Урок з фізики 11 клас "Взаємодія провідників зі струмом".

Тема уроку: Електрична та магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом.

Мета уроку: сформувати уявлення учнів про магнітне поле як вид матерії, повторити як взаємодіють між собою провідники зі струмом; дати визначення ліній магнітного поля; розвивати індивідуальні здібності учнів, навички міжособистісного спілкування; творчу активність; виховувати почуття колективізму, інтересу до предмета.

Хід уроку.

І. Організаційний частина. (3-5 хв.)

1.      перевірка присутніх та запис теми уроку;
2.     оголошення теми і мети уроку.

ІІ. Повторення теоретичного матеріалу. (2-5 хв.)

• Електричний заряд – це...(міра властивостей заряджених тіл певним чином взаємодіяти один з одним)

• Як взаємодіють між собою електрично заряджені тіла?

• Електричне поле – це ... (форма матерії, за допомогою якої здійснюється електрична взаємодія заряджених тіл)

• Основні властивості електричного поля :

(виникає навколо заряджених тіл;

виявляється по дії на заряджені тіла)

• Що таке електричний струм? (упорядкований рух заряджених часток)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу. (35-40 хв.)

Як ми знаємо, нерухомі електричні заряди взаємодіють між собою через електричне поле. Дослідимо характер взаємодії провідників, по яких тече струм.

Якщо два паралельних гнучких провідники під'єднати до джерела струму так, щоб у провідниках виникли струми протилежного напрямку, то провідники почнуть відштовхуватися один від одного. Якщо струми одного напряму, провідники притягатимуться.(див. мал.).

Взаємодіють між собою, притягуючись або відштовхуючись, не лише прямолінійні провідники зі струмом, а й провідники довільної форми, по яких протікає струм, наприклад провідники у вигляді котушок. (експеримент).

Описані взаємодії між електричними струмами (тобто рухомими електричними зарядами) не можна пояснити, виходячи із законів електростатики. Було помічено, що ця взаємодія схожа на взаємодію постійних магнітів (магнетизм).

Доповідь учня:

Магнетизм, як явище відоме з 5століття до нашої ери, але вивчення його сутності просувалося дуже повільно. Ще стародавні греки знали, що існує особливий мінерал - камінь із Магнесії (область у давньогрецькій Фессалії), здатний притягати невеликі залізні предмети.

Однак уперше властивості магніту були описані лише в 1269 році. А першою великою роботою, присвяченої дослідженню магнітних явищ, є книга Вільяма Гільберта «Про магніт», що вийшла в 1600 році.

На основі досліджень Гільберт установив найпростіші властивості магнітних матеріалів, які ми вивчали у 9-му класі.

Магнітні взаємодії спочатку розглядалися як зовсім не пов'язані з електричними. Хоча ще в далекі часи було помічено, що блискавка перемагнічує компаси на кораблях, намагнічує сталеві предмети.

Пряме експериментальне виявлення зв'язку між електричними й магнітними явищами відбулося випадково. Коли Ерстед читав лекцію про постійні струми, він звернув увагу на те, що магнітна стрілка, що перебуває поблизу провідника, повернулася при включенні струму.

(Демонстрація досліду.)

Таку взаємодію називають магнітною, передається вона через магнітне поле. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.

Магнітне поле діє на всі частини провідника зі струмом. Щоб кількісно дослідити магнітну взаємодію провідників зі струмом, використовують метод моделювання. Розглядають не весь провідник, а лише незначну його ділянку, малою довжиною ∆l, весь провідник складається з подібних ділянок, так, як і будь-яке заряджене тіло - із точкових зарядів. Добуток ∆l∙І, тобто добуток сили струму I, що проходить по малій ділянці провідника, на її довжину ∆l, називають елементом струму (запис у зошит.). Елемент струму ∆l∙І - модель для дослідження магнітної взаємодії.

Взаємодію електричних струмів вперше виявив і дослідив у 1820 р. французький фізик А. Ампер (1775-1836).

(історична довідка (фільм))

Тому закон, що описує взаємодію провідників зі струмом, називають законом Ампера:

Два нескінченно малі елементи провідників зі струмом взаємодіють між собою із силою ∆F, яка прямо пропорційна довжинам цих елементів ∆l₁ та ∆l₂, силам струму в них І₁, та І₂, обернено пропорційна квадрату відстані між ними r² і залежить від взаємної орієнтації цих елементів. (див.мал),

(запис у зошит).

Тут α₁ - кут між елементом струму ∆l₁∙І₁ та радіус-вектором г ; α₂ - кут між елементом струму ∆l₂∙І₂ і нормаллю n до площини, в якій лежать елемент ∆l₁∙І₁ та г; μ₀- магнітна стала, μ - відносна магнітна проникність середовища -скалярна фізична величина, що характеризує вплив однорідного середовища на магнітне поле.

Закон Ампера відіграє таку ж роль у магнітостатиці, як і закон Кулона в електростатиці. За допомогою закону Ампера можна обчислити силу взаємодії провідників зі струмом довільної довжини і форми. Наприклад: сила магнітної взаємодії між двома однаковими паралельними провідниками скінченної довжини l, по яким протікають струми I₁ та I₂ відстань між якими r:

Дана формула дала можливість ввести визначення, що таке 1 А:

1 А - одиниця сили струму, яка дорівнює силі постійного струму, що, проходячи по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини з дуже малою площею поперечного перерізу, які розміщені у вакуумі на відстані 1 м один від одного, спричинює силу взаємодії 2•10^-7 Н на кожній ділянці провідників довжиною 1 м. (запис у зошит).

З визначення 1 А можна розрахувати значення магнітної сталої: μ₀ =4•π•10^-7 Н/А² (запис у зошит).

Цікавий результат отримаємо, коли обчислимо добуток двох сталих — електричної та магнітної: (запис у зошит).

Отримане співвідношення вказує на єдину природу електричних, магнітних і світлових явищ.

З'ясовуючи природу взаємодії провідників зі струмом, ми повинні, як і у випадку вивчення взаємодії заряджених тіл, дати відповідь на питання, яким чином передається взаємодія на відстані?

Сучасна наука вважає, що у просторі навколо струмів виникає крім електричного поля ще й магнітне. І тому, розглядаючи взаємодію струмів, слід не просто говорити, що один струм діє на інший, а що електричний струм в одному з провідників створює навколо себе магнітне поле, яке діє на кожен елемент струму у другому провіднику.

Магнітне поле (стаціонарне) - форма матерії, окремий прояв електромагнітного поля. Породжується рухомими електричними зарядами (струмами). (запис у зошит).

IV. Повторення пройденого матеріалу:

1. Як взаємодіють між собою паралельні провідники зі струмом?
2. Хто встановив закон цієї взаємодії?
3. Сформулюйте закон Ампера.
4. Що визначає добуток електричної та магнітної сталої?
5. Що є джерелом магнітного поля?

V. Домашнє завдання: §22. Вправа 13 (5).

Резерв. Вправа 13 (2,5).

Розв’язати задачі:

1. Два паралельні провідники з однаковою силою струму в них розташовані на відстані 8,7 см один від одного і притягуються із силою 2,5•10^-2 Н. Визначити силу струму в провідниках, якщо довжина кожного з них 320 см, струми напрямлені в один бік. Вважати, що провідники розташовані у вакуумі.

2. Три паралельні довгі провідники розміщені в одній площині на відстані 0,5 м один від одного. Сила струму в кожному провіднику дорівнює 100 А. Струм у першому і середньому провідниках має однаковий напрямок. Яка сила діє на одиницю довжини першого, другого (середнього) і третього провідників? Вважати, що провідники розташовані у вакуумі.