Інтегрований урок з фізики "Постійні магніти. Магнітне поле Землі"

Розробка інтегрованого уроку з фізики, географії та астрономії

вчителя Дівичківського НВО «ЗЗСО І-ІІІ ст. – ЗДО»

Бовкун Любов Олексіївни

Тема.  Постійні магніти. Магнітне поле Землі (9 клас)

Цілі уроку: сформувати в учнів знання про магнітне поле як одну з форм   матерії; досягти засвоєння учнями основних властивостей постійних магнітів; сприяти формуванню уявлень про магнітне поле Землі.

                       Розвивати пізнавальний інтерес учнів, логічне та образне мислення, творчі здібності в процесі самостійного набуття учнями нових знань з фізики. Розвивати вміння спостерігати, аналізувати, встановлювати причинно-наслідкові зв'зки між явищами. Сприяти виробленню вміння проводити фізичний експеримент, відшуковувати необхідну інформацію,  працювати з довідковими матеріалами, робити відповідні записи та замальовки в «проектних зошитах».

                       Виховувати науковий світогляд учнів, стійкий інтерес до вивчення фізики, уважність, зосередженість, працездатність; упевненість у пізнанні законів довкілля та можливості плідного використання досягнень фізики. Виховувати комунікативні якості в процесі колективного виконання завдань, поважного ставлення до думки співрозмовника; сприяти підвищенню самооцінки учня шляхом залучення до індивідуально-групової роботи.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: комп'ютерна техніка, презентація «Постійні магніти. Магнітне поле Землі», набір приладів для фізичного експерименту.

Демонстрації

                    ● Постійні магніти та їх властивості.

                    ● Взаємодія постійних магнітів.

                    ● Спостереження силових ліній магнітного поля.

                    ● Моделювання магнітного поля Землі.

                    ● Будова та дія компаса.

                    ● Магнітне поле Землі (слайди).

Міжпредметні зв'язки: географія, біологія, астрономія, медицина.

                                                                                                       Лише зрозумівши     природу, людина зрозуміє саму себе.

                                                                                                                       Ф. Ідберг

                                                                                                                       (Слайд 1)

                                            Основні етапи уроку

I. Організаційний момент

II. Актуалізація опорних знань

Щоб визначитися з напрямком, у якому ми сьогодні працюватимемо, потрібно розгадати кросворд, в якому закодовано головний термін сьогоднішнього уроку.
(Слайди 1,2)

1. Німецький фізик, який у 1827 р. теоретично обґрунтував  закон для ділянки електричного кола. (Г.Ом)

   2. Французький фізик, один із засновників сучасної електротехніки, на честь якого назвали одиницю електричного струму. (А.М.Ампер)

3.   Енергетична характеристика електричного струму. (Напруга)
4. Французький фізик і військовий інженер. У 1785 р. дослідив силу взаємодії між зарядженими тілами й сформулював закон їхньої взаємодії. На його честь названо одиницю електричного заряду. (Ш.Кулон)

5. Датський фізик, який у 1820 р. встановив, що електричний струм породжує магнітне поле. (Г.К.Ерстед)

6. Італійський фізик, винахідник джерела електричної енергії, на його честь названо одиницю електричної напруги. (А.Вольт)
7.   Прилад для вимірювання роботи електричного струму. (Лічильник)
8. Англійський фізик, лауреат Нобелівської премії, засновник ядерної фізики, йому належать слова: «Тепер я знаю, як виглядає атом». (Е.Резерфорд)
9.   Прилад для вимірювання опору провідника. (Омметр)

III. Мотивація навчальної діяльності. Повідомлення теми й мети уроку

(Слайд 3)

У ч и т е л ь. Магнетизм (від гр. слова magnetic ─  магніт) ─ сукупність природних явищ, пов'язаних із взаємодією між тілами за допомогою магнітного поля. Проявляється, зокрема, у взаємному притяганні або відштовхуванні між  магнітами, електричними струмами та між струмами й магнітами.

      Магніти відомі людству понад 2.5 тис. років. Давня легенда розповідає про пастуха Магнуса, який виявив, що залізний наконечник його палиці та цвяхи чобіт притягуються до чорного каменя. Цей камінь почали називати «каменем Магнуса», або просто «магнітом».

Китайці називають магніт «каменем, що любить».(Слайд 4)

─ А що ж він «кохає»? Які тіла притягує до себе?

IV.  Вивчення нового матеріалу

Постійні магніти ─ це металеві тіла, які тривалий час зберігають намагніченість.

До ХII ст. серед людей панували різні думки. Стародавні халдеї, євреї та єгиптяни розглядали магніт як засіб досягнення безсмертя. Для декого магніт був отрутою, у такому випадку протиотрутою вважався часниковий сік. Як лікарський зовнішній засіб магніт користувався попитом у китайців, індусів, арабів, греків, римлян тощо. Двадцять його лікувальних властивостей згадували у своїх працях Аристотель і Пліній. Славетний Авіценна (ХI ст.) відзначав полегшення болю під дією магніту за хвороб селезінки. Активним прихильником лікувальних властивостей магніту був видатний німецький лікар Парацельс (ХIV ст.). У Росії перші повідомлення про лікувальну дію магніту відносяться до 1881 р. У книзі відомого лікаря М.І. Григор'єва «Металоскорія і металотерапія» підбиваються підсумки роботи С.П. Боткіна й Ж.М. Шарко в цьому напрямку.

Першу наукову роботу про магніт написав француз П'єр де Мерікуру на прізвисько Перегрін, яка називалася «Лист про магніт» (1269). Основною його метою було створення за допомогою магнітів «вічно рухомих машин». Вічний двигун створити не вдалось, але Перегрін визначив основні властивості магніту. Спробуємо їх з'ясувати дослідним шляхом.

      Дослід 1

Підвісити смуговий магніт на нитці до штатива й поспостерігати, яке положення в просторі він займе.

Висновок.

Запис у зошит. (Слайд 5)

      Дослід 2

Піднести магніт до ємності з металевими ошурками або дрібними предметами. (Слайд 6)

Висновок.

Запис у зошит.

Визначення: ті ділянки магніту, у яких виявляється найсильніша дія, називають полюсами. Кожен магніт має два полюси ─ північний (N) синій і південний (S) червоний.

      Дослід 3

Дві магнітні стрілки на підставках. (Слайд 6)

Висновок.

Запис у зошит.

Визначення: магнітне поле ─ особливий вид матерії, який відрізняється від речовин й існує навколо намагнічених тіл.

      Дослід 4

Магніт розламуємо навпіл. (Слайд 6)

Висновок.

      Дослід 5

Демонструємо різні магніти: дугоподібний, кільцевий, смуговий.

      Дослід 6

Спостерігаємо дію магніту в разі наближення його до металевого предмета ─ кульки або голки на нитці. (Слайд 7)

Висновок.

      Дослід 7

Дугоподібний магніт підносимо до картонки, спостерігаємо відсутність дії. Під картонку кладемо дрібні цвяхи й знову підносимо. Картонка притягується до магніту. (Слайд 8)

Висновок:магнітне поле проникає крізь безліч речовин. Є речовини, які послаблюють дію магнітного поля, і речовини, що підсилюють її.

Отже, основними властивостями магнітів є:

●магнітна дія постійного магніту є різною на різних ділянках його поверхні;

●магніт має два полюса північний і південний ─ місця найбільшої його дії;

●однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні   притягуються;

●неможливо отримати магніт тільки з одним полюсом;

●залізо при контакті з магнітом намагнічується;

●постійні магніти виготовляють із магнітних матеріалів (залізо, нікель, кобальт,   гадоліній, тербій);

●у разі нагрівання постійного магніту до певної температури його магнітні властивості зникають.

Існування магнітного поля в просторі можна виявити за допомогою магнітних стрілок або скориставшись залізними ошурками. Якщо взяти магніт, накрити його картоном, а зверху посипати металевими ошурками, вони розташуються таким чином, що утворяться лінії. Це «виявлені» лінії магнітного поля. (Слайд 9)

      Навколо Землі існує магнітне поле й магнітна стрілка встановлюється вздовж його магнітних ліній. На цьому ґрунтується застосування компаса, що являє собою магнітну стрілку, яка вільно обертається на осі. Магнітний компас з'явився приблизно в 1100 р. Китайські моряки використовували його, коли небо було закрито хмарами. Компас являв собою дерев'яну фігурку людини з витягнутою рукою, всередині якої був магніт. Рука завжди показувала на південь. (Слайд 10)

      Наша планета ─ це великий магніт. Північний магнітний полюс Землі лежить поблизу Південного географічного полюсу, а південний ─ поблизу Північного географічного. Компас, який встановлюється вздовж силових ліній, не точно вказує на полюс. Відстань між ПН географічним і ПД магнітним ─ 2100 км. Тому штурмани літаків враховують поправки, які дозволяють правильно орієнтуватися.  Лінії магнітного поля являють собою замкнені криві. Поза магнітом вони виходять з його північного полюса і входять у південний.

(Слайд 11)

      Магнітне поле Землі частково захищає все живе від космічних променів, до складу якого входять електрони, протони й інші частинки. (Слайди 12,13)

      Воно є причиною виникнення Північного сяйва. У період посилення сонячної активності з поверхні Сонця викидаються потужні потоки заряджених частинок, які своїм магнітним полем спотворюють магнітне поле Землі. Магнітні бурі впливають на якість радіозв'язку і самопочуття багатьох людей. Це дійсно дивно, бо магнітне поле Землі дуже слабке. Воно у 200 разів слабше від поля магніту, який утримує двері у шафі. Магнітні бурі ─ явище короткочасне. (Слайди 14,15)

      Але на земній кулі є зони постійних магнітних аномалій, де напрямок магнітної стрілки постійно не збігається з напрямком силової лінії магнітного поля Землі. Причиною цього є поклади магнітного залізняку (Курська магнітна аномалія). (Слайд 16)

      Сонце і деякі планети також мають магнітні поля. Найбільше магнітне поле на Сонці спостерігається у місцях розташування сонячних плям. Магнітного поля не мають такі планети, як Венера та Марс. Білі карлики мають магнітне поле у мільярд разів сильніше, ніж Земля, а пульсари ─ у декілька мільярдів.

      Усі ми живемо в магнітному полі Землі. Від його стану залежить багато природних явищ і процесів. Кожні 200 тис. років магнітні полюси планети міняються місцями. Крім того, усередині цього циклу магнітне поле взагалі відсутнє, внаслідок цього відбулися еволюційні зміни життя на Землі. На магнетизм Землі впливає її обертання і наша зірка ─ Сонце.

      До магнітних полів чутливий весь тваринний світ. Дуже цікавим є орієнтування птахів за геомагнітним полем. Поштові голуби знаходять дорогу додому за лініями магнітного поля. Перелітні птахи завдяки магнітному полю повертаються на свої гніздища, пролітаючи тисячі кілометрів. Під час досліджень було помічено, що голуби із закріпленим на спині магнітом повертаються значно пізніше, ніж ті, у яких магнітів не було. Також дезорієнтація птахів була помічена в місцях магнітних аномалій. (Слайди 17,18)

      Уміння орієнтуватися за геомагнітним полем не є тільки пташиною прикметою. Разом із птахами кандидатами на наявність чутливості до геомагнітного поля є риби. Деякі представники цього класу хребетних тварин (лососеві, осетрові) долають величезні відстані без усіляких видимих орієнтирів. (Слайд 19)            

У земному полі орієнтуються молюски, черв'яки й навіть водорості. На початку чи наприкінці польоту жуки, бджоли та інші комахи віддають перевагу напрямку «північ-південь» чи «захід-схід». (Слайд 20)

Дослідження вчених показали, що під дією магнітного поля поліпшуються біологічні властивості насіння. Рослини, вирощені з такого насіння дають суттєво більший урожай. Насіння кукурудзи чи пшениці, орієнтоване корінням зародка до південного магнітного полюса Землі, у темряві за температури 18-25°С проростає на добу раніше; ріст кореневої системи й стебла більш інтенсивний, ніж у насіння, орієнтованого протилежним чином. (Слайд 21)

      Досліди засвідчують, що магнітне поле є у кожної людини, але воно дуже слабке. Згинаючи чи розгинаючи руку, людина створює на її поверхні магнітне поле з індукцією в одну стотисячну долю тесла. Серце людини ─ також магніт. Напруженість магнітного поля серця складає 10 напруженостей магнітного поля Землі. Магнітне поле мозку в тисячу разів слабкіше від магнітного поля серця.

      У людей, які тривалий час перебували під дією магнітних полів, часто спостерігалися відхилення в роботі нервової та серцево-судинної систем, знижувався артеріальний тиск, уповільнювалось серцебиття, з'являлися запаморочення, безсоння, головний біль та біль в області серця, зміювався склад крові. У промислових умовах напруженість магнітного поля не повинна перевищувати 300 ерстед. (Слайд 22)

      Людина успішно застосовує знання про магнітні властивості речовин в техніці, медицині, сільському господарстві. Важко уявити сучасну радіотехніку без елементів із штучних речовин ─ феритів. З них виготовляють осердя котушок коливальних контурів, магнітних антен, трансформаторів, різні електротехічні прилади: електромагнітні крани, реле, електродвигуни. В деяких країнах (Німеччині, Японії, Китаї) існують поїзди на магнітних подушках. (Слайди 23,24)

      IV. Закріплення вивченого та підсумок уроку

1. В історії людства був час, коли його називали «каменем мудрості». У середньовіччі він охороняв житла громадян від злодіїв. Його клали біля дверей, і тоді металеві речі, що їх тримав злодій, міцно прикипали до нього. Злодій лякався і тікав. Згодом цей камінь був переданий для користування вченим. Він мав таку гучну славу, що знаменитий Ньютон носив його у своєму персні замість дорогоцінного каменя. Яка його назва? (Магніт)
2. Як відокремити сталеві предмети від мідних? (Мідь не притягується до магніту)
3. Чому коробочку для компаса ніколи не роблять зі сталі? (Щоб не намагнічувалась)
4. Який полюс утвориться в загостреному кінці залізного цвяха, якщо до його шляпки наблизити південний полюс стального магніту? (Південний)
5. Як розташується на північному полюсі стрілка компаса, яка вільно прикріплена ниткою за середину? (Стрілка нахилиться північним кінцем униз)
6. Відомий льотчик Водоп'янов летів до Арктики. Літак йшов трасою між мисом Бажань і Землею Франца-Йосифа над океаном, вкритим засніженими суворими льодами. Аж ось штурман літака поглянув на стрілку компаса й застиг від здивування: вона відхилилася від курсу на 40°. У чому справа? Невже літак збився з курсу? Штурман хотів встати, спустив ноги, і побачив, що стрілка компаса повернулася на старе місце. Що за чудо? Штурман знов умостився в попереднє положення: підтягнув ноги, взуті у важкі хутряні чоботи, і поставив їх на якийсь ящик. Відразу стрілка компаса рушила. Чому вона реагує на положення ніг штурмана? Довго льотчик сушив собі голову над дивною поведінкою стрілки магнітного компаса. Та нарешті розгадав загадку. (Причиною цього були його хутряні чоботи, підбиті залізними цвяхами. У високих широтах магнітні стрілки чутливі до заліза). (Слайд 25)

─  Що нового ви дізналися на уроці? Де можна використати ці знання? (Слайд 26)

V. Завдання додому

     §24-25, експериментальне завдання  на ст. 144.