Магнитное поле и его графическое изображение неоднородное и. Магнитное поле, его графическое изображение
Темой этого урока будет магнитное поле и его графическое изображение. Мы обсудим неоднородное и однородное магнитное поле. Для начала дадим определение магнитному полю, расскажем, с чем оно связано и какими оно обладает свойствами. Научимся изображать его на графиках. Также узнаем, как определяется неоднородное и однородное магнитное поле.
Cегодня мы в первую очередь повторим, что такое магнитное поле. 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.
Список дополнительной литературы:
Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля // Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31. Кикоин А.К. Откуда берется магнетизм? // Квант. — 1992. — № 3. — С. 37-39,42 Леенсон И. Загадки магнитной стрелки // Квант. — 2009. — № 3. — С. 39-40. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. - М., 1974
Мы знаем, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле . Магнитное поле создает также и постоянный магнит . Будут ли отличаться созданные ими поля? Несомненно, будут. Различие между ними можно увидеть наглядно, если создать графические изображения магнитных полей. Магнитные линии полей будут направлены по-разному.
Однородные магнитные поля
В случае проводника с током магнитные линии образуют замкнутые концентрические окружности вокруг проводника. Если посмотреть на проводник с током и образованное им магнитное поле в разрезе, то мы увидим набор кругов различного диаметра. На рисунке слева изображен как раз проводник с током.
Действие магнитного поля будет тем сильнее, чем ближе к проводнику. По мере удаления от проводника действие и, соответственно, сила магнитного поля будут уменьшаться.
В случае постоянного магнита мы имеем линии, выходящие из южного полюса магнита, проходящие вдоль самого тела магнита и входящие в его северный полюс.
Зарисовав такой магнит и магнитные линии образованного им магнитного поля графически, мы увидим, что сильнее всего действие магнитного поля будет возле полюсов, где магнитные линии расположены наиболее густо. Рисунок слева с двумя магнитами как раз изображает магнитное поле постоянных магнитов.
Похожую картину расположения магнитных линий мы увидим в случае соленоида или катушки с током. Наибольшую интенсивность магнитные линии будут иметь у двух концов или торцов катушки. Во всех вышеприведенных случаях мы имели неоднородное магнитное поле. Магнитные линии имели разное направление, и их густота была различна.
Может ли магнитное поле быть однородным?
Если мы рассмотрим внимательно графическое изображение соленоида, то увидим, что магнитные линии расположены параллельно и имеют одинаковую густоту расположения только в одном месте внутри соленоида.
Такая же картина будет наблюдаться внутри тела постоянного магнита. И если в случае постоянного магнита мы не можем «забраться» внутрь его тела, не разрушив его при этом, то в случае катушки без сердечника или соленоида, мы получаем внутри них однородное магнитное поле.
Такое поле может потребоваться человеку в ряде технологических процессов, поэтому можно сконструировать соленоиды достаточного размера, чтобы можно было проводить необходимые процессы внутри них.
Графически мы привыкли изображать магнитные линии окружностями или отрезками, то есть мы как бы видим их сбоку или вдоль. А как быть в случае, если рисунок создан так, что эти линии направлены на нас или в обратную сторону от нас? Тогда их рисуют в виде точки или крестика.
Если они направлены на нас, то их изображают в виде точки, как будто это острие летящей на нас стрелы. В противоположном случае, когда они направлены от нас, их рисуют в виде крестика, как будто это хвостовое оперение удаляющейся от нас стрелы.
«Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитные поля»
Цель урока: обеспечение условия для получения учащимися знаний о магнитном поле c пособ ахего графического изображения
Задачи:
образовательные:
выявить существование магнитного поля в процессе решения поставленной ситуации;
дать определение магнитного поля;
исследовать зависимость величины магнитного поля магнита от расстояния до него;
исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов;
выяснить свойства магнитного поля;
познакомиться с изображением магнитного поля через силовые линии.
развивающие: развитие логического мышления; умения анализировать, сравнивать, систематизировать информацию;
воспитательные: формировать навыки работы в группах;
формировать ответственность в выполнении учебной задачи.
Тип урока: изучение нового материала.
Оборудование: магниты (полосовые, дугообразные) по количеству учащихся, железные опилки, белый лист.
Ход урока
1) Организационный этап. Девизом нашего урока станут слова Р.Декарта: «…Для того, чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать».
2) Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.
Ситуация. 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. 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.
Любящий камень» - такое поэтическое название дали китайцы этому камню. Любящий камень (тшу-ши), говорят китайцы, притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей.
Учитель. О каком камне идёт речь в предании? (О магните.)
Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами или просто магнитами.
Учитель. У вас на партах лежат магниты Я предлагаю взять магниты и поднести их друг к другу, не касаясь. Что вы наблюдаете? Как объясняете? Почему происходит взаимодействие магнитов? Выходит между магнитами есть нечто такое, что мы не видим и не можем потрогать руками. Тогда это называют особой формой материи – полем. Магнитным полем. Выясняем тему урока и ставим цель урока – изучение магнитного поля. Не просто понятия магнитного поля, а его свойств.
3 ) Первичное усвоение новых знаний.
Итак записываем тему в тетради. Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитные поля. Цель нашего урока: выявление основных свойств магнитного поля и способов его изображения
Итак немного о магнитах (сайт ИНФОУРОК, Магнитное поле)
(просматривая фильм записываем определения, свойства поля, делаем зарисовки)
Магнитное поле – особая форма материи(силовое поле), которое образуется вокруг движущихся заряженых частиц)
1.Магнитное поле порождается только движущимися зарядами.
2. Магнитное поле невидимо, но материально. Обнаружить его можно только по тому действию, которое оно оказывает.
3. Магнитное поле можно обнаружить по его действую на магнитную стрелку и на другие движущиеся тела.
Изобразить магнитное поле можно с помощью магнитных линий.
Магнитные линии - это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.
Их мы можем увидеть, проделав опыт с железными опилками.
Опыт: На белый лист, под которым находится магнит, медленно сыпем железные опилки. Опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля.
Обратите внимание, что в тех областях, где магнитное поле более сильное – на полюсах, магнитные линии располагаются ближе друг к другу, т.е. гуще. Чем в тех местах, где поле слабее.
Особенности магнитных линий (записать)
1. Магнитные линии можно провести через любую точку пространства.
2. Они замкнуты и не пересекаются.Средняя линия идет бесконечно.
3.Магнитная линия проводится так, чтобы касательная в каждой точке линии совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
4. За направление магнитной линии принято направление северного полюса стрелок компаса, расположенных вдоль этой линии.
5. Более сильное магнитное поле изображается большей концентрацией.
Рассмотрим силовые линии катушки с током. С понятием соленоид мы знакомы с 8 класса.
Соленоид - это катушка в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток (показать)
Правило стрелы (изобразить в тетрадь)
Однородное поле(изобразить в тетрадь)
Неоднородное поле(изобразить в тетрадь)
4 ) Первичная проверка понимания заполнить таблицы
| Результат – графическое изображение линий магнитного поля |
|
| Полосовой магнит | |
| Дугообразный магнит |
| Неоднородное магнитное поле | Однородное магнитное поле |
|
| Расположение линий | Искривлены, их густота различна | Параллельны, их густота одинакова |
| Густота линий | неодинакова | Одинакова |
| неодинакова | одинакова |
5 ) Первичное закрепление . Самостоятельная работа с взаимопроверкой.
1. Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током объясняется тем, что на нее действует …
А. …магнитное поле, созданное движущимися в проводнике зарядами.
Б. …электрическое поле, созданное зарядами проводника.
В. … электрическое поле, созданное движущимися в проводнике зарядами.
2. Магнитные поля создаются…
А. …как неподвижными, так и движущимися электрическими зарядами.
Б. …неподвижными электрическими зарядами.
В. …движущимися электрическими зарядами.
3. Линии магнитного поля – это …
А. … линии, совпадающие с формой магнита.
Б. ... линии, по которым движется положительный заряд, попадая в магнитное поле.
В. …воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.
4. Линии магнитного поля в пространстве вне постоянного магнита …
А. …начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.
Б. … начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на южном.
В. … начинаются на полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.
Г. …начинаются на южном полюсе магнита, заканчиваются на северном.
5. Конфигурации линий магнитного поля соленоида сходны с картиной силовых линий …
А. …полосового магнита.
Б. …подковообразного магнита.
В. …прямого провода с током.
Проверка по эталону и самооценивание:
3 правильных ответов – оценка 3,
4 правильных ответов – оценка 4,
5 правильных ответов – оценка 5.
6) Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению
7) Ре флексия (подведение итогов занятия)
Выберите начало фразы и продолжите предложение.
я попробую…
меня удивило…
урок дал мне для жизни…
Постоянные магниты – тела, сохраняющие длительное время намагниченность. Полюс - место магнита, где обнаруживается наиболее сильное действие N – северный полюс магнита S – южный полюс магнита S N S Дугообразный магнит Полосовой магнит N 2
В чем же причины намагничивания? Гипотеза Ампера + S Согласно гипотезы Ампера (1775 - 1836 г.) в атомах и молекулах в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В 1897 г. гипотезу подтвердил английский учёный Томсон, а в 1910 г. измерил токи американский учёный Милликен. - е N При внесении куска железа во внешнее магнитное поле все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле. Так кусок железа становится магнитом. 3
Движение электронов представляет собой круговой ток, а вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле. 4 4
Искусственные и естественные магниты. Искусственные магниты -полученные намагничиванием железа при внесении его в магнитное поле. Естественные магниты - магнитный железняк. Природные магниты, т. е. кусочки магнитного железняка магнетита 5
Свойства магнитов: 1. Наиболее сильное магнитное действие обнаруживают полюса магнитов; 2. Хорошо притягиваются магнитом чугун, сталь, железо и некоторые сплавы; 3. Железо, сталь, никель в присутствии магнитного железняка приобретают магнитные свойства; 4. Разноименные магнитные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются. 6 6
Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой. 7
Магнитное поле постоянных магнитов Представление о виде магнитного поля можно получить с помощью железных опилок. Стоит лишь положить на магнит лист бумаги и посыпать его сверху железными опилками. Магнитное поле - составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц. 8
Магнитные поля изображаются с помощью магнитных линий. Это воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита. 9
По картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля. В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг у другу, гуще, чем в тех местах, где поле слабее. 10
НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Сила, с которой действует поле магнита может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называют неоднородным. Характеристики неоднородного магнитного поля: магнитные линии искривлены; густота магнитных линий различна; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, различна в разных точках этого поля по величине и направлению. 12
Где существует неоднородное магнитное поле? Вокруг прямого проводника с током. На рисунке изображен участок такого проводника, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа. Ток направлен от нас. Видно, что магнитные линии представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника 13
ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Характеристики однородного магнитного поля: магнитные линии параллельные прямые; густота магнитных линий везде одинакова; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, одинакова во всех точках этого поля по величине и направлению. 15
Где существует однородное магнитное поле? Внутри полосового магнита и внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметр 16
Это интересно Магнитные полюсы Земли много раз менялись местами (инверсии). За последний миллион лет это случалось 7 раз. 570 лет назад магнитные полюса Земли были расположены в районе экватора 17
Это интересно Если на Солнце происходит мощная вспышка, то усиливается солнечный ветер. Это вызывает возмущение земного магнитного поля и приводит к магнитной буре. Пролетающие мимо Земли частицы солнечного ветра создают дополнительные магнитные поля. Магнитные бури причиняют серьёзный вред: они оказывают сильное влияние на радиосвязь, на линии электросвязи, многие измерительные приборы показывают неверные результаты. 18
Это интересно Земное магнитное поле надежно защищает поверхность Земли от космического излучения, действие которого на живые организмы разрушительно. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями. 19
Это интересно Результатом взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли является полярное сияние. Вторгаясь в земную атмосферу, частицы солнечного ветра (в основном электроны и протоны) направляются магнитным полем и определённым образом фокусируются. Сталкиваясь с атомами и молекулами атмосферного воздуха, они ионизируют и возбуждают их, в результате чего возникает свечение, которое называют полярным сиянием. 20
Это интересно 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; у больных атеросклерозом и тромбофлебитом она становится гуще и быстрее свёртывается, а у здоровых людей, напротив, повышается. 21
Закрепление 1. 2. 3. 4. 5. 6. Какие тела называют постоянными магнитами? Чем порождается магнитное поле постоянного магнита? Что называют магнитными полюсами магнита? Чем отличаются однородные магнитные поля от неоднородных? Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? Объясните, почему иголка притягивает скрепку? (см. рис) 22
сегодня я узнал…
было интересно…
было трудно…
я выполнял задания…
я понял, что…
теперь я могу…
я почувствовал, что…
я приобрел…
я научился…
у меня получилось …