Действие магнитного поля на проводник с током. Л.р.№1

 «Только кухарка прибавляет соли на глаз,

а физики должны все рассчитывать»

П.Л. Капица

В данной теме разговор пойдёт о том, какое же действие оказывает магнитное поле на проводник с током. В конце урока, для закрепления полученных знаний, будет проведена лабораторная работа по наблюдению действия магнитного поля на ток.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток. Для количественного описания магнитного поля вводится физическая величина, называемая.

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

Магнитное поле — это вихревое поле, т.е. линии индукции магнитного поля замкнуты. Замкнутость линий говорит нам о том, что магнитных зарядов в природе не существует, источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.

Опыты Ампера показали, что два проводника притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления тока в них. Это объясняется тем, что сила, которую испытывает каждый из проводников, обусловлена магнитным полем, создаваемым током другого проводника.

Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле.

Действительно, расположим проводник с током так, чтобы только один его прямолинейный участок оказался в сильном магнитном поле (например, между полюсами подковообразного магнита), а остальные части цепи находились в областях пространства, где магнитное поле слабое и его действием на эти части цепи можно пренебречь.

Как показывают многочисленные опыты, проводник может двигаться влево или вправо, вверх или вниз, в зависимости от направления тока и от расположения полюсов магнита. Но если проводник расположить вдоль направления магнитного поля, то никакие силы на него действовать не будут.

Закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника с током в магнитном поле, был установлен в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампером, поэтому эту силу называют силой Ампера.

От чего зависит сила Ампера?

Возьмем свободно подвешенный горизонтальный проводник и поместим его в поле постоянного подковообразного магнита. Поле такого магнита в основном сосредоточено между его полюсами, поэтому магнитная сила действует только на часть проводника, расположенную непосредственно между полюсами.

Сила измеряется с помощью специальных весов, связанных с проводником двумя стержнями. Она будет направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.

Если увеличить силу тока в 2 раза, то можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличится в 2 раза. Если же добавить еще один такой же магнит, то в 2 раза увеличится размер области существующего магнитного поля,  и тем самым в 2 раза увеличится длина той части проводника, на которую это поле будет действовать. Сила при этом также увеличится в 2 раза

.

Как и любая другая сила, сила Ампера будет зависеть от угла образованного вектором магнитной индукции с проводником.

Таким образом, максимальная сила, действующая на отрезок проводника с током, прямо пропорциональна произведению силы тока на длину участка проводника:

Этот опытный факт можно использовать для определения модуля вектора магнитной индукции. Действительно, поскольку сила прямо пропорциональна произведению силы тока и длины участка проводника, то их отношение не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника, на которое действует магнитное поле. Именно поэтому это отношение можно принять за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен участок проводника, на который это магнитное поле действует. Именно, к такому выводу пришли, независимо друг от друга, Андре-Мари Ампер и Доминик Франсуа Жан Араго в начале 19 века.

Таким образом, модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого отрезка.

Вектор магнитной индукции полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке магнитного поля можно определить его направление и модуль.

Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Сила Ампера равна произведению модуля силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями вектора магнитной индукции и тока.

Это выражение еще называют законом Ампера. Им можно пользоваться только тогда, когда длина проводника такова, что

индукция во всех точках проводника может считаться одинаковой, но если магнитное поле однородно, то длина проводника может быть любой, но при этом проводник целиком должен находиться в магнитном поле.

Направление силы Ампера можно определить, пользуясь правилом  левой руки: руку располагают так, чтобы нормальная составляющая магнитной индукции входила в ладонь, четыре вытянутых пальца были направлены по току; тогда отогнутый на 90⁰ большой палец укажет направление действующей на проводник силы Ампера.

Силы, действующие на проводник с током в магнитном поле, широко используются в технике. Электродвигатели и генераторы, телефоны и микрофоны — во всех этих и множестве других приборах используется взаимодействие токов, токов и магнитов и т.

д.

Разберемся с принципом работы громкоговорителя, который является одним из самых знаменитых изобретений ХХ века. Именно его появление (наряду с микрофоном) обеспечило возможность развития систем звукозаписи и звуковоспроизведения. В настоящее время громкоговорители относятся к самым массовым видам звуковой аппаратуры (по приблизительным подсчетам их промышленный выпуск достигает 500 млн. штук в год). От качества звучания громкоговорителей в значительной степени зависит качество звука в системах звукоусиления, радиовещания, телевидения, звукозаписи и домашнего воспроизведения. Именно поэтому исследованием физических процессов преобразования звука в громкоговорителях, созданием их математических моделей и алгоритмов, программных продуктов для их расчета и проектирования занимаются десятки университетов и научных центров, а производством — сотни крупнейших фирм.

Громкоговоритель — это прибор, который служит для возбуждения звуковых волн под действием переменного электрического тока, меняющегося со звуковой частотой. Иными словами, громкоговоритель применяется для преобразования электрических колебаний в звуковые.

История устройства, преобразующего энергию электрического сигнала в энергию звукового поля, началась в конце 19 века, задолго до появления усилителей мощности. В 1849 году на Кубе изобретатель итальянского происхождения Антонио Меуччи сконструировал, как он говорил, «Говорящий телеграф». Однако данное устройство он не смог запатентовать из-за достаточной бедности.

26 октября 1861 года преподаватель физики Фридрихсдорфского института Иоганн Филипп Рейс продемонстрировал самодельный аппарат, который назвал «музыкальным телефоном»

. Но его изобретение было недостаточно чувствительным: хорошо передавались лишь громкие звуки музыкальных инструментов, а вот человеческую речь было слышно плохо. Изобретением Рейса заинтересовались и знаменитый Томас Эдисон, и тогда еще малоизвестный Александр Белл.

В 1874 году немецкий инженер Эрнст Вернер фон Сименс, основатель компании Siemens, описал магнитоэлектрический аппарат, в котором круглая катушка с намотанной проволокой располагается в радиальном магнитном поле со специальной поддержкой для обеспечения возможности вертикального смещения. Он указал тогда, что этот двигательный механизм может использоваться для получения звука, но не продемонстрировал это на практике.

В 1876 году американский ученый Александр Белл запатентовал телефон и продемонстрировал его звучание с использованием преобразователя очень похожего типа.

Когда, в 1876 г. американские газеты сообщили об изобретении телефона Александром Беллом, Меуччи заподозрил, что у него просто украли идею, и подал в суд на «Вестерн Юнион». После многолетней тяжбы он все-таки выиграл процесс. Но к тому времени патент на изобретение уже истек, и итальянец смог получить разве что моральное удовлетворение. Только 11 июня 2002 года Конгресс США вынес решение о том, что именно Меуччи, а не Белл, является изобретателем телефона.

В 1915-1918 гг. эти разработки продолжили инженеры фирмы Белла, и вскоре на улицах городов появились первые рупорные громкоговорители.

Но диапазон частот у этих устройств был очень узким. Выход нашли американцы Честер Рейс и Эдвард Келлог из компании «Дженерал электрик». В 1924 г. они сконструировали электродинамический излучатель, в котором диафрагма могла работать в диапазоне выше своей резонансной частоты. Уже через два года это устройство появилось в промышленных громкоговорителях Radiola Model 104, а также в радиоприемнике Radiola 28. В 1927 г. в конструкции головки громкоговорителя появился постоянный магнит, что способствовало улучшению качества звука.

Интересно отметить, что почти одновременно работы по созданию электродинамических громкоговорителей велись и в России. В 1923 году в Петрограде была создана Центральная радиолаборатория, позднее переименованная в Институт радиовещательного приема и акустики. С первых дней создания в ИРПА проводились разработки громкоговорителей. В 1926 году был создан электромагнитный громкоговоритель «Рекорд» и электромагнитный рупорный уличный громкоговоритель ТМ, которые начали выпускаться на заводе им. Кулакова. Уже в 1930-32 годах были созданы первые мощные громкоговорители для звукоусиления на Красной площади в Москве (мощностью 100 Ватт). С тех пор акустические системы претерпели массу изменений, но принцип их работы до сих пор остается все тем же.

Устройство громкоговорителя.  У громкоговорителя есть подвижная и неподвижная части, которые и образуют его функциональную систему.

Подвижную часть, закрытую пылезащитным колпачком, называют диффузором. Он создает механические колебания — вибрацию воздуха, который мы воспринимаем как звук, и чем больше площадь соприкосновения подвижной части с воздухом, тем сильнее будет излучаемый звуковой сигнал.

За диффузором располагается центрирующая шайба, в которой находится электромагнитная катушка. Она влияет на мощность звука и его качество. Каркас такой катушки изготавливают из плотной бумаги или медной, или алюминиевой фольги и прикрепляют к диффузору с тыльной стороны. Выводы катушки подключаются к выходному каскаду усилителя звуковой частоты.

Эта катушка (еще ее называют звуковой) имеет свободный ход на металлическом стержне, расположенном в магнитном поле мощного постоянного магнита, кольцевой формы, который крепится к корзине. При прохождении через обмотку звуковой катушки усиленного звукового сигнала, создается переменное электромагнитное поле, которое суммируется воедино витками намотанного на каркас провода и взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.

В зависимости от силы поступаемого на обмотку электрического сигнала, прочно прикрепленная к диффузору катушка приводит диффузор в колебательные движения, который возбуждает окружающий его воздух, образовывая направленную звуковую волну.

Высококачественные громкоговорители воспроизводят звуковые колебания в диапазоне от 20 до 20000 Герц. Но такие устройства довольно сложны. Чаще применяют системы из нескольких громкоговорителей с разделёнными диапазонами воспроизведения звука. Это улучшает слышимое качество звука и перераспределяет электрическую и механическую нагрузку между динамиками, увеличивая общую громкость воспроизведения. Для домашних условий вполне достаточной может быть мощность около 1–5 электрических ватт. Для вечеринки — около 20–100 ватт. Небольшой актовый зал или дискотека – 300–500 ватт. И далее по возрастающей. Общим недостатком всех громкоговорителей является малый КПД — 1-3 %. Но и этих процентов на практике хватает для слушания музыки, речи и других звуков окружающего нас мира.

Лабораторная работа №1. Наблюдение действия магнитного поля на ток.

Цель работы: наблюдение действия магнитного поля на проводник с током.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, реостат, ключ, источник постоянного тока, соединительные провода, дугообразный магнит и, конечно же, проволочный моток.

Ход работы:

1. Необходимо подвесить проволочный моток к штативу, предварительно присоединив его к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. Предварительно ключ должен быть разомкнут, а движок реостата должен быть установлен на максимальное сопротивление. Начертите схему.

2 .Замкните цепь и расположите магнитную стрелку под мотком, определите полярность магнитного поля мотка.

3. Поднесите к висящему мотку магнит и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение мотка. Сделайте рисунок.

4. Ответьте на вопросы:

Каково направление тока в мотке?

Каково направление магнитного поля мотка?

И каково направление магнитного поля магнита?

5. Поменяйте направление тока в мотке и опять пронаблюдайте за его движением. Сделайте соответствующий рисунок, и ответьте на вопросы из предыдущего пункта.

Сделайте самостоятельно выводы по данной теме.

Видеоуроки. Физика. 11 класс

ВИДЕОУРОКИ ПО ФИЗИКЕ

7 класс
8 класс
9 класс  
10 класс
11 класс

Магнитное поле
Магнитное поле, его свойства
Магнитное поле постоянного электрического тока
Действие магнитного поля на проводник с током
Действие магнитного поля на движущийся в нем заряд
Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике. Амперметр, телеграф, электромагниты, масс-анализаторы

Электромагнитная индукция
Явление электромагнитной индукции
Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции
Вихревое электрическое поле
Движение проводника в магнитном поле
Самоиндукция. Индуктивность
Энергия магнитного поля
Генерация электрического тока
Передача электроэнергии на расстояние
Трансформатор
Электромагнитное поле

Электромагнитные колебания и волны
Свободные электромагнитные колебания в контуре
Вынужденные электромагнитные колебания. Электромагнитные колебания в контуре — источник радиоволн
Теория Максвелла
Электромагнитные волны. Опыты Г. Герца. Изобретение радио А. Поповым
Принцип радиотелефонной связи. Простейший радиоприемник. Радиолокация. Понятие о телевидении. Развитие средств связи
Шкала электромагнитных волн (низкочастотные излучения и радиоволны вплоть до инфракрасного излучения). Общие свойства волн

Оптика
Природа света. Скорость света
Законы геометрической оптики
Практическая работа по теме «Определение показателя преломления стекла»
Линзы
Построение изображения в линзах
Решение задач по теме «Формула тонкой линзы»
Световые волны. Интерференция
Световые волны. Интерференция
Поляризация света
Дифракция света
Практическая работа по теме «Наблюдение интерференции и дифракции света»
Дифракция. Поляризация
Цвет. Дисперсия
Решение задач по теме «Оптика»

Квантовая физика
Квантовая гипотеза Планка
Формула Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта
Опыты А.Столетова. Явление фотоэффекта
Давление света. Опыты Лебедева
Корпускулярно-волновой дуализм. Фотоны

Атомная физика
Трудности планетарной модели атома Резерфорда. Модель водородоподобного атома Н. Бора
Применение постулатов Н.Бора для объяснения линейчатых спектров атомов. Спектральный анализ.
Решение задач по теме «Модель атома Н. Бора»
Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Корпускулярно-волновой дуализм микромира
Решение задач на основное уравнение корпускулярно-волнового дуализма микромира
Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Два пути развития квантовой механики
Физические основы работы лазеров. Применение лазеров

Физика атомного ядра
Естественная радиоактивность (открытие Беккереля). Состав и свойства радиоактивных излучений
Закон радиоактивного распада. Правила смещения при радиоактивном распаде
Строение атомного ядра. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра. Удельная энергия связи ядер
Ядерные реакции. Выделение и поглощение энергии при ядерных реакциях. Термоядерные реакции синтеза лёгких ядер
Деление ядер урана. Цепные ядерные реакции. Ядерный реактор. Перспективы развития ядерной энергетики
Биологическое действие радиоактивных излучений. Экспозиционная и поглощенная дозы излучения
Элементарные частицы. Античастицы. Кварки
Единая физическая картина мира. Физика и научно-технический прогресс

Подготовка к ЕГЭ
Система физических знаний. Структура заданий ЕГЭ по физике 
Основные понятия кинематики. Скорость. Средняя скорость.Относительная скорость. Сложение перемещений и скоростей
Решение задач повышенной сложности на равномерное движение
Ускорение. Нормальная и тангенциальная составляющие ускорения
Графический способ описания движений
Задачи на движение с ускорением свободного падения
Задачи повышенной сложности на равнопеременное движение  
Равномерное движение по окружности  
Равнопеременное движение. Законы и уравнения
Уравнения кинематики прямолинейного движения тела с ускорением свободного падения

Динамика
Динамика. Основные понятия и модели  
Силы в механике
Второй закон Ньютона для инерциальных и неинерциальных систем отсчета
Решение задач на движение тел по наклонной плоскости
Решение задач на движение системы связанных тел
Решение задач на движение по окружности (в том числе и на поворотах)
Решение задач повышенной сложности на движение в ИСО
Закон всемирного тяготения. Движение планет и спутников
Решение задач повышенной сложности на движение в НСО
Решение задач на равнопеременное движение в проекциях на координатные оси

открытых учебников | Siyavula

Загрузите наши открытые учебники в различных форматах, чтобы использовать их так, как вам удобно. Нажмите на обложку каждой книги, чтобы увидеть доступные для загрузки файлы на английском и африкаанс. Лучше, чем просто бесплатные, эти книги также имеют открытую лицензию! См. различные открытые лицензии для каждой загрузки и пояснения к лицензиям в нижней части страницы.

Математика

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • 7A PDF (CC-BY-ND)
        • 7B PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • 7A PDF (CC-BY-ND)
        • 7B PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • 8A PDF (CC-BY-ND)
        • 8B PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • 8A PDF (CC-BY-ND)
        • 8B PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • 9A PDF (CC-BY-ND)
        • 9B PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • 9A PDF (CC-BY-ND)
        • 9B PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)

Наука

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY-ND)
        • ePUB (CC-BY)

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • Класс 7А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Класс 7Б

        • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • Граад 7А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Граад 7Б

        • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • Класс 8А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Класс 8Б

        • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • Граад 8А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Граад 8Б

        • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • Класс 9А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Класс 9Б

        • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • Граад 9А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Граад 9Б

        • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • Класс 4А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Класс 4Б

        • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • Граад 4А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Граад 4Б

        • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • Класс 5А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Класс 5Б

        • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • Граад 5А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Граад 5Б

        • PDF (CC-BY-ND)
• • Читать онлайн

  • Учебники

  • Пособия для учителей

    • Английский

      • Класс 6А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Класс 6Б

        • PDF (CC-BY-ND)

    • Африкаанс

      • Граад 6А

        • PDF (CC-BY-ND)

      • Граад 6Б

        • PDF (CC-BY-ND)

Лицензирование наших книг

Эти книги не только бесплатны, но и имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (фирменные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий. Вы можете копировать, распечатывать и распространять их столько раз, сколько захотите. Вы можете загрузить их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственное ограничение заключается в том, что вы не можете каким-либо образом адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, логотипы спонсоров и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите сайт Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без торговой марки)

Эти версии одного и того же контента без торговой марки доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, преобразовывать, изменять или развивать их любым способом, при этом единственным требованием является предоставление соответствующей ссылки на Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Сила, воздействующая на токоведущий провод — задание

(0 оценок)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 11 (10-12)

Необходимое время: 30 минут

Расходные материалы Стоимость/группа: 22 доллара США

(Стоимость включает резистор, батарею 6 В, провода и зажимы типа «крокодил», которые могут быть у вас, но могут потребовать более частой замены.)

Размер группы: 3

Зависимость от деятельности:

Да прибудет с вами магнетическая сила

Предметные области: Физика

Ожидаемые характеристики NGSS:

HS-PS3-5

---

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

Учащиеся используют простую экспериментальную установку, состоящую из провода с током и магнита, для изучения сил, обеспечивающих получение биомедицинских изображений. При этом они пропускают ток через провод, а затем держат магниты в различных положениях, чтобы установить и исследовать магнитную силу, действующую на провод. Они двигают магниты и меняют ток в проводе, чтобы исследовать, как меняется сила. Студенты применяют то, чему они научились во время эксперимента, чтобы создать безопасную рабочую среду вокруг аппаратов МРТ.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Аппарат МРТ использует магнитную силу для получения изображений человеческого тела. В лаборатории мы исследуем эту магнитную силу и ее свойства. В оценочных вопросах 4 и 5 учащимся предлагается применить то, что они узнали во время эксперимента, для создания безопасной среды вокруг аппаратов МРТ, и именно такие вопросы инженеры рассматривают в создаваемых ими продуктах.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

• Предсказать и проверить направление магнитной силы на проводе с током.
• Предсказать и проверить эффекты переключения направления тока в проводе.

Образовательные стандарты

Каждый TeachEngineering урок или занятие связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www. achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
ГС-ПС3-5. Разработайте и используйте модель двух объектов, взаимодействующих через электрические или магнитные поля, чтобы проиллюстрировать силы между объектами и изменения энергии объектов в результате взаимодействия. (9 класс- 12) Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика	Ключевые дисциплинарные идеи	Концепции поперечной резки
Разработать и использовать модель на основе фактических данных для иллюстрации отношений между системами или между компонентами системы. Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!	Когда два объекта, взаимодействующие через поле, меняют относительное положение, энергия, хранящаяся в поле, изменяется. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!	Причинно-следственные связи могут быть предложены и предсказаны для сложных природных и созданных человеком систем путем изучения того, что известно о механизмах меньшего масштаба внутри системы. Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология

• Медицинские технологии включают в себя профилактику и реабилитацию, вакцины и фармацевтические препараты, медицинские и хирургические процедуры, генную инженерию и системы, в рамках которых обеспечивается защита и поддержание здоровья. (Оценки 9- 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Оцените, как сходства и различия между научными, математическими, инженерными и технологическими знаниями и навыками способствовали разработке продукта или системы. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписывайся

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Список материалов

Каждой группе нужно:

• компас
• постоянный магнит
• лабораторный стенд
• малярная лента
• Аккумулятор для фонаря 6 В
• Резистор 1 Ом 20 Вт
• 3 провода с зажимами типа «крокодил»
• алюминиевая фольга
• Сила на токоведущем проводе Раздаточный материал, по одному на учащегося

Рабочие листы и вложения

Сила на токоведущем проводе Раздаточный материал (pdf)

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/van_mri_act_less_2], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Урок средней школы

Изменение полей

Учащиеся индуцируют ЭДС в катушке провода с помощью магнитных полей. Учащиеся рассматривают векторное произведение по отношению к магнитной силе и знакомят с магнитным потоком, законом индукции Фарадея, законом Ленца, вихревыми токами, ЭДС движения и ЭДС индукции.

Изменение полей

Урок средней школы

Да пребудет с вами магнитная сила

После демонстрации отклонения электронного луча учащиеся повторяют свои знания о перекрестном произведении и правиле правой руки с примерами задач. Учащиеся применяют эти понятия, чтобы понять магнитную силу на проводе с током. Посредством связанной деятельности учащиеся продвигают…

Да прибудет с вами магнетическая сила

Урок средней школы

Закон Ампера

Демонстрация в классе знакомит учащихся с силой между двумя петлями с током, сравнивая притяжение и отталкивание между петлями с силой между двумя магнитами. После лекции по закону Ампера (включая несколько примеров и задач) студенты начинают использовать понятия для расчета магнитного…

Закон Ампера

Урок средней школы

Брошен для токовой петли: крутящий момент и энергия в магнитном поле

Студенты начинают сосредотачиваться на крутящем моменте, связанном с токопроводящей петлей в магнитном поле. Они решают примеры задач всем классом и используют диаграммы для визуализации векторного произведения. Кроме того, студенты учатся вычислять энергию этой петли в магнитном поле.

Брошенный для токовой петли: крутящий момент и энергия в магнитном поле

Введение/Мотивация

До сих пор в классе мы узнали, что аппараты МРТ используют магнитную силу для создания изображений человеческого тела. Чтобы решить Большую задачу безопасности МРТ (как представлено в разделе), мы должны теперь начать понимать влияние такой магнитной силы. На уроке мы узнали, что магнитное поле воздействует на провод с током. Эта лаборатория помогает нам увидеть и почувствовать эту силу на проводе с током. После этого упражнения вы начнете рассматривать воздействие аппарата МРТ на металлические предметы, что может повлиять на безопасность медицинского персонала и пациентов.

Процедура

Перед занятием

• Соберите материалы и сделайте копии раздаточного материала «Сила на проводе с током».
• Установите лабораторные штативы с лентой из фольги, батареей 6 В и резистором 1 Ом, соединенными последовательно зажимами типа «крокодил», как показано на рис. 1.

Рисунок 1. Настройка активности.

авторское право

авторское право © 2006 Эрик Аппельт, Университет Вандербильта

Со студентом — Начальные мысли

Предложите учащимся обдумать и ответить на следующие предварительные вопросы, приведенные в раздаточном материале.

1. Рассмотрим положительный ток, движущийся слева направо. Нарисуйте четыре диаграммы, показывающие магнитное поле, ориентированное вверх, вниз, внутрь страницы и наружу страницы, со стрелками, указывающими силу, действующую на провод.
2. Найдите ток, протекающий по проводу, подключенному к батарее 6 В и резистору сопротивлением 1 Ом. Затем найдите величину магнитной силы на проводе длиной 1 см, если напряженность магнитного поля равна 1000 Гс, а ток и поле ориентированы в любом из положений на только что нарисованных диаграммах.

Со студентами — Процедура

Разделите класс на группы по два-четыре ученика в каждой. Раздайте материалы. Затем попросите студентов следовать этой процедуре, которая представлена ​​в раздаточном материале.

1. Используйте компас, чтобы определить направление магнитного поля в вашем постоянном магните, и используйте малярную ленту, чтобы отметить это направление на вашем магните.
2. Прикрепите 2 зажима типа «крокодил» к верхней части лабораторных стоек с помощью липкой ленты, как показано на схеме (та же схема, что и на рис. 1).
3. Отрежьте от листа очень тонкую ленту из алюминиевой фольги и прикрепите ее к обоим зажимам на верхней части лабораторных стоек.
4. Замкните цепь, как показано на схеме, так, чтобы условный ток протекал слева направо.
5. С помощью постоянного магнита попробуйте создать поле рядом с проводом в каждой из четырех нарисованных вами ориентаций и обратите внимание на поведение проволоки в каждой ориентации.
6. Поменяйте местами соединения с положительной и отрицательной клеммами аккумулятора и повторите предыдущий шаг.

В заключение поручите учащимся ответить на пять вопросов в конце раздаточного материала.

Оценка

 Оценка после занятия:  По завершении лабораторной работы попросите учащихся ответить на пять вопросов в конце раздаточного материала «Сила на токоведущем проводе», чтобы применить полученные знания к Большому заданию по безопасности МРТ и к рисованию инженерных соединений. . Просмотрите их ответы, чтобы оценить их понимание предмета.

1. Опишите поведение провода в каждой ориентации и укажите, видели ли вы признаки воздействия силы на провод в ожидаемом направлении.
2. Объясните изменение тока при переключении контактов батареи и как это повлияло на поведение провода.
3. В то время как обычный ток считается движением положительного заряда от более высокого потенциала к более низкому, в действительности отрицательный заряд (электроны) движется от более низкого потенциала к более высокому. Объясните, почему это не должно повлиять на ваши прогнозы или результаты.
4. Как это связано с аппаратом МРТ?
5. Что вы узнали в ходе этого эксперимента о создании безопасной среды вокруг аппарата МРТ?

Авторские права

© 2013 Регенты Университета Колорадо; оригинал © 2006 Университет Вандербильта

Авторы

Эрик Аппельт

Программа поддержки

Программа VU Bioengineering RET, Инженерная школа, Университет Вандербильта

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Национального научного фонда RET №.