли очень важно для науки, поэтому в течение суток изо дня вдень в магнитных обсерваториях ведутся систематические наблюдения. Первая магнитная карта Земли была составлена в 1701 г. Э. Галлеем, который собрали систематизировал наблюдения многих мореплавателей за поведением магнитной стрелки. В настоящее время карта магнитного поля составляется с помощью магнитометров, установленных на искусственных спутниках Земли. Исследованиями было доказано, что Южный магнитный полюс Земли удалён от Северного географического полюса примерно на 2100 км и его координаты с. ш. изд. Северный магнитный полюс находится вблизи Южного географического полюса, а именно на 66,5 ° ю. ш. ив. д. Исследования, проведённые с помощью ИСЗ, показали, что собственное магнитное поле Земли представляет собой препятствие на пути потока частиц, непрерывно испускаемых Солнцем. Магнитное поле надёжно защищает Землю от космического излучения, которое оказывает разрушительное воздействие на живые организмы. В периоды высокой солнечной активности идущий от Солнца поток быстрых частиц возмущает магнитное поле Земли. Из-за этого возникают полярные сияния, а также магнитные бури, нарушающие радиосвязь и меняющие положение магнитной стрелки. Рис. 10 22 IV. Вопросы для обобщения изученного существуют ли магнитные поля в веществе (природе Какое это имеет значение для науки, техники, практической жизни Что такое магнитная аномалия Какова природа магнетизма Какие аргументы можно привести в доказательство гипотезы Ампера? Домашнее задание § 6; на повторение — упр. нас (ЕГЭ); индивидуально — П, № Урок 9. Обобщающее повторение Задачи урока систематизировать знания о магнитном поле продолжить формирование умений выделять электромагнитные явления и описывать их физическими величинами и законами проверить знания школьников. План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы. Обобщение изученного материала Контроль знаний самостоятельная работа Подведение итогов изучения темы. Домашнее задание Работа с таблицами. Выступления школьников. Беседа Решение задач Сообщение учителя. Запись на доске. Последовательно с помощью таблиц 2—4 выделяют главное в изученном материале, ещё раз устанавливают причинно-след- ственные и логические связи. Выделим обсуждаемые вопросы. Магнитное поле и средства его описания (табл. 2). Вопросы для организации беседы каковы основные свойства магнитного поля как физического объекта Всели свойства магнитного поля изучают в школе Чем различаются магнитные поля Как описывают независимость магнитных полей Как описывают изменение магнитного поля прямого тока при удалении от источника. Сравнение свойств электрического и магнитного полей табл. 3). Вопрос для обсуждения какие свойства электрического поля мы изучали Ответ. Действие на заряд, постоянство во времени, однородность, зависимость от значения и расположения зарядов — источников поля и др. Действия магнитного поля — физические явления. Существование магнитного поля, его действие на токи и на движущиеся заряженные частицы проявляются во многих физических явлениях. Назовём их и отметим их важность (табл. 4). 23 Таблица Свойства поля |