Постоянные магниты. Урока физики Учебный предмет физика Класс 8 класс умк Перышкин А. В. Тема урока Постоянные магниты. Магнитное поле Земли Тип урока урок открытия новых знаний
 Скачать 148.17 Kb.
|
|
Учитель: Можно ли говорить о направлении магнитного поля? Ученик: Да, так как магнитная стрелка, которая может свободно вращаться, всегда устанавливается, ориентируясь определенным образом, в данной области магнитного поля. Для характеристики магнитного поля именно поэтому вводится понятие линий магнитного поля. Учитель: Ребята, давайте уточним, какие линии называются линиями магнитного поля? Ученик: Линиями магнитного поля являются линии, проведенные так, что касательные к ним в каждой точке указывают направление поля в этой точке. Линии магнитного поля замкнуты, в отличие от линий электрического поля. Реально линии магнитного поля не существуют, но они являются удобным способом его описания. III этап – Мотивационный. Постановка целей и задач урока. Цель: Включение в учебную деятельность на личностно-значимом уровне, осознание потребности к построению нового способа действий Опыт: предложите способы вытаскивания кнопки из стакана с водой, чтобы не замочить рук. Вопрос: Где это можно применить? Врачи используют магнитный зонд для извлечения из желудка игл, булавок. Молодцы! Но, прежде чем сформулировать 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? Сегодня мы с вами осуществим погружение в мир науки магнетизма, исследований, интересных фактов, связанных с магнетизмом. Запишите число и тему урока «Постоянные магниты. Магнитное поле Земли». Сформулируйте и запишите свою цель работы на уроке. IV этап – Первичное усвоение новых знаний (демонстрация, лабораторное исследование, сообщения учащихся и учителя с опорой слайдовую презентацию) Цель: «Открытие» новых знаний Демонстрация. Учитель: Берем стальной стержень, наматываем на него 20 – 30 витков изолированного провода и пропускаем по обмотке постоянный электрический ток. Вынув стержень, обнаруживаем его магнитные свойства. Аналогичные опыты проделываем с алюминиевым, медным и стеклянным стержнями. Исследуя их, выясняем, что они не стали магнитами. Вывод: есть тела, которые сохраняют магнитные свойства после намагничивания, и тела, которые эти свойства не сохраняют. Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами. Сообщения учащихся: Сообщение № 1. История магнита насчитывает свыше 2,5 тыс. лет. Ещё в 7 веке до н.э. китайцы обнаружили природные минералы, способные притягивать к себе небольшие железные предметы. Древнегреческий драматург Евприд (5в до н.э.) описал свойства этого природного минерала и назвал его магнитом , что означало камень из Магнесии – местечка на Ближнем Востоке, где были найдены залежи этого минерала. Теперь мы знаем, что природные магниты представляют собой куски магнитного железняка (магнетика), хрупкого чёрного минерала. Сообщение № 2. Действие магнита впервые описывается в поэме Лукреция Кара (около 99–55г.г до н.э.) “О природе вещей”. Лукреций Кар полагал , что из магнита вытекают потоки мельчайших частиц, в результате чего вокруг магнита образуются пустоты, куда и устремляется железо. В 1279 году вышло сочинение Петра Перегрина “О магните, где приводилось много фактов, связанных с магнетизмом. Он впервые ввёл обозначение полюсов (северного и южного), описал взаимодействие (притяжение и отталкивание), указал на невозможность отделения полюсов, на потерю магнетизма при нагревании, установил факты намагничивания железа на расстоянии. В 1600 году вышла в свет книга английского учёного Гильберта “О магните, магнитных телах и большом магните – Земле”, в ней автор описал уже известные свойства магнита, а так же собственные открытия. Гильберт предполагал, что Земля представляет собой большой магнит. Оказалось, что магнитные полюса Земли не совпадают с её географическими полюсами, более того, северный полюс земного магнита находится в Южном, а южный полюс – в Северном полушарии. Южный магнитный полюс находится вблизи Северного географического полюса, на расстоянии 2100 км от него (75° с.ш., 99° з.д.). Северный магнитный полюс вблизи Южного географического полюса (66,5° ю.ш., 140° в.д.). Сообщение № 3. Впервые теорию магнетизма разработал французский физик Андре Мари Ампер .Согласно его теории намагниченность железа объясняется существованием электрических токов, которые циркулируют внутри вещества. 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. Свои первые сообщения о результатах опытов Ампер сделал на заседании Парижской академии наук осенью 1820 года. Понятие “ магнитное поле” в физику ввёл английский физик Майкл Фарадей. Магниты взаимодействуют посредством магнитного поля, он же ввёл понятие магнитных силовых линий. Лабораторное исследование магнитного поля постоянного магнита (Приложение 1). Учащиеся в группах проверяют: Действие постоянных магнитов. Взаимодействие постоянныых магнитов. Действие постоянного магнита на магнитную стрелку на острие. С помощью железных опилок, «посолив» лист плотной бумаги, наблюдают силовые линии магнитного поля полосового и дугообразного магнитов. Вывод: 1. Магнитные поля постоянных магнитов похожи на поля электромагнитов (полосовой – проводник с током; дуговой - соленоид). Это сходство не случайно, так как магнитное поле обусловлено движением электрических зарядов (гипотеза Ампера). 2. Те места магнита, где обнаруживается наиболее сильные магнитные действия, называются полюсами магнита. У каждого магнита есть два полюса: северный (N ) и южный (S ). 3. При взаимодействии постоянных магнитов одноименные полюса отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Магнитное поле Земли (сообщение учителя с опорой на слайдовую презентацию ). На основании опытов по намагничиванию тел в магнитном поле Земли, а также из наблюдений за ориентацией магнитной стрелки в направлении север – юг, можно сделать вывод о наличии магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли создается токами в земной коре и атмосфере. Посмотрим на глобусе расположение магнитных полюсов Земли. Они не совпадают с географическими полюсами. Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показывает направление на север. Магнитное поле Земли защищает все живое от космического излучения, уводя быстрые заряженные частицы в полярные области. С этим связано уникальное вление природы –северное сияние. Иногда возникают кратковременные изменения магнитного поля Земли – магнитные бури . Они связаны с солнечной активностью. Марс имеет слабое магнитное поле, а Луна и Венера его вообще не имеют. На взаимодействии с магнитным полем Земли основана работа замечательного прибора – компаса, уникального изобретения человека. Сообщение учащегося: Компас произвел настоящий переворот в мореплавании. Он был первым навигационным прибором, позволявшим прокладывать курс в открытом море. На протяжении нескольких тысячелетий мореплавание было привязано к морским берегам. С изобретением компаса отважные путешественники-мореплаватели пустились в плавание через океан. Историки предполагают, что компас был изобретен в Китае, при династии Сун и использовался сначала для указания направления движения в пустыне. Самый древний прибор выглядел так: на тщательно отполированной деревянной или медной пластине выпуклой частью устанавливалась отполированная ложка с тонким черенком. Ложка была выполнена из магнетита (другое название — магнитный железняк, широко распространенный минерал чёрного цвета из класса оксидов ) и черенок ее не касался пластины, а свободно висел над ней. При этом ложка легко могла вращаться вокруг оси своего выпуклого основания. На пластине были нанесены обозначения стран света. Черенок ложки следовало слегка толкнуть, заставив вращаться, он делал несколько оборотов, затем останавливался, указывая на юг. Форма ковшика по-видимому копировала форму созвездия Большой Медведицы, называемого в Китае «Небесным Ковшом”. Примерно в 11 веке у компаса появилась плавающая стрелка, изготовленная из искусственного магнита. Обычно она имела форму рыбки и опускалась в сосуд с водой, указывая головой на юг. Китайский ученый Шэнь Гуа, много работал над исследованием свойств магнитной стрелки и придумал несколько разновидностей компаса. Он намагничивал швейную иглу и прикреплял с помощью воска в центре корпуса к свободно висящей шелковой нити, а также пробовал намагниченную иголку насаживать на шпильку. Морской компас впервые описывают половцы ( кочевой народ тюркского происхождения) в 1282 году. В 13 веке компас переняли европейцы. В то время компас представлял собой намагниченную иголку и кусочек дерева, плававшие в сосуде с водой. Вскоре сосуд стали прикрывать стеклом, для защиты от ветра. В начале 14 века итальянец Флавио Джойя усовершенствовал компас, снабдив его картушкой (подвижный диск из немагнитного материала, в данном случае он был сделан из бумаги), разделенной на 16 частей. В 16 веке коробку со стрелкой поместили в кардановый подвес, чтобы качка корабля не оказывала влияния на показания компаса и секторов-румбов у компаса стало 32 ( в морской терминологии румб — это 1/32 полной окружности). Еще через 100 лет компас дополнили вращающейся линейкой с визирами на концах, что позволило точнее отсчитывать направления. Как работает компас? Всем известно что Земля имеет магнитное поле. Принцип действия компаса основан на взаимодействии поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Конечно теперь на многих военных и торговых судах магнитные компасы заменены на современные гирокомпасы, электронные компасы и устройства, определяющие координаты посредством спутниковых систем, отличающиеся высокой точностью и надёжностью, традиционный магнитный компас по-прежнему широко применяется рыбаками, яхтсменами, любителями пеших походов и альпинистами, а также активно применяется в топографии и геологии. Магниты получили огромную популярность и в настоящее время используются в основных прикладных областях: Магнитные носители информации: жесткие диски, дискеты. Кредитные, банковские карты имеют магнитную полоску на одной стороне, которая кодирует необходимую информацию. Обычные телевизоры и компьютерные мониторы Громкоговорители и микрофоны (динамиков наушников, радио, мобильных телефонов, смартфонов, планшетов, колонок) используют постоянный магнит для преобразования электрической энергии в механическую энергию Компас - является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля Игрушки, ювелирные украшения Крепежи для штор, а так же в держателях для бумаги на магнитной доске для более мощной силы удерживания. Медицинские учреждения используют методы магнитного резонанса для сканирования различных органов в организме человека и для хирургических целей (магнитно-резонансная томография) Устройство металлодетекторов Магнитный зонд для извлечения из желудка механических предметов Магнитные грузозахваты Магнитотерапия V этап – Первичная проверка понимания Цель: Воспроизведение изученного материала на уровне логических рассуждений Немного отдохнули, а теперь послушайте одно предание. По необозримым просторам пустыни идёт караван. В жёлтой мгле утонул горизонт. Кругом, куда ни глянь, - безжизненные пески. Путь каравана далёк и труден. Но люди уверенно продвигаются к своей цели. Их ведёт небольшая полоска намагниченного железа, плавающая на пробке в воде, в глиняном сосуде, который надёжно установлен в деревянной клетке между горбами белого верблюда, шагающего впереди. Стороны сосуда-путеводителя раскрашены в разные цвета. Время от времени человек, сидящий впереди, бросает взор на полоску железа: она чуть вздрагивает в такт шагам животного, но неизменно показывает одним концом на красный край кувшина, другим – на чёрный. Как называется этот прибор? (Компас.) Почему он всегда устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении (если вблизи нее нет магнитов, проводников с током, железных предметов)? Полюсы магнита расположены в крайних точках. Но у шара нет крайних точек. Какой вывод напрашивается? (У шара не может быть полюсов). Вопрос: Где мы встречаемся с огромным природным шарообразным магнитом? (Земля). Вопрос: Если земля-магнит, то у земли должно быть 2 полюса. Как располагаются полюса земли? Как можно доказать существование у земли магнитных полюсов? Продолжи фразу: Вблизи северного географического полюса находится....магнитный полюс, вблизи южного географического полюса находится....магнитный полюс. Северный магнитный полюс находится в Антарктиде, южный - в Канаде. Видеофрагмент магнитного поля Земли VI этап - Закрепление Цель: Самостоятельное применение полученных знаний Вопрос: Можно изменить положение магнитной стрелки? Значит ли это, что тоже происходит с полюсами Земли? (могут меняться местами) Инверсия - периоды взаимообмена магнитных полюсов Земли местами, которые продолжаются 5-10 тыс лет. Последнее перемещение произошло 700 тыс лет назад. На земле происходили смещения магнитных полюсов на большие расстояния, которые заканчивались возвращением полюсов на прежнее место. Главный источник перемещения полюсов - вхождение Солнечной системы в определенную зону галактики с повышенной концентрацией водорода. На поверхности Земли имеются территории, где ее собственное магнитное поле сильно искажено магнитным полем железных руд, залегающих на небольшой глубине. Такие области называются областями магнитной аномалии. Одна из таких территорий – Курская магнитная аномалия. Вопрос: магнитное поле земли может изменяться? Что может служить причиной этих изменений? Магнитные бури - это изменения магнитного поля земли при увеличении активности Солнца. Магнитные бури оказывают сильное влияние на все живое на Земле. Изучением влияния различных факторов погодных условий на организм здорового и больного человека занимается специальная дисциплина - биометрология. Магнитные бури вносят разлад в работу сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной системы, а также изменяют вязкость крови. Вопрос: что происходит во время солнечной активности? (солнце выбрасывает большое количество заряженных частиц Вопрос: Как ведет себя стрелка компаса? (колеблется) Вопрос: Какие еще явления на Земле связаны с деятельностью Солнца? (полярные сияния) Где они наблюдаются и что представляют? Первые предположения об электрической природе полярных сияний высказал М.В.Ломоносов. Полярные сияния - это свечение разряженных газов в верхних слоях атмосферы под влиянием магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли - сложное и недостаточно изученное явление. Френкель объяснил существование магнитного поля Земли электрической проводимостью раскаленного ядра. Магнитное поле образует магнитосферу. Магнитосфера - область околоземного пространства, в пределах которой обнаруживается магнитное поле Земли. Вопрос: Какова роль магнитного поля Земли? (применяют ранее полученные знания на уроках физики, географии, биологии). Ответы: -Магнитное поле помогает ориентироваться в пространстве -Защищает от вредного воздействия космических лучей, -Определяет характер погоды, -Отклонения магнитного поля указывают на месторождения полезных ископаемых. -Влияет на рост семян, угнетает или ускоряет рост -Задерживает развитие животных, замедляет рост клеток, изменяет состав крови, ухудшает самочувствие людей. -Если магнитное поле исчезнет, то это приведет к мутации и гибели живых организмов. -Служит для ориентации морских бактерий и птиц (у птиц в области глаз есть маленькие кристаллы магнита). VII этап – Итоги урока Цель: Самостоятельное применение полученных знаний А теперь закрепим новые знания при решении качественных задач. Можно ли сделать магнит, у которого был бы только северный полюс или только южный? (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 этих элементов.) Загадка. Когда с тобою этот друг, Ты можешь без дорог Шагать на север и на юг, На запад и восток. (Компас.) А будет ли компас действовать на Венере? (Нет, так как у Венеры нет магнитного поля.) А в каких точках на Земле компас бесполезен? (На южном и северном магнитных полюсах.) В известном романе Жюля Верна “Пятнадцатилетний капитан” скрывавшийся на судне злоумышленник Негоро, желая сбить корабль с правильного курса, незаметно подложил под судовой компас железный брусок. Злой умысел удался: корабль пошел по неверному пути. Почему? (железный брусок притягивал к себе магнитную стрелку компаса, который при этом давал неверные показания.) VIII этап - Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению Цель: Дальнейшее самостоятельное применение полученных знаний Запишите домашнее задание. IX этап – Рефлексия учебных действий Цель: Соотнесение поставленных задач с достигнутым результатом, постановка дальнейших целей. |