Урок "Магнітні властивості речовини"

Тема уроку: Магнітні властивості речовини

 

Мета уроку:

навчальна:формувати в учнів уявлення про магнітні властивості речовин; ввести поняття магнітної проникності середовища, температури Кюрі; пояснити роль гіпотези Ампера в науковому пізнанні.

розвиваюча:розвивати спостережливість, вміння робити висновки, узагальнювати.

виховна:формувати інтерес учнів до вивчення фізики, виховувати в них такі риси, як працьовитість, самостійність, наполегливість в оволодінні знаннями.

 

Обладнання: презентація, проектор, ноутбук, магніти.

 

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

 

Методи і форми роботи:  вправа «Слова за хвилину», метод «Сторітелінг», інтерактивна вправа «Скачки»,  робота в групах,

 вправа «Кошик знань».

 

Структура уроку

I.      Організація класу

II.      Розминка. Вправа «Слова за хвилину»

III.      Актуалізація опорних знань учнів. Інтерактивна вправа «Скачки»

IV.      Мотивація навчальної діяльності

V.      Формування нових знань

1.     Гіпотеза Ампера

2.     Магнітна проникність речовини

3.     Класифікація речовин за їх магнітними властивостями

     Діамагнетики

     Парамагнетики

     Феромагнетики

4.     Температура Кюрі

5.     Застосування феромагнетиків

VI.      Закріплення вивченого матеріалу. Робота в групах.

VII.      Підсумки уроку. Вправа «Кошик знань».

VIII.      Домашнє завдання

 

Хід уроку

1. Організаційний момент.

 

2. Розминка. Вправа «Слова за хвилину»

Змагання на написання найбільшої кількості фізичних термінів за одну хвилину.

3. Актуалізація опорних знань учнів. Інтерактивна вправа «Скачки».

https://learningapps.org/watch?v=pp51mmxbk24

IV. Мотивація навчальної діяльності.

Магнетизм як винятково цікаве явище природи відомий принаймні з V ст.. до нашої ери. Хто відкрив його і за яких обставин, поки що точно нікому не відомо, але до нас дійшли легенди, в яких розповідається про відкриття магнітної руди. В одній із них ідеться про те, як біля міста Магнеси в Туреччині чабан, шукаючи заблудлу вівцю, забрів у незнайоме місце. Навколо було багато чорного каміння, що нічим не відрізнялося від звичайного. Але коли він наступив на один камінець, то відчув, як підошви його взуття, підкованого залізом, наче прилипли до нього. Чабан, зацікавившись, доторкнувся до каменя своєю палицею з залізним наконечником – і ледве втримав її. Вона також була притягнута до каменя, як і підошва взуття. Потім чабан спробував піднести до каменя інший, дерев’яний кінець палиці, і нічого не відчув. Дивне чорне каміння притягувало до себе тільки залізо. Каміння, знайдене біля міста Магнеси, мало ще одну властивість: у вільно підвішеному стані воно завжди поверталося в певному напрямі. Ким і за яких обставин було відкрито цю властивість, також невідомо, проте немає сумніву, що таке спостереження мала зробити тільки людина надзвичайного розуму.

 Отож, сьогодні на уроці ми також дізнаємось про магнітні властивості деяких речовин.

 

V.Формування нових знань

 

1.     Гіпотеза Ампера

 

 

 

 

 

   Елементарні струми у речовині циркулюють тому, що в кожному атомі обертаються навколо ядра електрони; саме вони й утворюють так звані орбітальні струми й пов’язані з ними магнітні поля. Крім того, електрони мають ще й власне магнітне поле.

 

Обидва ці магнітні поля, додаючись, створюють результуюче магнітне поле атома. Природно припустити існування двох типів атомів:

1.     які мають елементарне магнітне поле незалежно від існування зовнішнього магнітного поля;
2.     у яких це елементарне поле відсутнє, тобто орбітальні й власні поля компенсуються.

Гіпотеза Ампера пояснює, чому магнітна стрілка й рамка зі струмом у магнітному полі поводяться однаково. Стрілку можна розглядати як сукупність маленьких контурів зі струмом, орієнтованих однаково.

 

2.     Магнітна проникність речовини

Магнітне поле створюється не тільки електричними струмами, а й постійними магнітами. Постійні магніти можна виготовити тільки з небагатьох речовин, але всі речовини, вміщені в магнітне поле, намагнічуються, тобто самі створюють магнітне поле.

 Рівень взаємодії речовини і поля описує фізична величина – магнітна проникність. Вона дорівнює відношенню магнітної індукції поля в речовині В до магнітної індукції «зовнішнього» поля В₀.

 Відношення = μ   дістало назву відносної магнітної проникності середовища.

 

.

 

 

 

 

3.     Класифікація речовин за їх магнітними властивостями

 

 

 

     Діамагнетики

 

 

До діамагнетиків належать: золото, мідь, ртуть, срібло, вісмут, вода, ацетон, кухонна сіль, гелій, неон та ін.

Атоми і молекули діамагнітних речовин не мають власних магнітних моментів.

Діамагнетики мають такі магнітні властивості:

• незначно послаблюють зовнішнє магнітне поле: магнітна індукція магнітного поля всередині діамагнетика трохи менша від магнітної індукції зовнішнього магнітного поля   µ ≤ 1;
• виштовхуються з магнітного поля;
• відносна магнітна проникність не залежить від температури

 

     Парамагнетики

 

 

 

 

 

 

До парамагнетиків належать: кисень, повітря, платина, алюміній, ебоніт, вольфрам, магній, літій та ін.

Атоми парамагнітних речовин мають власні магнітні моменти.

Парамагнетики мають такі властивості:

• незначно посилюють зовнішнє магнітне поле µ ≥ 1;
• потрапивши в магнітне поле, буде втягуватися в нього, тобто рухатися в бік збільшення магнітної індукції;
• відносна магнітна проникність зменшується зі збільшенням температури, оскільки збільшується швидкість теплового руху атомів і їхні орієнтація частково порушується.

 

     Феромагнетики

 

 

 

 

Феромагнетики – це речовини, які, намагнічуючись, створюють сильне магнітне поле, напрямлене в той самий бік, що й зовнішнє магнітне поле.

 

До феромагнетиків належать: залізо, нікель, кобальт, гадоліній, деякі сплави та хімічні сполуки.

Йони феромагнітних речовин мають власні магнітні моменти.

Феромагнетики мають такі властивості:

• їхня магнітна проникність μ » 1;
• феромагнетики, як і парамагнетики, втягуються в магнітне поле;
• магнітна проникність феромагнетиків непостійна, вона залежить від магнітної індукції зовнішнього поля;
• за деякої певної температури для даного феромагнетика – температури Кюрі -  феромагнітні властивості його зникають.

Феромагнітні речовини складаються з доменів.

Домени – макроскопічні ділянки  розміром 1-10 мкм  в яких власні магнітні моменти сусідніх йонів співнапрямлені та мають власну намагніченість.

 

 

 

      Якщо зовнішнє магнітне поле відсутнє, моменти окремих доменів будуть орієнтовані хаотично. В такому разі зразки феромагнітного матеріалу розмагнічені.

       Якщо ж феромагнітний зразок помістити в зовнішнє магнітне поле, то домени орієнтуються за напрямком цього магнітного поля та збільшуються за рахунок зменшення доменів з іншою орієнтацією магнітних моментів. А ще відбувається частковий поворот магнітного моменту в кожному домені – зразок намагнічується.

 

4. Температура Кюрі

 

 

 

 

Цю температуру називають температурою Кюрі. Наприклад, температура Кюрі для Феруму становить 753 ⁰С, для Ніколу – 365⁰С, для кобальту – 1000⁰С.

 

Температура Кюрі названа в честь П’єра Кюрі (1859-1906), який довів, що магнетизм втрачає свої властивості  при критичній для даної речовини температурі.

 

5. Застосування феромагнетиків

 Одним із цікавих прикладів використання дії магнітного поля на речовину є «омагнічення» води. Пройшовши крізь магнітне поле, вода набуває нових властивостей. Така вода не утворює накипу в парових котлах, що дає змогу використовувати її без додаткового хімічного оброблення. Бетон, замішаний на «омагніченій» воді, міцніший, ніж звичайний.

 Явище підсилення магнітного поля феромагнетиками використовується в різних електротехнічних приладах: електромагнітних кранах, реле, електродвигунах, трансформаторах. Для цього використовуються спеціальні сорти електротехнічної сталі.

 Важко уявити сучасну радіоелектроніку без елементів із штучних феромагнетиків – феритів. З них виготовляють антени, осердя коливальних контурів та трансформаторів. Набули поширення феритові постійні магніти.

 Без магнітних матеріалів не можна уявити сучасні методи запису інформації. Типовим прикладом пристрою для запису на магнітній плівці є магнітофон. У цьому апараті використовується спеціальна плівка, покрита тонким шаром феромагнітного матеріалу. Подібний фізичний процес відбувається під час запису інформації на диску вінчестера в сучасному комп’ютері.

 При відтворенні записаної інформації плівка здійснює рух над магнітною головкою, в якій завдяки електромагнітній індукції збуджується змінний електричний струм, котрий після підсилення в електронному підсилювачі подається на гучномовець чи інший аналізуючий прилад.

       Магніти пропонують багато переваг індустріального світу. Магніти в електричних генераторах перетворюють механічну енергію в електричну, тоді як інші двигуни використовують магніти для перетворення електроенергії назад в механічну роботу. Електромагніти в кранах захоплюють і переміщують великі шматки металу.

Шахти використовують магніто-сортувальні машини для відділення корисних металевих руд від дробленої породи. Магнітні сепаратори видаляють невеликі шматочки металу від зерен. Фермери використовують магніти, щоб ловити шматки металу, які корови можуть з’їсти у полі з їжею.

Магніти зустрічаються в медичних пристроях, таких як машини для магнітного резонансу. МРТ використовують потужні магнітні поля для генерації радіосигналу для створення чіткої, детальної картини кісток, органів та інших тканин..Ще одне медичне використання магнітів – це лікування раку. Лікар вводить в область ракової пухлини магніто-чутливу рідину і використовує потужній магніт для генерування тепла в організмі. Спека вбиває ракові клітини.

Більшість будинків містять багато магнітів. Магніти на холодильнику тримають папери; пилососи, блендери, пральні машини мають електричні двигуни. Темна магнітна смужка на звороті кредитної катки зберігає дані приблизно так само, як це робить жорсткий диск комп’ютера.

 

VI.Закріплення вивченого матеріалу. Робота в групах.

Ділю учнів на три групи. Кожна група отримує завдання - дати характеристику одному із видів речовин: парамагнетиків, діамагнетиків, феромагнетиків. Представники кожної групи по черзі характеризують кожну групу речовин, доповнюють один одного. За необхідності ставлю запитання для більш ширшого висвітлення теми.

Після цього кожна група ставить запитання зі своєї теми представникам інших груп.

 

VII.Підсумки урок. Вправа «Кошик знань»

Учні по черзі висловлюють думку, що вони поклали сьогодні до свого «кошика знань».

 

VIII.Домашнє завдання  § 15. Фізика 11 клас  за редакцією Бар’яхтар В.Г.,