Магнітні властивості речовини. Гіпотеза Ампера.

Тема: Магнітні властивості речовини. Гіпотеза Ампера.

Мета:

Навчальна: дати учням поняття про магнітні властивості речовин; розвивати уміння спостерігати, аналізувати, робити висновки;

Розвивальна: самостійно працювати з науково-популярною літературою; працювати в групах, слухати своїх колег, планувати свою роботу;

Виховна: виховувати в учнів толерантність, наполегливість у досягненні мети.

Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу. Робота в групах.

Обладнання: Універсальний демонстраційний трансформатор, джерело постійної напруги (100 В, 10 А), залізний, алюмінієвий, вісмутовий (або з графіту) стержні, шкільний штатив, тонка капронова нитка, підвіс, з'єднувальні проводи, ключ, свічка.

План-конспект уроку

1. Організаційний етап.

Вітаю вас усіх на нашому уроці. Підтримуючи думку М. Песталоцці, хочу сказати: - «Мої учні будуть дізнаватися про нове не від мене, вони будуть відкривати це нове самостійно. Моя ос­новна задача — допомогти їм розкритися.»

2. Етап підготовки учнів до активного свідомого засвоєння знань.

Учитель. Здібності, як мускули, ростуть при тренуваннях                                         

Академік В. Обручев

Пригадаємо навчальний матеріал, засвоєний раніше:

• Яка внутрішня будова речовини?
• Яка будова атома?
• Як рухаються електрони в атомі?
• Що існує навколо будь-якого провідника зі струмом?
• Що існує навколо рухомого електрона?
• Що є силовою характеристикою магнітного поля?
• Як взаємодіють два паралельні провідники зі струмом? Від чого залежить ця взаємодія?
• Як визначити напрям вектора індукції магнітного поля струму?

3. Мотивація навчальної діяльності.

Учитель. Вивчаючи взаємодію провідників зі струмом, ми звертали увагу на те, що на магнітну взаємодію впливає середовище, в якому перебувають провідники. Окрім цього, із власного досвіду ви вже знаєте, що магнітне поле створюється не тільки електричним струмом, а й постійними магнітами, та й різні речовини по-різному поводять себе у зовнішньому магнітному полі. Ви спостерігали, що магніт притягує до себе залізні ошурки, але чомусь не діє на алюмінієві. У чому ж причина? Намагнічування речовин можна вивчати експериментально. Отож, експеримент.

(Учитель демонструє досліди, учні фіксують результати у робочих зошитах.)

Дослід 1. Замикається і розмикається коло первинної котушки трансформатора без осердя з джерелом живлення постійної напруги. Учні спостерігають незначні відхилення стрілки демонстраційного гальванометра, приєднаного до вторинної котушки. Після введення у котушки стального осердя дослід повторюється, і учні спостерігають значно більші відхилення стрілки.

Дослід 2. Залізний стержень (короткий шматок дроту), підвішений на тонкій капроновій читці, розміщується у проміжку між полюсами електромагніту. Навіть за умови слабкого струму у колі обмоток залізний стержень повертається, розміщуючись вздовж магнітних силових ліній. Учні спостерігають, що вже за умови незначного струму залізний стержень притягується до одного з полюсів.

Дослід 3. На короткий кусок алюмінієвого стержня, підвішеного на нитці, постійний магніт не діє. Тоді цей стержень вміщується у проміжок між полюсами електромагніту. При вмиканні струму у колі та збільшенні його сили до 8-10 А кусок алюмінієвий стержень повертається і займає таке ж положення, як і залізний стержень. Відмінність від досліду 2 полягає у тому, що сила струму повинна бути значно більшою.

Дослід 4. Аналогічно до попереднього досліду, підвішується на нитці стержень із графіту або вісмуту. Цей стержень вноситься у магнітне поле і розташовують уздовж поля. Вмикають струм у колі обмоток. Якщо сила струму значна, учні спостерігають, що графіт повертається упоперек ліній магнітного поля і виштовхується із проміжку між полюсами.

Дослід 5. У проміжку між полюсами електромагніту запалюється свічка. Учні спостерігають, що полум'я свічки виштовхується магнітним полем.

Учитель. Отож, якого висновку можна дійти, враховуючи ці досліди?

Учні. Речовини в магнітному полі намагнічуються, тобто створюють власне магнітне поле.

4. Вивчення нового матеріалу. (с л а й д и 1- 6)

Учитель. Так. Результуюче магнітне поле у середовищі є сумою полів, створюваних струмом і намагніченим середовищем. Для характеристики магнітних властивостей речовини використовують поняття відносної магнітної проникності речовини: μ=В/В0, де В - індукція магнітного поля у середовищі, B₀ — індукція магнітного поля у тій самій точці простору у вакуумі. Ця фізична величина показує, у скільки разів індукція магнітного поля у речовині більша за індукцію магнітного поля, створювану тим самим струмом у вакуумі. Відносна магнітна проникність речовини є безрозмірною величиною.

Причину намагнічення речовин зрозуміти неважко. Уперше її пояснив французький учений Ампер. Спостерігаючи повертання магнітної стрілки поблизу провідника зі струмом у дослідах Ерстеда, Ампер припустив, що магнетизм Землі спричинений струмами, які течуть середині земної кулі. Він вказує на те, що магнітні властивості тіла можна пояснити замкнутими електричними струмами, що циркулюють усередині нього.

Згідно з гіпотезою Ампера, всередині молекул і атомів циркулюють елементарні електричні струми. Вони утворюються внаслідок руху електронів у атомах.

Якщо внаслідок теплового руху молекул площини, у яких циркулюють ці струми, розміщені хаотично одна відносно одної, то дія струмів взаємно компенсується і жодних магнітних властивостей тіло не виявляє. У намагніченому стані елементарні струми в тілі орієнтовані так, що їхні дії додаються.

Отож, знаючи причину магнітних властивостей речовини, з'ясуємо, чому ж у дослідах, які ми спостерігали, різні речовини поводили себе по-різному.

5. Робота в групах. (с л а й д и 4 - 14)

 (Робота  у групах: учитель формує групи та роздає картки із відповідними завданнями.)

Учитель. Кожна група отримала довідниковий матеріал (див. додатки) та картку із запитаннями. Опрацювавши теоретичний матеріал, ви під час обговорення повинні дати відповіді на запитання, занотовуючи їх у зошит.

Орієнтовні запитання у картках:

• Що таке діа- (пара-, феро-) магнетик?
• Яке значення ц для цього магнетика?
• Як напрямлене магнітне поле всередині цього магнетика?
• Як воно впливає на зовнішнє магнітне поле?
• Яка речовина із спостережуваних у дослідах належить до кожної із груп магнетиків? Чому?
• Які ще речовини належать до цієї групи?
• Що таке точка Кюрі (для групи, яка вивчає феромагнетики)?

(Робота в перехресних групах: після завершення роботи в базових групах учитель формує перехресні групи за цифрами 1, 2, ..., дає для них відповідні завдання.)

Учитель. Завдання для нових груп: кожен учасник групи по черзі, використовуючи свої записи у зошитах, розповідає іншим учасникам про «свій» тип магнетика.

6. Закріплення матеріалу

(Кожна з груп заповнює таблицю та розв'язує «якісні» задачі)

Задачі:

• Чому корпус компаса виготовляють із пластмаси, латуні або алюмінію, але не із заліза?
• Чому не можна застосовувати електромагнітний кран для переміщення розпечених сталевих оцупків?
• Як зміниться магнітне поле котушки, якщо всередину у неї вставити мідне осердя? Чому?
• Чи не пригадаєте лихого вчинку Негоро із роману Жуля Верна «П'ятнадцятирічний капітан»? Чому корабель збився з курсу?
• Що станеться з магнітним полем котушки, по якій проходить струм, коли у неї вставити залізне осердя? Чому?
• Як зміниться магнітне поле котушки, якщо всередину неї вставити алюмінієве осердя? Чому?
• Як поводиться стержень з діа- (пара-, феро-) магнетика в однорідному та неоднорідному магнітному полі?

(Представник групи, яка першою виконала завдання, доповідає про результати заповнення таблиці.

7. Підбиття підсумків уроку.

Фізика написана у великій книзі,

яка завжди відкрита у нас перед очима,

- я маю на увазі Всесвіт…

                                                                                                                    Г.Галілей

На сьогоднішньому уроці вам відкрилась ще одна таємниця Всесвіту, про яку досі ви не знали. Сподіваюсь, що нові знання, здобуті на сьогоднішньому уроці, будуть використанні вами у житті.

Інтерактивна вправа «Ромашка».

Учитель заздалегідь виготовляє паперову ромашку, на зворотній стороні кожної пелюстки записує запитання. Учнів по черзі відривають пелюстки, читають запитання і відповідають на них.

Орієнтовні запитання:

1. Що найбільше тобі сподобалось на сьогоднішньому уроці?
2. Які твої очікування від наступного уроку?
3. Назви ключові слова, що звучали протягом уроку?
4. Оціни свою роботу на уроці. Обґрунтуй свою оцінку.

Оцінювання учнів.

8. Домашнє завдання: (с л а й д  17)

• Опрацювати § 3,
• підготувати коротку доповідь про вплив магнітного поля на живі організми.