План урока по теме Магнитное поле для учеников 9 класса
Основные понятия
- Магнетизм
- Электромагнитное поле
- Явление электромагнитной индукции
- Сила Ампера (действие магнитного поля на проводник с током)
Объяснение явления поляризации и возникновения ЭДС индукции в движущемся проводнике
С помощью силы Лоренца можно объяснить явление поляризации и возникновения ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике.
Проводник помещается на рельсы с электрическим контактом и магнитное поле направляется вертикально к плоскости проводника на рельсах. Замыкая рельсы со стороны, противоположной от проводника и перемещая проводник с постоянной скоростью, в проводнике появляется электрический ток. Причина – сила Лоренца, действующая на свободные электроны в проводнике, которые движутся вместе с проводником в магнитном поле.
Магнитные свойства вещества
Постоянные магниты изготавливаются из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, становясь источниками магнитного поля. Вектор магнитной индукции при наличии вещества отличается от вектора магнитной индукции в вакууме.
Магнитная проницаемость вещества μпоказывает, во сколько раз вектор магнитной индукции в веществе превосходит его значение в вакууме.
Контрольная работа по теме Магнитное поле
Контрольная работа по физике для учащихся 11 класса включает вопросы по силе Ампера, Лоренца и закону электромагнитной индукции.
Магнитный поток
Магнитный поток (поток вектора магнитной индукции) – скалярная величина, описывающая прохождение магнитного поля через поверхность. Обозначается буквой Ф.
Магнитный поток Ф, пронизывающий площадь контура, зависит от угла α между вектором магнитной индукции и площадью контура. Если α=0°, то магнитный поток максимален и равен Фmax=B∙S.
Приглашаем учителей физики с высшим образованием (или студентов последнего курса) присоединиться к обучению школьников и заработать от 40 до 100 000 рублей в месяц.
Ссылки на изображения:
Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура α=90о, то магнитный поток равен нулю Ф=0.
Ампер и параллельные проводники
Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Андре Мари Ампером.
Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток, и наоборот.
Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока — ампера.
Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2∙10-7 Н на каждый метр длины.
Движение частиц в магнитном поле
Если скорость заряженной частицы массой направлена вдоль вектора индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по прямой с постоянной скоростью (сила Лоренца равна нулю).
Если скорость заряженной частицы массой перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по радиусу окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции.
Если скорость заряженной частицы массой m направлена под углом к вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по винтовой линии радиуса R и шагом h.
Действие силы Лоренца широко используют в различных электротехнических устройствах:
Действие магнитного поля на рамку с током
Рассмотрим проволочную проводящую рамку, находящуюся во внешнем магнитном поле. Если в этой рамке создать электрический ток I, то на рамку со стороны магнитного поля начнут действовать силы Ампера.
Если внешнее магнитное поле является однородным, то равнодействующая всех сил Ампера будет равна нулю, однако момент всех сил Ампера в нуль обращаться не будет, что означает то, что рамка начнет вращаться (создается вращающий момент, и рамка поворачивается в положение, в котором вектор.
На данном факте основано действие электродвигателя постоянного тока (электромотора).
Магнитное поле: свойства и исследование
Если внешнее магнитное поле является неоднородным, то равнодействующая всех сил Ампера и момент всех сил не будут равны нулю. Следовательно, свободная рамка начнет поступательно двигаться и вращаться. Неоднородное магнитное поле ориентирует, притягивает или отталкивает рамку с током.
Эксперимент с магнитными полями
Иллюстрация магнитного поля трех проводников с током доказывает наличие магнитного поля вокруг движущихся электрических зарядов. Получив картины различных магнитных полей, сформулировать свойства силовых линий магнитного поля.
Явление электромагнитной индукции
Электромагнитная индукция — это явление возникновения тока в замкнутом проводнике при прохождении через него магнитного потока, изменяющегося со временем. Это явление лежит в основе работы различных устройств, таких как двигатели, генераторы, трансформаторы, радиоприемники и другие.
Опыт № 1
В опыте с соленоидом и магнитом, отклонение стрелки гальванометра наблюдается в моменты вдвигания или выдвигания магнита. Если изменять скорость движения магнита, то отклонение стрелки будет соответственно изменяться. Направление отклонения меняется при смене полюсов магнита.
Опыт № 2
В случае с двумя катушками подключенными к источнику тока, отклонение стрелки гальванометра наблюдается при размыкании или замыкании ключа. Аналогично, при уменьшении или увеличении тока, а также при перемещении катушек друг относительно друга. Направления отклонений стрелки гальванометра также изменяются.
Исследование Фарадея о электромагнитной индукции
Изучая результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к заключению, что индукционный ток возникает всегда, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции (магнитного потока).
Например, при повороте в однородном магнитном поле замкнутого проводящего контура в нем также появляется индукционный ток. В этом случае индукция магнитного поля вблизи контура остается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции сквозь контур.
Открытие явления электромагнитной индукции дало возможность получать электрический ток с помощью магнитного поля и подтолкнуло разработку теории электромагнитного поля.
Закон электромагнитной индукции Фарадея
При изменении полного магнитного потока F, пронизывающего контур, в этом контуре возникает ЭДС индукции:
- скорость изменения магнитного потока F, пронизывающего этот контур.
Знак – в законе показывает то, как ориентирована возникающая ЭДС в контуре. Это так называемое правило Ленца.
По формуле F=BScosα для магнитного потока отчетливо видно, что поток меняется.
Правило Ленца
ЭДС индукции, возникающая в контуре, ориентирована так, что индукционный ток, который она создает, направлен так, чтобы ослабить действие причины, возбуждающей эту ЭДС, а стало быть, и индукционный ток.
Рисунок ниже иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура в однородном магнитном поле.
Магнитное поле
Магнитное поле создается движущимися зарядами (электрическими токами) и действует только на движущиеся заряды или на токи, а на неподвижные заряды не воздействует.
Основная характеристика магнитного поля — это вектор индукции магнитного поля. Направление вектора магнитной индукции принято брать от южного полюса к северному по стрелке компаса, располагающейся в магнитном поле.
Значение магнитной индукции определяется как отношение максимальной силы магнитного поля к силе тока в проводнике.
В системе СИ единицей магнитной индукции является 1 Тесла (1 Тл).
Главное свойство правил электромагнитной индукции — их обратимость. Направления вектора магнитной индукции и направление силы тока можно менять между собой, а правило останется.
Правило буравчика 1
Правило буравчика 2
Правило правой руки 1
Правило правой руки 2
Способ из старого учебника
Как и в случае с электрическим полем, магнитное поле изображают с помощью силовых линий, а мы проведем эксперимент.
Сколько платят в Skyeng преподавателю физики?
Из чего складывается доход учителей, рассказываем в специальной статье.
Магнитное поле Земли
Обойти вниманием самый большой магнит на планете, на которой мы живем было бы непростительно.
Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом. Южный магнитный полюс находится вблизи северного географического полюса, около северного берега озера Виктория (Канада). Северный магнитный полюс находится вблизи южного географического полюса, около берегов Антарктиды. Магнитные полюса Земли перемещаются (дрейфуют).
Магнитное поле Земли не остается постоянным, оно испытывает медленные изменения во времени (так называемые вековые вариации). Кроме того, через достаточно большие интервалы времени могут происходить изменения расположения магнитных полюсов на противоположные (инверсии).
Во время увеличения солнечной активности интенсивность солнечного ветра возрастает. При этом частицы солнечного ветра ионизируют верхние слои атмосферы в северных широтах (где магнитные силовые линии сгущены) и вызывают там свечения — северные сияния. В магнитном поле Земли в условиях разреженного воздуха так светятся обычно атомы кислорода и молекулы азота. Магнитное поле Земли защищает ее жителей от солнечного ветра.
Магнитные бури — это значительные изменения магнитного поля Земли под действием усиленного солнечного ветра в результате вспышек на Солнце и сопровождающих их выбросов потоков заряженных частиц.
Магнитные бури продолжаются обычно от 6 до 12 часов, а затем характеристики земного поля снова возвращаются к норме. Но за столь короткое время магнитная буря сильно влияет на радиосвязь, линии электросвязи, людей.
Кстати, человечество начало использовать магнитное поле Земли уже в начале XVII–XVIII вв. Тогда получает широкое распространение в мореходстве компас (магнитная стрелка).
Магнитное поле Земли служит многим живым организмам для ориентации в пространстве.
Сила Лоренца
Понимание магнитного поля строится на двух положениях: движущиеся заряды создают магнитное поле, и магнитное поле действует на движущиеся заряды. Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, называется силой Лоренца.
Сила Лоренца— это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу.
Для определения направления силы Лоренца применяют правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направления скорости движения положительно заряженной частицы, тогда отогнутый на большой палец в плоскости ладони укажет направление силы Лоренца. Для отрицательной частицы четыре вытянутых пальца направляют против скорости движения частицы.
Сила Ампера
Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.
Модуль силы Ампера FА равен произведению модуля индукции магнитного поля B, в котором находится проводник с током, длины этого проводника l, силы тока в нем I и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля sinα: FА=B∙I∙l∙sinα
Этой формулой можно пользоваться:
Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки
Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока, тогда отогнутый на большой палец укажет направление силы Ампера.
Список вопросов теста
Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 25 мТл со скоростью 3,2 *10 7 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Определите радиус (в мм) окружности, по которой движется электрон. Заряд электрона 1,6*10-19 Кл, его масса 9*10-31кг. (Ответ дайти в мм, не указывая единицы измерения)
Вопрос 2
Определите силу взаимодействия двух параллельных проводников, если длина проводов 20 м и каждый из них создает в месте расположения другого провода магнитное поле с индукцией 1,2 мТл? Сила тока равна 0,3 кА.
Вопрос 3
На какую частицу действует магнитное поле?
Варианты ответов
Прямолинейный проводник длиной 10 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл и расположен под углом 300 к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 3 А?
Вопрос 5
В магнитном поле находится проводник с током. Каково направление силы Ампера, действующей на проводник?
Вопрос 6
В катушке, индуктивность которой равна 0,4 Гн, возникла ЭДС самоиндукции, равная 20 В. Рассчитайте изменение силы тока, если это произошло за 0,2 с.
Вопрос 7
Катушка площадью 12,56 см2 находится в переменном магнитном поле, силовые линии которого параллельны оси катушки. При изменении индукции поля на 2 Тл в течении 6,28 с в катушке возникла ЭДС 2 В. Сколько витков имеет катушка. (Ответ записываем без указания единиц измерения)
Вопрос 8
Электромагнитная индукция – это:
Вопрос 9
Определите направление силы Лоренца
Итоги
Выполнили все цели урока, провели несколько познавательных эксперимента, узнали новые физические величины и явления.
Эксперты Skyeng и Skysmart подготовили для вас методические подарки.
Выбирайте те, что нужны, или заберите все!