Графическое изображение магнитных полей. Метод спектров. Линии магнитной индукции.

План конспект урока № 16.

Тема урока: « Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле»

Цели:

    Образовательные : установить связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике. Ввести понятие неоднородного и однородного магнитных полей. На практике получить картину силовых линий магнитного поля постоянного магнита, соленоида, проводника по которому течет электрический ток. Систематизировать знания по основным вопросам темы “Электромагнитное поле”, продолжить учить решать качественные и экспериментальные задачи.

    Развивающие : активизировать познавательную деятельность обучающихся на уроках физики. Развивать познавательную активность учащихся.

    Воспитательные : содействовать формированию идеи познаваемости мира. Воспитывать трудолюбие, взаимопонимание между учениками и учителем.

Задачи:

    Образовательная : углубление и расширение знаний о магнитном поле, обосновать связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике.

    Воспитательная : показать причинно – следственные связи при изучении магнитного поля прямого тока и магнитных линий, что беспричинных явлений не существует, что опыт- критерий истинности знаний.

    Развивающая : продолжить работу над формированием умений анализировать и обобщать знания о магнитном поле и его характеристиках. Вовлечение учащихся в активную практическую деятельность при выполнении экспериментов.

Оборудование: презентация, таблица, проектор, экран, м агнитные стрелки, железные опилки, магнитики, компас .

План урока:

    Организационный момент.(1-2 мин)

    Мотивация и целеполагание (1-2 мин)

    Изучение новой темы(15-30 мин)

4. Домашнее задание.(1-2 мин)

1. Организационный момент.

Встали, подровнялись. Здравствуйте, садитесь.

2. Мотивация и целеполагание.

Каждый из вас наблюдал, как в конце лета, в начале осени многие птицы улетают в теплые края. Перелетные птицы преодолевают огромные расстояния, опасаясь зимних холодов, а весной они возвращаются обратно. Птицы ориентируются по магнитному полю Земли. Так вот сего дня мы поговорим о магнитах, рассмотрим свойства магнита. Вспомним что такое магнитное поле, какие бывают магнитные поля.

3.Изучение новой темы.

История магнита насчитывает свыше двух с половиной тысяч лет.

Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он однажды обнаружил, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть камнем «Магнуса» или просто «магнитом». Но известно и другое предание о том, что слово «магнит» произошло от названия местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии) Слайд 2 . Таким образом, за много веков до н.э. было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в VI в до н.э. греческий физик Фалес. В те времена свойства магнитов казались волшебными. в той же древней Греции их странное действие связывали напрямую с деятельность Богов.

Вот как описывал свойство этого камня древнегреческий мудрец Сократ: « Этот камень не только притягивает железное кольцо- он одаряет своей силой и кольцо, так что оно в свою очередь может притягивать другое кольцо, и таким образом может висеть друг на друге множество колец и кусков железа! Это происходит благодаря силе магнитного камня»

Каковы же свойства магнитов и чем определяются свойства магнитов? Для этого посмотрим опыт. Берем лист бумаги, магнит и железные опилки. Что мы наблюдаем? Видео

Слайд 3

А если взять 2 магнита и поднести их друг к другу одноименными полюсами? как они будут себя вести? А если разноименными полюсами?

Почему куски, железные опилки притягиваются к магниту? Подобно тому как стеклянная палочка притягивает к себе куски бумаги, подобно этому магнит притягивает к себе железные опилки Вокруг магнита существует магнитное поле.

Из курса физики 8 класса вы узнали, что магнитное поле порождается электрическим током. Оно существует, например, вокруг металлического проводника с током. При этом ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника.

Поскольку электрический ток - это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.

Итак запишем определение:

Магнитное поле-это особый вид материи, который создается вокруг магнитов движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.

Слайд 5

Запомните,что если частицы движутся, то создается магнитное поле. Мы сказали что м.п.- это особый вид материи,оно называется особым видом, т.к. не воспринимается органами чувств.

Для обнаружения м.п. используются магнитные стрелки.

Для наглядного представления магнитного поля мы пользуемся магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля). Напомним, что магнитные линии - это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Слайд

Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле.

На рисунке 86, а, б показано, что магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку . Слайд 6

Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Слайд 7

В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг к другу, т. е. гуще, чем в тех местах, где поле слабее. Например, поле, изображенное на рисунке 87, слева сильнее, чем справа. Слайд 8

Таким образом, по картине магнитных линии можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля (т. е. о том, в каких точках пространства поле действует на магнитную стрелку с большей силой, а в каких - с меньшей).

Давайте посмотрим на рис. 88 в учебнике: изображен проводник с током ВС, давайте вспомним что такое эл. ток- движение заряж. частиц, а мы говорили,если частицы движутся,то создается магнитное поле. Давайте посмотрим в точке N будет действовать магнитное поле? Да, будет, т.к. ток течет по всему проводнику. В какой точке А или М магнитное поле будет сильнее? В точке А т.к. она находится ближе к магниту.

Магнитное поле бывает 2х видов: однородное и неоднородное. Давайте рассмотрим эти виды магнитных полей .

Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, идут из бесконечности в бесконечность. Рис. 89

Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на нее поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.

Таким образом, сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

Слайд 9

Такое поле называется неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

Еще одним примером неоднородного магнитного поля может служить поле вокруг прямолинейного проводника с током. На рисунке 90 изображен участок такого проводника, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Из этого рисунка видно, что магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.

В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Слайд 10.

На рисунке 91 показано однородное поле, возникающее внутри так называемого соленоида, т. е. проволочной цилиндрической катушки с током. Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра (вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита). Из этого рисунка мы видим, что магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой. Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части (см. рис. 89).

Слайд11

Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками (рис. 92), а если из-за чертежа к нам - то точками (рис. 93). Как и в случае с током, каждый крестик - это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка - острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).

Так как же птицы все таки при перелетах ориентируются в пространстве, оказывается Земля окружена магнитным полем. Внутри земли находится большой магнит который создает огромное магнитное поле вокруг земли. А магнит внутри земли это и есть железная руда из которой делают наши постоянные магниты. Ученые гвоорят что у почтовых голубей например внутри тоже находится подобие магнита именно поэтому они так хорошо ориентируются в пространстве.

    Домашнее задание.

Параграф 43, 44. упр 34.

Приготовить сообщения на тему: « М.п. Земли», «М.п. в живых организмах», «Магнитные бури» .

Презентация на тему: Магнитное поле и его графическое изображение

































1 из 16

Презентация на тему: Магнитное поле и его графическое изображение

№ слайда 1

№ слайда Описание слайда:

НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Где существует?вокруг прямого проводника с током;вокруг полосового магнита;вокруг соленоида.Характеристики: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.Беляева Татьяна Васильевна Томская область

№ слайда 7

Описание слайда:

№ слайда 8

Описание слайда:

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Где существует? внутри полосового магнита;внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметрХарактеристики: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 Беляева Татьяна Васильевна Томская область

Описание слайда:

НАПРАВЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ЛИНИИ За направление магнитной линии принято направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля.Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике Беляева Татьяна Васильевна Томская область

№ слайда 13

Описание слайда:

№ слайда 14

Описание слайда:

МОЖНО ЛИ УВИДЕТЬ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ? Надо включить цветной телевизор на какой-нибудь неподвижный кадр и поднести к нему магнит. Цвета изображения на экране вблизи магнита изменятся! Картинка будет сиять радужными разводами. Цветные полосы сгущаются вблизи контура магнита как бы визуализируя магнитное поле. Интересно при этом вращать магнит, сдвигать его или приближать и удалять от экрана.Картина магнитного поля будет куда интересней, чем в опытах с опилками! Беляева Татьяна Васильевна Томская область

№ слайда 15

Описание слайда:

№ слайда 16

Описание слайда:

ОПЫТЫС ЖЕЛЕЗНЫМИ ОПИЛКАМИ Возьмите магнит любой формы, накройте его куском тонкого картона,посыпьте сверху железными опилками и разровняйте их. Так интересно наблюдать магнитные поля! Ведь каждая «опилочка», словно магнитная стрелка, располагается вдоль магнитных линий. Таким образом становятся «видимыми» магнитные линии магнитного поля вашего магнита.При передвижении картона над магнитом (или наоборот магнита под картоном)опилки начинают шевелиться, меняя узоры магнитного поля. Беляева Татьяна Васильевна Томская область

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное поле, что это? - особый вид материи;
Где существует? - вокруг движущихся электрических зарядов (в том числе вокруг проводника с током)
Как обнаружить? - с помощью магнитной стрелки (или железных опилок) или по его действию на проводник с током.

Опыт Эрстеда:

Магнитная стрелка поворачивается, если по проводнику начинает протекать эл. ток, т.к. вокруг проводника с током образуется магнитное поле.

Взаимодействие двух проводников с током:

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник. В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга.

МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ

(или иначе линии магнитной индукции)

Как изобразить магнитное поле? - с помощью магнитных линий;
Магнитные линии, что это?

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.

НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика 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.

Где существует неоднородное магнитное поле?

Вокруг прямого проводника с током;

Вокруг полосового магнита;

Вокруг соленоида (катушки с током).

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика 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.

Где существует однородное магнитное поле?

Внутри полосового магнита и внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметр.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

  1. Что является источником магнитного поля?
  2. Чем создаётся магнитное поле постоянного магнита?
  3. Что такое магнитные линии? Что принимают за их направление в какой-либо её точке?
  4. Как располагаются магнитные стрелки в магнитном поле, линии которого прямолинейны; криволинейны?
  5. 0 чём можно судить по картине линий магнитного поля?
  6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита; вокруг прямолинейного проводника с током; внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?
  7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля; однородного магнитного поля?
  8. Чем отличается расположение магнитных линий в неоднородном и однородном магнитных полях?

Задание 2. Реши ребус.


К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

http://class-fizika.narod.ru/9_29.htm

Для графического изображения магнитных полей используются линии магнитной индукции.

Линией магнитной индукции- называется линия касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением в этой точке. Направлениеможно определить по направлению северного полюса магнитной стрелки помещенного в данное магнитное поле.

Направление вектора магнитной индукции определяется по правилу правой руки: большой палец по току, тогда остальные пальцы в согнутом положении укажут направление силовых линий магнитного поля.

Вектор магнитной индукции касателен в каждой точке к линиям магнитной индукции. Магнитное поле называется однородным, если во всех точках вектор магнитной индукции одинаков, чем больше значение, тем гуще и плотнее линии индукции. важной особенностью магнитного поля является отсутствие магнитных зарядов. Их нет и в полюсах постоянных магнитов.

Поэтому линии магнитных полей не могут обрываться на полюсах, то есть они непрерывны.

Потокомчерез некоторую поверхность называется физическая величина определяемая выражением:

. Если к поверхности проведена нормаль, то

. Элементарный поток





Единицей потока является Вебер [Вб]. =, т.е. за 1 Вебер принимается поток вектора магнитной индукции через поверхность 1м 2 ориентированную перпендикулярно к линиям поля с индукцией 1Тл.

Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.

Закон Ампера.

Закон Ампера определяет силу, действующую на проводник с током в магнитном поле. Магнитное поле действует на проводник с током , которая называется силой Ампера и определяется током, который течет по проводнику, длиной проводника и(величиной магнитного поля), т.е.



В дифференциальной форме:

Сила Ампера действует на элемент проводника в магнитном поле и равна произведению силы тока на векторное произведениеl и магнитной индукции поля. F A направлена также как и сила Лоренца по правилу левой руки.

Пусть кол-во электронов dN определяется концентрацией на S и на dl. dN=n*S*dl где S-площадь поверхности проводника.


. Если u-скорость теплового движения электронов;

; -средняя скорость;

=0 =>


I=j*S;

;

Если есть параллельные токи или два длинных прямолинейных проводника расположенных параллельно друг другу, то при пропускании тока между ними возникают силы взаимодействия. Если в одну сторону, то проводники притягивают друг друга, а если взаимно противоположные, то отталкивают, в этом случае сила которая действует между проводниками будет определяться токами, длинной проводника и расстоянием между ними.


;a-расстояние между проводниками.

Принцип суперпозиции магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока(вывод).


(n- кол-во проводников);


; Магнитное поле подчиняется принципу суперпозиции.


(в контуре l);


в вакууме;


в среде;


Этот закон справедлив для линейных проводников толщина, которых пренебрежительно мала по сравнению с расстоянием на котором измеряется B. На основании этого закона можно рассчитать любых проводников с током.












; Если конечный

,


Магнитное поле кругового тока в центре и на оси.

1. Магнитное поле в центре кругового тока.

Все элементы создают в центре магнитное поле одинакового направления- вдоль нормали от витка. Поэтому сложение векторов dB можно заменить сложением их модулей. Так как все элементы проводника перпендикулярны радиусу-вектору (

) и расстояние всех элементов проводника до центра кругового тока одинаково и равно R, то

;;





Линии магнитной индукции поля кругового тока на оси имеют вид.

Рассчитаем поля лежащего на расстоянииd от проводника с током. Линии магнитной индукции образуют веер, ось которого совпадает с осью кругового поля результирующее поле направлено вдоль оси поэтому можно суммировать проекции на ось кругового тока.


;



1. d=0

2.


тогда заметим, что

магнитный момент контура. Этот вектор лежит в плоскости и связан с направлением тока правилом правой руки, в Си измеряется . Если контур состоит из 4 витков, тогда , тогдабудет определяться

.

Это выражение аналогично для расчета напряженности электрического поля диполя, что означает, что магнитное поле должно ориентировать круговой ток создавая вращательный момент.

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.

Таким образом, графическое изображение однородного магнитного поля в плоскости, перпендикулярной направлению магнитных линий, будет представлять собой равномерную матрицу точек или крестиков, в зависимости от направления магнитных линий от нас или же к нам.

Нужна помощь в учебе?




Предыдущая тема: Звуковой резонанс и интерференция звука на примере гитары
Следующая тема:   Направление тока и направление линий его магнитного поля
Вверх