Взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Решение задач на расчет силы Ампера

Подготовила учитель физики МБОУ «СОШ №4» Тбилисского района, Краснодарского края Погребняк Марина Николаевна

Класс - 11

« Электродинамика» (продолжение)

Дата 2.09.15 Урок 1/1 Тема: «Взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Решение задач на расчет силы Ампера»

Цель урока: Взаимодействие проводников с током. Магнит­ные силы. Маг­нитное поле. Ос­новные свойства магнитного поля, освоение знаний об индукции магнитного поля, знать: правило «бу­равчика». Применять данное правило для опреде­ления направления линий магнитного по­ля и направления тока в проводнике. Понимать смысл зако­на Ампера, смысл си­лы Ампера как физи­ческой величины. Применять правило «левой руки» для оп­ределения направле­ния действия силы Ам­пера (линий магнитно­го поля, направления тока в проводнике).

Задачи:

Образовательные: давать опреде­ление понятий, изобра­жать силовые линии магнитно­го поля,

вывести формулу и правило для определения модуля и направления силы Ампера.

Развивающие: Объяснять на примерах, рисунках прави­ло «буравчика», развитие практических навыков рассчитывать силу ампера, определять ее направление.

Воспитательные: привитие наблюдательности, внимания.

Тип урока: Урок изучения нового мате­риала

Методы: словесный, индивидуальная работа, работа в парах.

План урока:

1. Организационный момент. (1 мин)

2. Актуализация знаний. (2 мин).

3. Изучение нового материала. (25 мин) Мини-лекция с элементами беседы. Презентация.

4. Закрепление. (10 мин) Решение задач.

5. Итоги урока. (2 мин)

Ход урока

1.Приветствие учащихся. Настрой на урок. Постановка цели и задач.

2. Актуализация знаний: - Что такое эл. поле?(это вид материи, посредством которого взаимодействуют эл.заряды) –Какие силы действуют между неподвижными эл.зарядами? - В чем сущность теории близкодействия?

Вывод: однако между эл.зарядами могут существовать силы иной природы.

3.Изучение нового материала. (презентация)

Рассмотрим опыты с двумя проводниками с током.

Магнитное поле- это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Свойства (стационарного) магнитного поля:
Постоянное (или стационарное) магнитное поле - это магнитное поле, неизменяющееся во времени.

1. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами.

2. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током.

3. Магнитное поле вихревое, т.е. не имеет источника.

Магнитные силы- это силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга.

 .................. 

Магнитная индукция - это силовая характеристика магнитного поля.

Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле.

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:

Линии магнитной индукции - это линии, касательными к которой в любой её точке является вектор магнитной индукции.

Однородное магнитное поле - это магнитное поле, у которого в любой его точке вектор магнитной индукции неизменен по величине и направлению; наблюдается между пластинами плоского конденсатора, внутри соленоида (если его диаметр много меньше его длины) или внутри полосового магнита.

Магнитное поле прямого проводника с током:

 

где - направление тока в проводнике на нас перпендикулярно плоскости листа,
 - направление тока в проводнике от нас перпендикулярно плоскости листа.

Магнитное поле соленоида:

Магнитное поле полосового магнита:

- аналогично магнитному полю соленоида.

Свойства магнитных линий:
- имеют направление;
- непрерывны;
-замкнуты (т.е. магнитное поле является вихревым);
- не пересекаются;
- по их густоте судят о величине магнитной индукции.

Направление линий магнитной индукции - определяется по правилу буравчика или по правилу правой руки.

Правило буравчика ( в основном для прямого проводника с током):

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

1. 

Правило правой руки ( в основном для определения направления магнитных линий 
внутри соленоида):Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Существуют другие возможные варианты применения правил буравчика и правой руки.

СИЛА АМПЕРА- это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

1. 

2. 

Модуль силы Ампера равен произведению силы тока в проводнике на модуль вектора магнитной индуции, длину проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике.

Сила Ампера максимальна, если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику.

Если вектор магнитной индукции параллелен проводнику, то магнитное поле не оказывает никакого действия на проводник с током, т.е. сила Ампера равна нулю.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током.

Примеры:

или 

ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА РАМКУ С ТОКОМ

Однородное магнитное поле ориентирует рамку (т.е. создается вращающий момент и рамка поворачивается в положение, когда вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости рамки).

Неоднородное магнитное поле ориентирует + притягивает или отталкивает рамку с током.

1. Закрепление:

Что такое магнитное поле? (ответ: Вид материи, с помощью которого осуществляется взаимодействие проводников с электрическим током)

Какие основные свойства магнитного поля?(а) МП действует только на токи и движущиеся заряды; б) замкнутые-из опыта с железными опилками; в) оказывает силовое действие на проводник с током)

Что понимают под силовыми линиями магнитного поля? (линии, вдоль которых в магнитном поле расположены оси маленьких магнитных стрелок, помещенных в данное поле)

Каким образом можно определить направление силовых линий магнитного поля? (правилом буравчика: если направить штопор буравчика по току, о вращение его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля)

Какая сила называется силой Ампера? (Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током).

Как находят направление силы Ампера? ( по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 90 большой палец покажет направление силы Ампера.

Задачи (устно)

1. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле при увеличении индукции в 3 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции.(увеличится в 3 раза).

2. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при увеличении силы тока в проводнике в 2 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции.(увеличится в 3 раза).

3. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза и увеличении силы тока в 3 раза?

(увеличится в 9 раз).

1. Д/з § 1-3учить, 4-5 ознакомление, упражнение 1 задачи № 1,2.

Урок 2/2

Дата______ Тема: Лабораторная работа № 1

«Наблюдение действия магнитного поля на ток»

Урок приме­нения знаний

Цель урока: пронаблюдать действия магнитного поля на ток, уметь применять по­лученные знания на практике.

Оборудование: проволочный маток, штатив, источник тока, реостат, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит.

Ход работы:

1.Организационный момент. ТБ при проведении лабор.работы.

2. Актуализация знаний. Фронтально:

- Что такое магнитное поле? (ответ: Вид материи, с помощью которого осуществляется взаимодействие проводников с электрическим током)

- Какие основные свойства магнитного поля?(а) МП действует только на токи и движущиеся заряды; б) замкнутые; в) оказывает силовое действие на проводник с током.

- Что понимают под силовыми линиями магнитного поля? (линии, вдоль которых в магнитном поле расположены оси маленьких магнитных стрелок, помещенных в данное поле)

- Каким образом можно определить направление силовых линий магнитного поля? (правилом буравчика: если направить штопор буравчика по току, о вращение его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля)

- Какая сила называется силой Ампера? Как находят направление силы Ампера?

3. Выполнение лабораторной работы. Стр. 383

№ опыта	Относительное расположение магнита и мотка	Ожидаемое движение.
1
2
3
4

4. Сформулируйте вывод.

1. 5. Д/З § 1-3учить, 4-5 ознакомление, упражнение 1 задачи № 1,2.

Урок 3/3

Дата________Тема: «Сила Лоренца. Магнитные свойства вещества».

Цель урока:  изучение действия магнитного поля на движущийся заряд, ввести понятие сила Лоренца и магнитная проницаемость среды.

Задачи:

Образовательные: изучить поведение движущихся электрических зарядов в магнитном поле;

вывести формулу и правило для определения модуля и направления силы Лоренца.

Развивающие: развитие практических навыков рассчитывать силу Лоренца, определять ее направление.

Воспитательные: привитие наблюдательности, внимания.

Тип урока: Комбинированный.

Методы: словесный, индивидуальная работа, работа в парах.

План урока:

1. Организационный момент. (1 мин)

2. Актуализация знаний. (10 мин). Фронтальный опрос, работа по карточкам.

3. Изучение нового материала. (15 мин) Мини-лекция с элементами беседы.

4. Закрепление. (10 мин) Решение задач.

5. Итоги урока. (4 мин)

Ход урока

I.Приветствие учащихся. Настрой на урок. Постановка цели и задач.

II. Проверка пройденного материала.

Отдельным учащимся раздаются карточки с индивидуальными заданиями.

Карточка № 1: Пользуясь правилом левой руки, определить направление силы Ампера.

Карточка № 2: Решить расчетную задачу. (см. приложение)

С остальными учащимися фронтальная работа. Вопросы:

1. Что такое магнитное поле? (ответ: Вид материи, с помощью которого осуществляется взаимодействие проводников с электрическим током)

2.Какие основные свойства магнитного поля?(а) МП действует только на токи и движущиеся заряды; б) замкнутые-из опыта с железными опилками; в) оказывает силовое действие на проводник с током)

3.Что понимают под силовыми линиями магнитного поля? (линии, вдоль которых в магнитном поле расположены оси маленьких магнитных стрелок, помещенных в данное поле)

4.Каким образом можно определить направление силовых линий магнитного поля? (правилом буравчика: если направить штопор буравчика по току, о вращение его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля)

5.Какая сила называется силой Ампера? (Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током).

6.Как находят направление силы Ампера? ( по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 90 большой палец покажет направление силы Ампера.

Закончить фразы:

А. Источником магнитного поля являются …..(ответ: движущиеся заряды)

Б. Обнаружить магнитное поле можно по...(действию на проводник с током, на движущиеся заряды друг к другу)

В. Если электрический заряд неподвижен, то вокруг него существует...(эл. ток)

Г. Если электрический заряд движется, то вокруг него существует...(ЭП,МП).

Д. Вокруг проводника с током существует..(МП).

III. Новый материал: т.к. магнитное поле действует на ток – движущиеся заряженные частицы, то оно действует и на каждую частицу в отдельности. Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу характеризует сила Лоренца.

Хендрик Антон Лоренц (1853–1928) выдающийся голландский физик и математик, развил электромагнитную теорию света и электронную теорию материи, а также сформулировал теорию электричества, магнетизма и света, внёс большой вклад в развитие теории относительности, лауреат Нобелевской премии 1902г

Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называется силой Лоренца.

Fл ↑↑ FA

Выведем формулу для расчёта модуля силы Лоренца.

Т.к. она является частью силы, действующей на весь отрезок проводника, находящийся в магнитном поле, то её модуль в N раз меньше силы Ампера.

FА = ВIl sinα

Fл = Bq0V sinα

Движение заряженной частицы под действием силы Лоренца, если α = 90°(вывод формулы)

Сила, перпендикулярная скорости, вызывает изменение направления движения, т.е. центростремительное ускорение. Зная формулы расчёта центростремительного ускорения и модуля силы Лоренца, которая его вызывает, и, используя второй закон Ньютона, выведите формулу для расчёта радиуса окружности, по которой будет двигаться частица.

r = mV/Bq

Теперь не сложно узнать и период обращения частицы, т.к., где r нами только что найдено. Сделайте вывод: чем определяется период обращения частицы?

T = 2πmV/BqV=2πm/Bq

( ответ: магнитной индукцией поля и удельным зарядом частицы, т.е. не зависит от радиуса окружности, по которой частица движется.)

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки с оговоркой, что заряд должен быть положительным, т.к. за направление тока мы принимаем направление движения положительных зарядов. Если же заряд отрицательный, то направление силы меняется на противоположное.

Если ладонь левой руки расположить так, что четыре вытянутых пальца указывают направление скорости положительного заряда, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на данный заряд.

IV. На закрепление решаем задачи у доски с полным разбором.

Упражнение 1 (3,)

Самостоятельно разбирают задачи упр 1(5) (выносим на доску с полным пояснением).

V . Подведение итогов урока.

1. Рефлексия

А) Чем характеризуется действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу?

Б) Какая сила называется силой Лоренца?

В) Как рассчитать силу Лоренца?

Г) Каким образом находят силу Лоренца?

2. Запись домашнего задания.

§ 6,7, упражнение 1 задачи № 1,2.

3. Выставление оценок за урок.

Приложение

Карточка № 1

Определить направление силы Ампера, используя правило левой руки. (рис. 1)

Карточка № 2

Решите задачу

Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.