Заняття з фізики "Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера."

Тема: Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера.

Слайд 2   Мета: Розкрити залежність сили дії магнітного поля на провідник зі струмом від індукції магнітного поля, сили струму в провіднику, довжини активної частини провідника і кута між напрямом струму в провіднику і напрямом лінії магнітної індукції.

Добитися засвоєння і уміння застосовувати в різних ситуаціях правила лівої руки.

Розвивати уміння спостерігати, порівнювати і узагальнювати результати експерименту, розвивати в студентів навички самостійного набування знань.

Унаочнення: картки, таблиці, ПК, мультимедыйний проектор.

Обладнання: дротяний моток, штатив, джерело постійного струму, реостат, ключ, постійні магніти, з’єднувальні провідники.

 Тип заняття: лекція

Хід заняття:

І. Актуалізація опорних знань

Фронтальне опитування

Слайд 3.  «Заморочки з бочки». Група ділиться на групи. Кожна група витягує номер питання, на яке повинна дати відповідь. Також необхідно знайти малюнок до своєї відповіді та пояснити його. Якщо група не може дати правильної відповіді, то відповідають інші групи.

1. Коли виникає магнітне поле?
2. Який дослід підтверджує зв’язок магнітного поля з рухом заряджених частинок або тіл?
3. Як взаємодіють два провідники зі струмами?
4. Чим пояснюється взаємодія провідників зі струмами?
5. Яка фізична величина є силовою характеристикою магнітного поля, чому?
6. Як знайти напрям магнітної індукції?
7. Правило правого гвинта для витка зі струмом.
8. Правило правого гвинта для провідника зі струмом.
9. Які одиниці вимірювання магнітної індукції?

Тест – контроль (4 варіанта тестів з різними номерами завдань. Відповіді заносяться у картку для відповідей, яка видається разом з тестовими завданнями.)

ПІБ студента	І варіант
питання відповідь	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	оцінка
а						×					студент
б	×	×			×					×
в			×	×			×		×		викладач
г								×

І варіант

1. Вкажіть, чим створюється магнітне поле:

а) магнітним потоком;   в) нерухомими електричними зарядами;

б) рухомими електричними зарядами; г) металами.

2. Силовою характеристикою магнітного поля є:

а) електрорушійна сила;   в) магнітний потік;

б) магнітна індукція;   г) напруженість.

3. Одиниця вимірювання магнітної індукції в СІ:

а) ампер;     в) тесла;

б) вольт;     г) ньютон.

4. Лінії магнітної індукції відрізняються від ліній напруженості електростатичного поля тим, що вони…

а) перетинаються одна з одною;

б) починаються на північному полюсі магніту, закінчуються на південному;               в) замкнуті;

г) не мають напряму.

5. На якому рисунку лінії магнітної індукції магнітного поля показано правильно:

 

 

а)  б)  в)  г)

6. За напрямом магнітних ліній визначте напрям струму в провіднику:

а) вліво  б) вправо  в) вгору

г) перпендикулярно до площини рисунка

7. На якому рисунку зображено однорідне магнітне поле?

 

 

 

а)   б)   в)   г)

8. Вкажіть точку магнітного поля, у якій модуль вектора магнітної індукції має найбільше значення:

а) А  б) С  в) В г) у всіх точках однаковий.

9. Вкажіть вченого, який дослідним шляхом виявив взаємодію магнітної стрілки і провідника зі струмом:

а) Ампер;  б) Ом;   в) Ерстед;  г) Фарадей.

10. Вкажіть, як саме взаємодіють провідники зі струмами, напрями яких вказані на рисунку:

а) не взаємодіють;  в) притягуються;

б) відштовхуються;  г) періодично притягуються й відштовхуються.

Слайд 4 (взаємоперевірка тесту – студенти обмінюються картками для відповідей і швидко перевіряють їх, потім здають викладачу)

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Сьогодні на занятті нам необхідно на основі проведеного експерименту виявити магнітне поле по його дії на електричний струм і залежність дії магнітного поля на провідник із струмом від ряду чинників.

Ви вже знаєте, що взаємодії між провідниками зі струмом називаються магнітними. Сили, з якими провідники зі струмом між собою взаємодіють, називаються магнітними силами. Отже, два провідники зі струмами взаємодіють з певною силою. Ця взаємодія пояснюється тим, що на кожний провідник зі струмом діє магнітне поле іншого провідника. Визначимо силу, яка діє на цей провідник зі струмом у магнітному полі.

ІІІ. Фронтальний експеримент (пояснення нового матеріалу)

Слайд 5  Доведемо, що на провідник зі струмом у магнітному полі діє сила.

Між полюсами постійного магніту розміщено провідник (мал. 1). Замкнемо ключ. Коли струм у провіднику проходить так, як показано на малюнку 2, провідник виштовхується з проміжку між полюсами магніту. Якщо змінити напрям струму (мал. 3), то провідник втягується у проміжок між полюсами магніту.

 

 

 

 

Слайд 6   Змінити напрям руху провідника можна, змінивши напрям магнітних ліній поля (поміняти полюси магніту). Провідник також втягується у проміжок між полюсами магніту (мал. 4) або виштовхується з проміжку між полюсами магніту (мал. 5).

 

 

 

 

 

• Студенти, про що свідчить перший дослід? (На провідник зі струмом у магнітному полі діє сила.)
• Чи залежить напрям сили, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом від напряму струму в провіднику? (Так, залежить.)
• Як залежить ця сила від розташування полюсів магніту? (Напрям руху провідника змінюється, якщо змінити напрям магнітних ліній поля.) 

Слайд 7    Отже, сила дії магнітного поля на провідник зі струмом має певний напрям. Цю силу називають силою Ампера. ІІ напрям можна визначити за правилом лівої руки.

Правило лівої руки

Якщо ліву руку розташувати так, щоб лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнуті пальці вказували напрямок струму в провіднику, то відігнутий на 90⁰ великий палець укаже напрямок сили Ампера.

1. Визначимо, від яких чинників і як залежить сила Ампера.

З’ясуємо залежність сили Ампера від:

• сили струму;
• магнітної індукції;
• довжини провідника;
• напряму магнітної індукції.

Обладнання: дротяний моток, штатив, джерело постійного струму, реостат, ключ, постійний магніт, з’єднувальні провідники.

Слайд 8  Дослід 1. Дослідити залежність сили Ампера від сили струму в провіднику.

Зберемо експериментальну установку, показану на малюнку (заздалегідь ключ має бути розімкнений, движок реостата встановлений на максимальний опір).

Замкнемо електричне коло на декілька секунд. Ми спостерігаємо відхилення котушки від первинного положення. Дослід повторимо при різних значеннях сили струму, яка змінюється за допомогою реостата.

Висновок: (спочатку роблять студенти) Дротяний моток відхиляється на більший кут, якщо збільшити силу струму. А тому виходить, що сила Ампера збільшується із збільшенням сили струму в провіднику.

Слайд 9  Дослід 2. Дослідити залежність сили Ампера від магнітної індукції.

Спостерігаємо відхилення котушки від первинного положення спочатку при одному, а потім при двох магнітах.

Зробіть висновок про залежність сили магнітної взаємодії від індукції магнітного поля.

Висновок: Сила магнітної взаємодії збільшується із збільшенням індукції магнітного поля.

Дослід 3. Дослідити залежність сили Ампера від напряму магнітного поля.

Змінимо відносне розташування мотка і магніта та вкажемо напрям магнітного поля, напрям струму і передбачуваний рух мотка відносно магніта.

Висновок: Якщо напрям магнітної індукції перпендикулярний площі витка, то відхилення максимальне, паралельний – відхилення витка не спостерігається.

Слайд 10  Дослід 4. Дослідити залежність сили Ампера від довжини провідника.

Спостерігаємо відхилення від первинного положення спочатку однієї котушки, а потім двох котушок, в однаковому магнітному полі.

Зробіть висновки про залежність сили магнітної взаємодії від довжини провідника зі струмом у магнітному полі.

Висновок: Сила магнітної взаємодії збільшується із збільшенням довжини провідника.

Слайд 11 Підводимо підсумок: Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, прямо пропорційна силі струму, магнітній індукції, активній довжині провідника і залежить від кута між напрямом струму і напрямом ліній магнітної індукції.

 Сила Ампера є максимальною, якщо провідник розташований перпендикулярно до магнітних ліній, і дорівнює нулю, якщо провідник розташований паралельно магнітним лініям. 

Слайд 12  За допомогою сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом у магнітному полі, поясніть притягання та відштовхування двох паралельно розташованих провідників зі струмом (див. малюнок).

 

 

Слайд 13  У результаті дії сили Ампера рамка зі струмом може обертатися в магнітному полі. Явище обертання рамки зі струмом у магнітному полі використовують у роботі електродвигунів.

Слайд 14  Електромагніт — пристрій, що створює магнітне поле при проходженні електричного струму. Подивимося фрагмент відеофільму про роботу електромагнітів.

 Слайд 15  Ще одне застосування магнітного поля магнітів можна спостерігати в магнітній дефектоскопії. Переглянемо відофільм, який більш детальніше розкаже про цю галузь.

Слайд 16  Доповідь студента про випадок з А.Ампером.

 Я чув, що французький учений Ампер був не досить уважним!

 Одного разу  Ампер ішов якось Парижем, поринувши у роздуми. Аж раптом на очі йому потрапила гладенька чорна дошка. Учений дістав з кишені крейду і, ніскільки не дивуючись, звідки та дошка посеред вулиці могла взятися, заходився обчислювати.

 Навіть коли дошка зрушила з місця, учений не звернув на це уваги. Він продовжував писати на ній і тоді, коли за чудернацькою дошкою довелося не тільки йти, а й бігти!

 Як виявилося потім, це була не дошка, а … задня стінка карети.

IV. Закріплення нового матеріалу.

Слайд 17

1. Знайти напрям сили Ампера.

 

 

Слайд 18

 

Слайд 19

 

 

Слайд 17

 

Слайд 20  Тестові завдання: (завдання розв’язуємо разом з групою і відразу перевіряємо відповідь)

1. Як зміниться сила Ампера, що діє на провідник зі струмом в однорідному магнітному полі, при збільшенні індукції магнітного поля в 2 рази? Провідник розташований перпендикулярно до вектора магнітної індукції.

а) зменшиться в 4 рази;   в) збільшиться в 4 рази;

б) збільшиться в 2 рази;  г) зменшиться в 2 рази.

Слайд 21  Як зміниться сила Ампера, що діє на прямолінійний провідник зі струмом в однорідному магнітному полі, при зменшенні сили струму в провіднику в 3 рази? Провідник розташований перпендикулярно до вектора магнітної індукції.

а) зменшиться в 3 рази;    в) збільшиться в 9 разів;

б) збільшиться в 3 рази;    г) зменшиться в 9 разів.

Слайд 22  Як зміниться сила Ампера, що діє на прямолінійний провідник зі струмом в однорідному магнітному полі, при збільшенні сили струму в провіднику в 2 рази та зменшенні довжини провідника в 2 рази? Провідник розташований перпендикулярно до вектора магнітної індукції.

а) зменшиться в 2 рази;    в) не зміниться;

б) збільшиться в 4 рази;    г) зменшиться в 4 рази.

Слайд 23  За правилом лівої руки знайти напрям сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом у магнітному полі.

а) 1;  б) 2;  в) 3;  г) 4.

Слайд 24  За правилом лівої руки знайти напрям сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом у магнітному полі.

а) 1;  б) 2;  в) 3;  г) 4.

Слайд 25  За правилом лівої руки знайти напрям сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом у магнітному полі.

а) 1;  б) 2;  в) 3;  г) 4.

Слайд 26  За правилом лівої руки знайти напрям сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом у магнітному полі.

а) 1;  б) 2;  в) 3;  г) 4.

Слайд 27  За правилом лівої руки знайти напрям сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом у магнітному полі.

а) 1;  б) 2;  в) 3;  г) 4.

Слайд 27  За правилом лівої руки знайти напрям сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом у магнітному полі

а) 1;  б) 2;  в) 3;  г) 4.

Слайд 28  Релаксація. Проведемо дослід, який на мою думку, є парадоксальним. Запалимо сірник, потушимо його і піднесемо до полюса магніта. Головка притягується до магніта.

Що відбувається?

При виробництві сірників в склад головок добавляють оксид заліза (ІІІ) – залізний сурик, який не має магнітних властивостей. При згорянні в результаті високотемпературної реакції залізний сурик перетворюється в іншу кристалічну модифікацію оксида залізі (ІІІ), яка притягується магнітом. 

Слайд 29  Розв’язування задач.

Задача 1. Провідник зі струмом силою 14 А вміщений у магнітне поле з індукцією 0,5 Тл. З якою силою діє поле на провідник довжиною 50 см, розміщений під кутом 90⁰ до вектора магнітної індукції? Чому дорівнює сила, коли напрям струму утворює з напрямом вектора індукції кут 30⁰? Чому дорівнює сила, коли провідник зі струмом розміщений вздовж ліній магнітної індукції поля?

Слайд 30  Задача 2. В однорідному магнітному полі з індукцією 0,8 Тл на прямий провідник зі струмом 30А, довжина активної частини якого10см, діє сила 1,5Н. Під яким кутом до вектора індукції розташований провідник?

Задача 3. Сила струму в горизонтально розташованому провіднику завдовжки 20 см і масою 4 г дорівнює 10 А. Знайти індукцію магнітного поля, в яке потрібно помістити провідник, щоб сила тяжіння урівноважилася силою Ампера. Провідник розташований перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля.

Слайд 31 Задача 4. Яку роботу виконує однорідне магнітне поле з індукцією 15мТл під час переміщення провідника довжиною 2м зі струмом 10А на відстань 20см у напрямі дії сили? Провідник розташований під кутом 30⁰ до ліній індукції магнітного поля.

V. Підсумок заняття.

Слайд 32 VІ. Домашнє завдання. Є.В. Коршак «Фізика 11» вивчити§26-28, повторити §24-25. Ф.Я. Божинова «Збірник задач. Фізика 11», розв’язати задачі №11.10, 11.18, 11.34.