ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Электромагнитное поле

10 уроков

· Взаимодействие магнитов и токов

· Магнитное поле

· Сила Ампера и сила Лоренца

· Магнитные свойства вещества

· Явление электромагнитной индукции

· Энергия магнитного поля

Тематическое планирование

УРОК 1/13

Тема. Взаимодействия магнитов и токов

Цель урока: ознакомить учащихся с простейшими магнитными взаимодействиями.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Взаимодействие магнитов

У любого магнита есть два полюса (полюсами магнита называют те его части, вблизи которых наиболее сильно проявляется действие магнита). Опыт показывает, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные - притягиваются.

Оказалось, что взаимодействие полюсов магнита очень похожа на взаимодействие электрических зарядов. Более того, оказалось, что так же, как и для электрических зарядов, сила взаимодействия полюсов убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Однако получить «одиночные» магнитные полюса (только северный и только южный), подобные положительных и отрицательных электрических зарядов, оказалось невозможным: если распилить магнит, выходят два меньших магнита, у каждого из которых есть снова два полюса - северный и южный. Уже в XX веке было установлено, что даже элементарные частицы, такие как протон и электрон, являются крошечными магнитами, которые имеют по два полюса.

2. Взаимодействие магнитов и проводников с токами

Прямое экспериментальное обнаружение связи между электрическими и магнитными явлениями произошло благодаря счастливой случайности. в 1820 году датский физик X. Эрстед, читая лекцию о постоянные токи, обратил внимание на то, что магнитная стрелка, находящаяся вблизи проводника, вернулась во время включения тока. Так было открыто орієнтувальну действие проводника с током на постоянный магнит.

После того как были обнаружены взаимодействия магнитов с магнитами и электрическими токами с магнитами, встал вопрос: будет ли происходить магнитное взаимодействие между электрическими токами?

Положительный ответ на этот вопрос был получен Ампером. Он экспериментально установил, что параллельные проводники с токами взаимодействуют.

Оказалось, что параллельные проводники с токами взаимодействуют друг с другом:

Ø если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются, а если в противоположных направлениях - то отталкиваются. Взаимодействие проводников с токами используют для определения единицы силы тока, названной в честь Ампера ампером, г Один ампер - это сила такого постоянного тока, который при прохождении через две параллельные бесконечно длинные прямолинейные проводники очень малого сечения, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины.

Изучив взаимодействие катушек с токами, Ампер обнаружил, что оно напоминает взаимодействие постоянных магнитов: торцы катушек притягиваются или отталкиваются в зависимости от того, как направлены токи в катушках.

3 постоянными магнитами катушки с токами тоже как взаимодействуют магниты: торец катушки притягивается к полюсу магнита или отталкивается от него. Таким образом,

Ø один торец катушки с током является ее северным полюсом, а другой - южным.

Таким образом, катушка с током по своим магнитным действием подобна магниту.

Можно дать ученикам такую схему магнитных взаимодействий:

Взаимодействия между проводниками с током называются магнитными. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называются магнитными.

3. Гипотеза Ампера

То, что катушки с током и магниты взаимодействуют в подобный способ, навело Ампера на мысль, что магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены незатухаючими микроскопическими токами (Ампер называл их молекулярными), циркулирующих в них. Согласно этой гипотезе частицы вещества представляют собой как бы малюсенькие витка с токами. Это предположение назвали гипотезой Ампера.

Если микроскопические токи ориентированы хаотически, вроде не проявляет магнитных свойств. А если микроскопические токи ориентированы одинаково, то «соседние» микроскопические токи будут направлены противоположно и поэтому будут компенсировать друг друга.

А вот вблизи поверхности образца микроскопические токи текут в одном направлении, образуя будто ток, обтекающий поверхность образца. Вследствие этого образец становится подобным катушки с током и поэтому проявляет такие же магнитные свойства, как катушка с током.

Гипотеза Ампера объясняет, почему нельзя разъединить полюса магнита, получив «одиночные» полюса: ведь каждая половина магнита снова подобная катушки с током.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Какие основные свойства постоянных магнитов?

2. Как взаимодействуют полюса магнитов?

3. Какие явления наблюдаются в круге, в которой существует электрический ток?

4. Существует ли связь между электрическими и магнитными явлениями?

Второй уровень

1. Как лучше располагать проводник с током, демонстрируя опыт Эрстеда, - вдоль меридиана или вдоль параллели?

2. Как взаимодействуют соседние витки катушки с током - притягиваются или отталкиваются?

3. Можно ли изготовить полосовой магнит так, чтобы на его концах были одноименные полюса?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой - только южный?

2. Опишите несколько способов, с помощью которых можно определить, намагниченный кусок стальной проволоки.

3. Турист нашел в лесу стальное полотно ножовки. Как он может определить, намагниченное это полотно, если у него нет с собой предметов из магнитных материалов?

2). Учимся решать задачи

1. Северный полюс магнита подносят к положительно заряженной теннисной шарики, что висит на нитке. Что будет наблюдаться - притяжения или отталкивания?

Как изменится ответ, если шарик заряжена отрицательно? Решение

В обоих случаях будет наблюдаться притяжение, обусловленное разделением заряженных частиц в нейтральном теле (магните) под действием электрического поля. Замена положительного заряда шарика на негативный и (или) северного магнитного полюса на южный никак не повлияет на результат: магнитное поле вообще не действует на неподвижные заряженные частицы или тела.

2. Или отклонится магнитная стрелка, если ее разместить вблизи движущегося пучка частиц:

а) электронов;

б) атомов;

в) положительных ионов?

3. Каким образом можно узнать, есть ли ток в проводе, не пользуясь амперметром?

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

· Части магнита, вблизи которых наиболее сильно проявляется действие магнита, называют полюсами магнита.

· Северным полюсом магнитной стрелки называют тот, который указывает на север.

· Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Поэтому с помощью магнитной стрелки можно определять, какой полюс магнита северный, а какой - южный.

· Проводник с током действует на расположенный вблизи его постоянный магнит.

· Параллельные проводники с токами взаимодействуют друг с другом: если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются, а если в противоположных направлениях - то отталкиваются.

· Катушки с токами взаимодействуют так же, как постоянные магниты.

· Гипотеза Ампера: магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены незатухаючими «молекулярными» токами, циркулирующими в них.

Домашнее задание

Подр.: § 13.