Магнітні властивості речовин. Гіпотеза Ампера.

Вчитель: Мокра Анна Ігорівна

Предмет: Фізика

Клас: 9

Семестр: І

Розділ: Магнітне поле

Тема: Магнітні властивості речовин. Гіпотеза Ампера.

Мета уроку:

Навчальна: сформувати знання про дію магнітного поля на речовину, про слабомагнітні та сильномагнітні речовини; розповісти учням про гіпотезу Ампера щодо причини намагнічування речовин.

Розвиваюча: розвивати логічне мислення школярів; продовжити розвиток фізичного стилю мислення учнів; продовжити формування у свідомості школярів наукової картини світу шляхом висвітлення єдності та взаємозумовленості електричних та магнітних явищ.

Виховна: продовжити виховання інтересу школярів до вивчення фізики, виховувати уважність, спостережливість учнів.

Очікувані результати: учні повинні усвідомлювати, як магнітне поле впливає на речовину, пояснювати основні властивості слабомагнітних речовин (діамагнетиків, парамагнетиків) і сильномагнітних речовин (феромагнетиків), розуміти суть гіпотези Ампера.

Тип уроку: комбінований.

Наочність і обладнання: підручник, магніт, цвяшки, скріпки, алюмінієві монетки, шматочки крейди.

Навчальні відео: «Діамагнетики», «Парамагнетики», «Феромагнетики».

 

План уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП (2 хв)

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ (5 хв)

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ (17 хв)

IV. ЗАКРІПЛЕНЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ (13 хв)

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ (6 хв)

VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ (2 хв)

VII. ВІДПОВІДІ

 

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Вітання з учнями.

Звіт чергового учня.

Опитування щодо самопочуття.

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ 

Перевірка домашнього завдання №4 (3,4) – усно

 

Кожен з вас бачив магніти й навіть досліджував їхні властивості.

Згадайте, ви підносите магніт до купки дрібних предметів і бачите:

•    деякі предмети (цвяшки, кнопки, скріпки) чіпляються до магніту;
•    деякі предмети (шматочки крейди, мідні та алюмінієві монетки, грудочки землі) не реагують на нього.

 

Проблемні питання

•    Чому так?
•    Чи дійсно магнітне поле не чинить жодного впливу на деякі речовини?

 

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Порівняння дії електричного та магнітного полів на речовину.

 

Слово вчителя. Вивчаючи у 8-му класі електричні явища, Ви дізналися, що внаслідок впливу зовнішнього електричного поля відбувається перерозподіл електричних зарядів у середині незарядженого тіла (демонстрація досліду )

У результаті в тілі утворюється власне електричне поле, напрямлене протилежно зовнішньому. Саме тому електричне поле в речовині завжди послаблюється.

Речовина змінює і магнітне поле

Існують речовини:

• Діамагнетики (послаблюють магнітне поле);
• Парамагнетики та феромагнетики (посилюють магнітне поле).

 

Будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується, тобто створює власне магнітне поле. Магнітна індукція такого поля є різною для різних речовин.

 

2. Слабомагнітні речовини.

Слабомагнітні речовини – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, індукція якого набагато менша за індукцію зовнішнього магнітного поля (поля, яке спричинило намагнічування).

 

До таких речовин належать діамагнетики та парамагнетики.

Перегляд відео «Діамагнетики» або пояснення вчителем

 

Діамагнетики – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, напрямлене протилежно зовнішньому.

 

(Червоні лінії – лінії магнітного поля, створеного зразком; сині лінії – магнітні лінії зовнішнього поля)

Саме тому діамагнетики незначно послаблюють зовнішнє магнітне поле: магнітна індукція магнітного поля всередині діамагнетика трохи менша від магнітної індукції зовнішнього магнітного поля :

 

Якщо діамагнетик помістити в магнітне поле, він буде виштовхуватися з нього. (Полум’я свічки виштовхується з магнітного поля, оскільки продукти згоряння є діамагнітними частинками)

Проблемне питання

•    Чому діамагнітна речовина виштовхується з магнітного поля?

 

До діамагнетиків належать інертні гази (гелій, неон тощо), багато металів (наприклад, золото, мідь, ртуть, срібло), молекулярний азот, вода та ін. Тіло людини є діамагнетиком, адже воно на 78 % складається з води.

Перегляд відео «Парамагнетики» або пояснення вчителем

Парамагнетики – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього магнітного поля.

 

(Зелені лінії – лінії результуючого магнітного поля)

Парамагнетики незначно посилюють зовнішнє магнітне поле та втягуються в нього.

Магнітна індукція магнітного поля в середині парамагнетика трохи більша за магнітну індукцію зовнішнього магнітного поля :

 

До парамагнетиків належать кисень, платина, алюміній, лужні та лужноземельні метали.

Якщо слабомагнітні речовини вийняти з магнітного поля, то їхня намагніченість відразу зникне.

Якщо парамагнітну речовину помістити в магнітне поле, то вона буде втягуватися в нього.

 

 

3. Феромагнетики

Перегляд відео «Феромагнетики» або пояснення вчителем

Феромагнетики – це сильномагнітні речовини, які створюють сильне магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього магнітного поля, й залишаються намагніченими у разі відсутності зовнішнього магнітного поля.

 

Феромагнетики намагнічуються, створюючи сильне магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього магнітного поля (а). Якщо виготовлене з феромагнетика тіло помістити в магнітне поле, то воно буде втягуватися в це поле.

 

Проблемне питання

•    Поясніть, чому на постійному магніті міцно утримуються тільки предмети, виготовлені з феромагнітних матеріалів?

 

До феромагнетиків належить невелика група речовин: залізо, нікель, кобальт, рідкісноземельні речовини та низка сплавів. Феромагнетики значно посилюють зовнішнє магнітне поле: магнітна індукція магнітного поля в середині феромагнетиків у сотні й тисячі разів більша за магнітну індукцію зовнішнього магнітного поля :

 

 

Так, кобальт посилює магнітне поле в 175 разів, нікель – у 1220 разів, а трансформаторна сталь ( вона на 96-98% складається з заліза) – у 8000 разів.

Феромагнітні матеріали умовно поділяють на два типи:

Жорсткомагнітні матеріали – це матеріали, які після припинення дії зовнішнього магнітного поля залишаються намагніченими довгий час.

(Застосовують для виготовлення постійних магнітів)

 

М’якомагнітні матеріали – це матеріали, які легко намагнічуються і швидко розмагнічуються.

 

(Застосовують для виготовлення осердь електромагнітів, двигунів, трансформаторів, тобто пристроїв, які під час роботи постійно перемагнічуються)

 

Температура Кюрі – це температура, за якої феромагнетик втрачає намагніченість. ( Стають парамагнетиками)

 

4. Гіпотеза Ампера

А. Ампер спостерігаючи дію на магнітну стрілку провідника зі струмом і з’ясувавши, що котушки зі струмом поводяться як постійні магніти, висунув гіпотезу щодо пояснення магнітних властивостей речовин.

Гіпотеза Ампера: всередині речовини існує величезна кількість незгасаючих малих колових струмів і кожний коловий струм, ніби маленька котушка, є магнітиком.

 

( а  - колові струми орієнтовані безладно, тіло не є намагніченим;

б – колові струми орієнтовані в певному напрямку, тіло намагнічене)

За гіпотезою Ампера, усередині молекул та атомів циркулюють елементарні електричні струми. На сьогодні ми добре знаємо, що ці струми утворюються внаслідок руху електронів в атомах, тобто кожен атом має магнітні властивості. Якщо атоми всередині тіла орієнтовані хаотично внаслідок теплового руху, то дії внутрішньоатомних струмів взаємно компенсуються і магнітних властивостей тіло не виявляє (рис. а). У намагніченому стані елементарні струми в тілі орієнтовані так, що їхні дії додаються (рис. б).

Гіпотеза Ампера пояснює, чому магнітна стрілка й рамка зі струмом у магнітному полі поводяться однаково. Стрілку (постійний магніт) можна розглядати як велику складну сукупність маленьких рамок зі струмом, зорієнтованих однаково.

Сучасна теорія магнетизму ґрунтується на законах квантової механіки і теорії відносності А. Ейнштейна.

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Є два види сталі – м’якомагнітна та жорсткомагнітна. Яка сталь є більш придатною для виготовлення постійних магнітів? (Жорсткомагнітна)

 

2. Велику кількість сталевих цвяхів можна намагнітити одним і тим же магнітом. За рахунок якої енергії відбувається намагнічування цих цвяхів?

За рахунок енергії магнітного поля магніту.

 

3. У майстерні розсипалися упереміш залізні та латунні стружки. Як відокремити їх один від одного?

Якщо піднести магніт, залізні ошурки (феромагнетики) притягнуться до нього, латунні (діамагнетики)  ні.

 

4. Мідний циліндр підвісили на пружині та помістили в сильне магнітне поле. Як при цьому змінилося видовження пружини?

Мідь діамагнетик, тому видовження пружини зменшиться.

 

5. Сталеву спицю намагнітили. Як буде реагувати компас на приближення до нього спиці? Потім сильно розжарювали її в полум'ї протягом 2-3 хвилин. Та дали охолонути і знову піднесли до компаса. Як буде поводити себе стрілка компаса?

Компас буде реагувати на намагнічену спицю. Після нагріву металу до достатньої температури (точки Кюрі) він розмагнічується і перестає взаємодіяти зі стрілкою компаса. Точка Кюрі для заліза 769 °С.

 

6. Чому при ударі магніт розмагнічується?

Коли магніт є намагніченим в середині нього колові струми орієнтовані в певному напрямку. Після удару колові струми стануть орієнтовані безладно, тіло стане ненамагніченим.

 

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Виставлення оцінок

 

Бесіда за питаннями

Чи дізналися ви щось цікаве на уроці?

Що вам найбільше сподобалося з уроку?

 

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 5, Вправа № 5 (2, 4, 6)

Відповісти на контрольні запитання після § 5.

 

 

VII. ВІДПОВІДІ

Вправа №5

2. За температури 900°С залізо буде мати властивості парамагнетиків, а кобальт – властивості феромагнетиків.

4. Будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується. Залізо – феромагнетик, тобто значно посилює зовнішнє магнітне поле. І тому залізний предмет у магнітному полі стає магнітом, притягує до себе інший залізний предмет – утворюється ланцюжок.

6. Під цим терміном мається на увазі подолання предметом гравітації за допомогою магнітного поля. Однією з його характеристик є магнітне тиск, воно-то і використовується для «боротьби» з земним тяжінням.

Був створений потяг, що переміщається за допомогою магнітної левітації. Такі потяги, які часто іменуються Маглев (від словосполучення «магнітна левітація»), вже є складовою частиною транспортної інфраструктури Японії.

Іншим дуже перспективним напрямком практичного використання магнітної левітації є магнітні підшипники, використовувані в якості ключових деталей різних пристроїв і механізмів. Очевидною перевагою підшипників на магнітної левітації є зняття проблеми зносу матеріалу.

Разом з тим вже знаходять широке застосування такі пристрої, як вертикальні вітрогенератори на магнітній левітації. Саме використання в них магнітних підшипників робить їх особливо привабливим способом отримання електроенергії з енергії вітру.