Kvant. Постійні магніти

Практична робота №11

Вивчення магнітного поляпостійних магнітів

Ганс Крістіан Ерстед (1777-1851) у 1820 р. відкрив зв'язок між електричним і магнітним полем, помітивши дію електричного струму на магнітну стрілку.

Магнітне поле – це

Наочну картину магнітного поля можна отримати за допомогою

особливості:

Згідно з гіпотезою, всередині молекул і атомів циркулюють елементарні електричні струми - . Вони утворюються внаслідок руху електронів у атомах. Якщо через теплового рухумолекул площини (рис 11.1), в яких циркулюють ці струми, розміщені хаотично одна щодо одної, то дія струмів взаємно компенсується і магнітні властивості тіл.

У намагніченому стані (рис 11.2) елементарні струмиу тілі орієнтовані так, що їхні дії

Рис 11.1 Рис 11.2

За своїми магнітними властивостями всі речовини можна розділити на слабомагнітні та сильномагнітні. До слабомагнітних речовин відносять, а до сильномагнітних - .

Феромагнетики – це такі речовини

Яке явище є основою створення штучних магнітів?

Опишіть поняття «крапка Кюрі»:

До феромагнетиків відносять:

Парамагнетики – це такі речовини

До парамагнетиків відносять:

Діамагнетики – це такі речовини

До діамагнетиків відносять:

Заповніть таблицю.
Практична частина.
Виберіть правильне твердження. Що спостерігається у досвіді Ерстеда?

А. Провідник із струмом діє електричні заряди.

Б. Магнітна стрілка повертається поблизу провідника зі струмом.

Магнітна стрілка повертається поблизу зарядженого провідника.

А. …магнітне поле, створене зарядами, що рухаються в провіднику.

Б. …електричне поле, створене зарядами провідника.

В. …електричне поле, створене зарядами провідника, що рухаються.

А. ...як нерухомими, так і електричними зарядами, що рухаються.

Б. …нерухомими електричними зарядами.

В. …електричними зарядами, що рухаються.

А. …тільки на електричні заряди, що спочивають.

Б. …тільки на електричні заряди, що рухаються.

В. ...як на рухомі, так і на електричні заряди, що спочивають.

А. …тільки електричне поле.

Б. …як електричне, і магнітне.

В. …тільки магнітне поле.

А. Взаємодія електричних зарядів.

Б. Дією електричного поляодного провідника зі струмом струму в іншому провіднику.

В. Дія магнітного поля одного провідника на струм в іншому провіднику.

А. Північний полюс однієї стрілки притягується до північного полюса іншої.

Б. Магнітна стрілка є маленьким магнітом.

В. Силові лінії магнітного поля постійного магніту «виходять» із південного полюса та «входять» у північний.

А. Залізні предмети притягуються до полюсів магніту слабше, ніж його середини.

Б. Північний полюс магніту свідчить про Північний магнітний полюс Землі.

В. Лінії магнітного поля Землі замкнуті.

А. Зліва знаходиться північний магнітний полюс, а праворуч – південний.

Б. Поза магнітом магнітні лініївиходять із південного полюса магніту і входять у північний.

В. Лінії магнітного поля замикаються усередині магніту.

На рис 11.4 зображено розташування ліній магнітного поля двох магнітів.

А. Магніти звернені один до одного різноіменними полюсами.

Б. Магніти звернені один до одного однойменними полюсами.

В. Ті місця магніту, де виявляються найсильніші магнітні дії, називають полюсами магніту.

А. Якщо розрізати цей магніт посередині, то один із отриманих магнітів матиме лише північний полюс, а інший – лише південний.

Б. Ті місця магніту, де виявляються найслабші магнітні дії, називають полюсами магніту.

В. У всякого магніту обов'язково є два полюси.

Рис 11.4 Рис 11.5

Приклад: Північний полюс магніту підносять до позитивно зарядженої тенісної кульки, що висить на нитці. Що буде спостерігатися – тяжіння чи відштовхування? Як зміниться відповідь, якщо кулька заряджена негативно?

Рішення: В обох випадках спостерігатиметься тяжіння, обумовлене поділом зарядів у нейтральному тілі (магніті) під дією електричного поля. Заміна позитивного зарядуна негативний та (або) північного магнітного полюса на південний ніяк не вплине на результат: магнітне поле взагалі не діє на нерухомі електричні заряди.

Середній рівень

Чи можна зробити смуговий магніт так, щоб на кінцях його були однойменні полюси?

Як спрямовані лінії магнітного поля Землі – з півночі на південь чи з півдня на північ?

Залізна тирса, притягнувшись до полюса м-та, утворюють пензлів, що розходяться. Чому?

Чому сталеві смуги та рейки, що лежать на складах, через деякий час виявляються намагніченими?

На дно скляної пляшки впала залізна шпилька. Як можна вийняти шпильку, не перекидаючи пляшки та не опускаючи всередину її будь-яких предметів?
Змішані на підлозі майстерні залізна і цинкова тирса знадобилося відокремити один від одного. Як це найшвидше зробити?
У чому виявляється магнітна діяелектричного струму?
Яким чином можна знайти наявність у просторі магнітного поля?
На підлозі лабораторії під шаром лінолеуму прокладено прямий ізольований провід. Як визначити місцезнаходження дроту та напрямок струму в ньому, не розкриваючи лінолеуму?

Як переконатися, що котушка зі струмом має полюси – північний і південний? Де вони знаходяться?

Достатній рівень

До південного полюса магніту притяглися дві сталеві шпильки (рис 11.6). Чому їх вільні кінці відштовхуються? Поясніть свою відповідь.

До полюсів двох абсолютно однакових магнітів притягнулося цвяхом (рис 11.7). Однак якщо привести обидва полюси в дотик, цвяхи відразу відпадуть. Чому?

До північного полюса прямого магніту притягнувся ланцюжок гвоздиків (рис 11.8). Що станеться, якщо на цей магніт покласти інший так, щоб над північним полюсом опинився Південний полюс?

Накресліть (приблизно) розташування кількох ліній магнітного поля для двох магнітів, які розташовані так, як показано на малюнку 11.9.

Намагнічена сталева голка (рис 11.10), встромлена в пробку, плаває на поверхні води. Чи можна змусити переміщатися такий поплавець, наближаючи до нього залізний предмет, що не намагнічує? Поясніть свою відповідь.

По дроту (рис 11.11) йде електричний струм. У якому напрямі повернеться магнітна стрілка, поміщена до точки А? У точку С?

У якому напрямі треба пропустити струм провідником АВ (рис 11.12), щоб магнітна стрілка SN повернулася північним полюсом до спостерігача?

По витку дроту (рис 11.13) йде електричний струм. У якому напрямі повернеться магнітна стрілка, поміщена до точки А? У точку С?

Як повернеться магнітна стрілка поблизу дроту, якщо по дроту пропустити досить сильний електричний струм? Розгляньте два випадки: а) провід проходить над стрілкою (рис 11.14); б) провід проходить під стрілкою (рис. 11.15). S

Вкажіть напрямок електричного струму в котушці (рис. 11.16).

Високий рівень

Уявіть собі, що Земля втратила своє магнітне поле. Які це спричинило б наслідки? Як ви оцінюєте існування у Землі магнітного поля – позитивним для життя на нашій планеті чи негативним?

Є два однакових сталевих стрижнів, один з яких намагнічений сильніше за інший. Як знайти цей стрижень?

Смужний магніт розділили на дві рівні частини та отримали два магніти. Чи надаватимуть ці магніти таку ж дію, як і цілий магніт, з якого вони виготовлені?

Сталева, добре відполірована куля має ідеально. круглу форму. Чи можна намагнітити цю кулю?

До середини сталевої смуги піднесли магнітну стрілку. Стрілка притяглася до смуги. Чи можна стверджувати, що сталева смуга намагнічена?

Коли компасу наблизили ножиці, стрілка компаса відхилилася. Чи можна стверджувати, що ножиці були попередньо намагнічені?

Чи діятиме магніт на магнітну стрілку, якщо між ними помістити руку? Алюмінієвий лист? Залізний лист?

Намагнічений сталевий стрижень та ненамагнічений залізний мають однаковий зовнішній вигляд. Як визначити, який стрижень намагнічений, а який – ні, не користуючись приладами?

Чому магніти при зберіганні замикають залізними якорями?

До чого призведе постукування намагніченим цвяхом або його струшування, якщо зовнішнє магнітне поле відсутнє? Домашнє завдання. Відповісти на питання високого рівня, вирішувати практичну частину. Вирішіть кросворд.

По горизонталі:

1. Сила, що тече у кожному з двох нескінченно довгих паралельних провідників, що знаходяться на відстані 1 м один від одного, яка викликає силу в Н, що діє на кожний метр довжини провідника? 2. Якими зарядами створюється магнітне поле? 3. Кінець стрілки, спрямований на Північний полюс Землі? 4. Чим визначається магнітна індукція? 5. Одноіменні полюси магнітів… . 6. Як існує магнітне поле та електричний струм? 7. Різноманітні полюси… . 8. Феромагнетик з великою площеюпетлі гістерези називають… . 9. Речовини, у яких магнітна проникність. 10. Полюс магніту, куди входять лінії магнітної індукції? 11. Тіло, виготовлене зі спеціальних сортів сталі, міцно зберігає свою намагніченість після видалення його з зовнішнього поля, Т. е. стає якимось магнітом? 12. Речовина, що намагнічується під впливом зовнішнього магнітного поля? 13. Поле, з якого здійснюється взаємодія електричних струмів.

По вертикалі:

1. Поле, вектори індукції якого у всіх точках поля однакові за модулем та напрямом. 2. Магнітні полюсиіснують… 3. Невелике фізичне тілоподовженої форми, поміщене вістря. 4. Магнітні силові лінії. 5. Кінці магніту. 6. Поле всередині соленоїда. 7. Речовини, у яких магнітна проникність. 8. Поле, лінії індукції якого завжди замкнуті. 9. Характеризує магнітну індукцію. 10. Величина, що характеризує магнітне поле у ​​будь-якій точці простору. 11. Першим виявив магнітне поле. 12. Якщо атоми тіла мають сильні поляі розташовані впорядковано, їх поля взаємно посилюються. Назвіть ці тіла. 13. Сильне магнітне поле, яке відкидає заряджені частинки, що влітають до нього. 14. Якщо магніт нерухомий, то індукція у цій точці залишається… . 15. Поле, лінії індукції якого завжди замкнуті.

Опишіть використання магнітів та магнітних полів у медицині.

Магнітотерапія

Застосування магнітних полів у медицині

Постійний очний магніт

Очний електромагніт

Магнітний запис звуку та зображення

Подивимося, чи однакові магнітні властивості природного чи штучного магніту у різних точках його поверхні. Візьмемо залізну кульку, укріплену на одному кінці слабкої спіральної пружинки. Доторкнемося цією кулькою до якогось місця магніту, а потім відриватимемо кульку, розтягуючи пружинку (рис. 195). Розтяг пружинки в момент відриву кульки дає нам наочне уявлення про ту силу, яка необхідна, щоб подолати тяжіння кульки до цього місця магніту. Виявляється, що в одних точках - у кінці магніту, - для того щоб відірвати кульку, потрібно досить значне зусилля, а в інших точках - у середини магніту - кулька майже не притягується до неї. З цієї ж причини, якщо завантажити магніт в залізна тирсаі потім вийняти його, ми побачимо, що тирса пристає у вигляді густої «бороди» до кінців магніту і не пристає до його середини (рис. 196).

Мал. 195. У середини магніту сила тяжіння мала, в кінці його – велика. Про це можна судити з розтягування пружини в момент відриву залізної кульки від магніту

Мал. 196. Залізна тирса пристає у вигляді «бороди» до кінців магніту і не пристає до його середини

Ті частини поверхні магніту, у яких тяжіння залізних предметів проявляється помітним чином, називають полюсами магніту, та частина поверхні магніту, у якій сили тяжіння не виявляються чи дуже слабкі, називається нейтральною зоною магніту.

Зазвичай штучним магнітам надають вигляду смуги - прямої або підковоподібної (рис. 197). Такі магніти майже завжди мають два полюси на кінцях смуги та нейтральну зонуміж ними. Можна, проте, намагнітити шматок стали те щоб він мав не 2, а 4, 6, ... полюсів, розділених нейтральними зонами. Але, що особливо важливо відзначити, ніколи не вдається одержати магніт з непарним числом полюсів. Зокрема, неможливо отримати магніт із одним полюсом.

Мал. 197. Звичайні форми постійних смугових магнітів: а) пряма; б) підкова. При зберіганні кінці магніту з'єднують залізним бруском (якорем), щоб захистити магніти від розмагнічування

Співвідношення між розмірами, полюсних областей та нейтральної зони залежить від форми магніту.

Якщо виготовити магніт у вигляді дуже довгого і тонкого стрижня, то полюсні області його зводяться майже до точок, що лежать в кінці магніту, а решта поверхні являє собою нейтральну зону. Подібний подовжений магніт можна назвати магнітною стрілкою. Часто магнітній стрілці надають вигляду витягнутого ромба (рис. 198). Якщо таку стрілку підвісити або зміцнити на вістрі так, щоб вона могла вільно обертатися, вона завжди встановлюється так, щоб один з її полюсів був звернений на північ, а інший на південь; так само орієнтується і будь-який магніт, підвішений на тонкій нитці, що легко закручується. Той полюс магніту, що повертається на північ, називають північним полюсом, а інший полюс – південним.

Мал. 198. Магнітні стрілкиу вигляді витягнутого ромба: зліва – підвішена на нитці, праворуч – укріплена на вістря

Магнітні стрілки особливо зручні для виявлення магнітних властивостейприродного чи штучного магніту. Наближаючи до стрілки магніт, побачимо, що її північний полюс притягується до південного полюса магніту і відштовхується від північного (і навпаки), отже магнітна стрілка під впливом магніту повертається своєї осі. Здатність магніту повертати і притягувати залізні тіла зводиться до таких самих дій: наближення магніту до заліза насамперед намагнічує залізо, т. е. перетворює їх у слабкий магніт, який повертається нашим магнітом і притягується до нього.

За допомогою магнітної стрілки можна легко розрізнити, чи маємо ми справу з ненамагніченим шматком заліза або з магнітом. Підносячи до кінця стрілки магніт, ми викличемо або тяжіння або відштовхування залежно від того, чи зближуються однойменні або різнименні полюси стрілки та досліджуваного магніту. При піднесенні до кінця стрілки заліза ми завжди виявимо тяжіння; найближчий до полюса стрілки кінець заліза завжди намагнічується протилежно до цього полюса; другий, віддалений кінець залізного шматканамагнічується, звичайно, протилежно ближньому кінцю, тобто однойменно з полюсом стрілки, що розглядається, але його взаємодія зі стрілкою буде набагато слабше, і ми виявимо тільки взаємодія різноїменних полюсів, тобто притягнення стрілки до заліза.

113.1. Є сталева спиця. Як дізнатися, чи вона намагнічена, не користуючись нічим, крім цієї спиці?

113.2. Є два сталеві бруски, з яких лише один намагнічений. Як дізнатися, який саме брусок намагнічений, не користуючись нічим, окрім цих брусків?

Узагальнюючий урок на тему « Електромагнітні явища»

Клас: 9
Тип уроку:Урок узагальнення, закріплення знань та вмінь.

Тривалість: 40 хв

Цілі уроку:

Освітня: закріпити вміння застосовувати знання до вирішення якісних та експериментальних завдань;

Розвиваюча: створити умови для розвитку дослідницьких та творчих навичок, навичок спілкування та спільної діяльності;

Виховна: виховувати вміння працювати у групі, почуття відповідальності кожного за свій вибір, трудовий процеста його результат.

Форма організації навчальної діяльності: групова.

Технології:ігрові, дослідні, технології груповий діяльності.

Обладнання:батарейка (4 шт.), шматок ізольованого дроту (4шт.), залізний стрижень (4 шт.), ключ (4 шт.), реостат (4 шт.), залізна тирса, роздатковий матеріалдля учнів.

Підготовка:клас ділимо на чотири команди, вибираємо капітана.

План уроку:

1. Організаційний момент- 1 хв

2. Основний етап – 36 хв

Рішення якісних завдань- 10 хвилин

Розв'язання графічних завдань, групова експериментальна роботаучнів – 10 хв

Подання результатів експерименту – 8 хв

Рішення кросворду – 5 хв

Підбиття підсумків – 3 хв

3. Домашнє завдання – 1 хв

4. Рефлексія -2 хв

Хід уроку:

Організаційний етап.Вітання вчителя.

Кіплінг має чудові рядки:

Є в мене шістка слуг,

Спритних, вдалих.

І все, що я бачу навколо, -

Все я знаю від них.

Вони за моїм знаком

Є у злиднях.

Звати їх: Як і Чому,

Хто, Що, Коли та Де.

Діти, давайте сьогодні на уроці, звернемося до цих слуг.

Основний етап.

Перший тур: вирішення якісних завдань(Додаток 1) .

Пояснення:питання задаємо командам по черзі. На обговорення – 1 хв. За відповідь – 3б. Якщо команда не дає відповіді або відповідає не правильно, суперники можуть відповісти та отримати 1,5 бали.

Другий тур: вирішення графічних завдань(Додаток 2) .

Пояснення:запрошуємо до дошки по одній людині від команди. На виконання завдання 3 хв. За вірне рішення- 5 б. Хто виконає першим правильно, отримує додатково – 0,5 байта. Учень пояснює рішення вчителю. Після цього приєднується до виконання експерименту (третій тур).

Третій тур: вирішення експериментального завдання «Складання найпростішого електромагніту»(Додаток 3) .

Пояснення:команда отримує завдання та виконує його, тоді поки один із представників вирішує біля дошки графічне завдання.

На окремому аркуші вказати назву команди, записати рішення, обов'язково з малюнками, що пояснюють. Після закінчення здати лист вчителю продемонструвати роботу електромагніту. За правильне рішення – 10 байт.

Четвертий тур: рішення кросворду.(Додаток 4) .

У цей час вчитель перевіряє завдання третього туру.

Пояснення:За правильно вгадане слово – 0,5 байта. Чим більше слів розгадаєте, тим більшим є загальний бал за цей конкурс.

Підбиття підсумків.Учні з команди переможців отримують оцінку п'ять за урок, відзначаються хорошими оцінками активні учасникиз інших команд.

Домашнє завдання:повторити будову атома та атомного ядраза курс 8 класу.

Рефлексія.

Вчитель:Діти, скажіть, слуги Кіплінга допомогли нам сьогодні на уроці? Обґрунтуйте свою відповідь.

Можлива відповідь учня:Завдяки цим слугам ми виявили винахідливість та винахідливість, показали свої знання.

Додаток 1.

Якісні питання:

1. Чим відрізняються сталі, які застосовуються для постійних магнітів та електромагнітів?

Відповідь: сталь для постійних магнітів повинна мати великий залишковий магнетизм.

2. Чи можна на Місяці орієнтуватися за допомогою магнітного компасу?

Відповідь: немає магнітного поля.

3. Чому залізна тирса, притягнувшись до полюса магніту, утворює пензлі, що відштовхуються одна від одної?

Відповідь: Тирса - маленькі магнітики розташовуються вздовж силових ліній магнітного поля.

4. Як за допомогою магнітної стрілки дізнатися чи намагнічена сталева смужка?

Відповідь: треба підносити до одного з полюсів магнітної стрілки по черзі обидва кінці смужки. Якщо один із кінців його відштовхне полюс стрілки, значить смуга намагнічена.

5. Намагнічена спиця розламана поперек осі на дрібні частини. Який з отриманих уламків виявиться намагніченим сильніше – що знаходився ближче до кінців спиці чи середини? Поясніть явище.

Відповідь: усі уламки будуть намагнічені однаково.

6. Якщо піднести кілька разів до години сильний магніт, то показання годинника будуть неправильними. (Іноді лише за кілька днів вони знову відновлюють правильний хід). Як можна пояснити це явище?

Відповідь: сталева пружина та інші сталеві деталі годинника намагнічуються, взаємодіють один з одним, внаслідок чого правильний хід годинника порушується.

7. Чому зручно користуватися намагніченою викруткою?

8. Чому магніти розмагнічуються, якщо їх зберігати складеними однойменними полюсами?

9. При зберіганні прямих магнітів їх полюси замикають залізними якорями. Чому це захищає магніти від розмагнічування?

Додаток 2.

Графічні завдання:

1. Через соленоїд (котушка з одношаровим намотуванням дроту) пропускають струм (рис. 89). Визначте полюси котушки.

Відповідь: у кінця А – південний полюс.

2. Які полюси виходять на кінцях електромагніту, зображеного на малюнку 93?

Відповідь: обидва полюси південні.

3. Намотка котушки А (рис. 92) зроблена по ходу годинникової стрілки, а котушки В - проти ходу годинникової стрілки. Чи однакові полюси мають ліві кінці електромагнітів?

Відповідь: однакові – південні.

4. Чи намагнітиться однорідний шматок заліза, якщо пустити струм через котушку, намотану так, як зображено на малюнку 185?

Відповідь: так, на кінцях будуть однойменні полюси.

Додаток 3.

Експериментальне завдання:

Вам дано батарейку, шматок ізольованого дроту, залізний стрижень, ключ, реостат, залізну тирсу. Зробіть найпростіший електромагніт і подивіться, як він діє. Де у вашого електромагніту полюси? Як ви їх визначили? Перевірте за допомогою магнітної стрілки, на якому кінці електромагніту утворюється північний полюс, на якому південний. Чи можна поміняти місцями полюси? Як це зробити? Чи можна регулювати підйомну силу електромагніта? Як?

Додаток 4.Розгадайте кросворд.

Слова по горизонталі повинні означати: 1. Вчений, який вперше виявив взаємодію електричного струму з магнітною стрілкою. 2. Місце магніту, де спостерігається найсильніша магнітна дія. 3. Пристрій, що працює на слабких струмах, за допомогою якого можна керувати ланцюгом, сила струму в якій велика. 4. Російський фізик, який побудував перший електродвигун; телеграфний апарат друкує літери. 5. Тіла, тривалий часщо зберігають намагніченість. 6. Англійський фізик, який відкрив явище електромагнітної індукції. 7. Спеціальний пристрій в обмотці якоря для автоматичного зміни напряму струму. 8. Вчений, який пояснив намагніченість заліза та сталі електричними струмамиякі циркулюють всередині кожної молекули цих речовин. 9. Прилад, що служить для орієнтації біля, основною частиною якого є магнітна стрілка. 10. Пристрій, у якому механічна енергіяперетворюється на електричну. 11. Довга циліндрична котушка з деякого числа витків дроту намотаного по гвинтовій лінії. 12. Приймач струму, який служить для перетворення електричної енергіїу механічну. 13. Речовина, з якої виготовляють постійні магніти.

Якщо всі слова відгадані правильно, то у виділених клітинах по вертикалі вийде слово, що означає котушку проводів із залізним сердечником всередині.

Відповіді. 1. Ерстед. 2. Полюс. 3. Реле. 4. Якобі. 5. Магніт. 6. Фарадей. 7. Колектор. 8. Ампер. 9. Компас. 10. Генератор. 11. Соленоїд. 12. Електродвигун. 13. Сталь.