cart-icon Товаров: 0 Сумма: 0 руб.
г. Нижний Тагил
ул. Карла Маркса, 44
8 (902) 500-55-04

Видеоурок взаимодействие токов магнитное поле: Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Линии магнитной индукции

Содержание

Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Линии магнитной индукции

Название предмета: «Физика».

Класс: 11

УМК: Физика. 11 класс. /Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин; под.ред. Н.А. Парфентьевой. – М.: Просвещение, 2014.

Уровень обучения: базовый.

Тема урока: «Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Линии магнитной индукции»

Общее количество часов, отведённое на изучение темы: 12

Место урока в системе уроков по теме:

Данный урок является первым в курсе физики 11 класса. Вместе с тем, он является продолжением изучения раздела 10 класса «Основы электродинамики». Обучающиеся уже знакомы с понятием «стационарное электрическое поле». Продолжая изучение электродинамики, им предстоит познакомится со стационарными магнитным полем и изменяющимися со временем магнитным и электрическим полями.

Цель урока: формирование представления обучающихся о магнитном поле как виде материи и его свойствах.

Задачи урока:

  • Дидактическая – создавать условия для усвоения нового учебного материала через проблемно-деятельностный подход.

  • Образовательная – формировать представления о природе магнитных взаимодействий свойствах магнитного поля, линиях магнитной индукции, направлении вектора магнитной индукции.

  • Развивающая – развивать логическое мышление обучающихся при рассмотрении задач на определение направления вектора индукции магнитного поля.

  • Воспитательная – прививать культуру умственной деятельности.

Планируемые результаты.

Обучающиеся должны:

  • понимать механизм взаимодействия между проводниками с током, смысл понятий «магнитное поле», «индукция магнитного поля», «линии магнитной индукции», «вектор магнитной индукции», «однородное и неоднородное магнитное поле» «вихревое поле»;

  • знать свойства магнитного поля;

  • уметь определять направление вектора магнитной индукции по правилу буравчика.

Техническое обеспечение урока:

  1. Компьютер, проектор, экран, документ-камера.

  2. Оборудование по физике: источник питания, реостат, амперметр, катушка на подставке с компасом, ключ, соединительные провода.

Демонстрации: опыта Эрстеда, движения проводника с током в магнитном поле, силовых линий магнитного поля постоянного магнита, магнитного поля прямого тока.

Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока:

  1. Видеоурок «Магнитное поле постоянного электрического тока» http://interneturok.ru/physics/11-klass/bmagnitnoe-poleb/magnitnoe-pole-postoyannogo-elektricheskogo-toka1?chapter_id=7395&book_id=102

  2. Инструкции для вводного инструктажа по теме «Правила техники безопасности в кабинете физики и на уроках физики, при выполнении демонстраций, практических и лабораторных работ».

  3. Карточки-задания.

Содержание урока:

I. Организационный момент (1 мин.). Мобилизующее начало урока («исходная мотивация». Позитивный настрой на урок.

Вводный инструктаж (3 мин). Правила техники безопасности в кабинете физики и на уроках физики, при выполнении демонстраций, практических и лабораторных работ (на перемене роспись учащихся об ознакомлении с правилами по ТБ в журнале по технике безопасности на уроках физики).

II.Актуализация знаний (5 мин.). Основная цель актуализации — посредством воспроизведения ранее полученных знаний подготовить почву для активного усвоения нового материала.

Вопросы на слайде (слайды №2, №3):

  1. Что означают выражения «частица обладает электрическим зарядом», «тело обладает электрическим зарядом»?

  2. Что такое «электрическое поле»?

  3. По каким свойствам можно обнаружить электрическое поле?

  4. Как объяснить взаимодействие двух покоящихся точечных зарядов или заряженных тел?

  5. По какой формуле рассчитывается сила взаимодействия между точечными зарядами?

  6. Какая физическая величина является основной силовой характеристикой электрического поля?

  7. Как рассчитывается напряжённость электрического поля?

III. Изучение нового материала.

1.Краткая историческая справка о развитии учения магнитного поля (слайд №4).

2.Итак, неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле. Движущиеся заряды создают магнитное поле. Вокруг любого магнита существует магнитное поле. В 1820 году Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током (проведение демонстрационного эксперимента №1. Опыт Эрстеда). Ампер предложил, что «магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены множеством круговых токов, циркулирующих внутри молекул этих тел».

3. Показ видеоролика «Магнитное поле постоянного электрического тока» http://interneturok.ru. Обучающиеся получают задание законспектировать основные понятия по ходу видеоурока.

4. Проверка конспектов. Обучающиеся выделяют основные понятия (слайд №5).

Магнитными силами называют силы, с которыми проводники с током взаимодействуют друг с другом.

Магнитное полеэто особая форма материи, которая существует независимо от нас и обнаруживается с помощью проводников с током или магнитных стрелок.

Свойства магнитного поля:

    • Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

    • В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (заряженные тела).

    • Магнитное поле материально, т.к. оно действует на тело, следовательно, обладает энергией.

    • Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

    Магнит имеет два полюса: северный и южный, одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

    1. Проведение демонстрационного эксперимента №2. Расположим перед катушкой компас. Замкнём цепь и будем наблюдать за поведением стрелки компаса.

    Вывод: вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое поворачивает стрелку перпендикулярно плоскости витка катушки.

    6. Графическое изображение магнитного поля (слайд №6). Магнитное поле можно изобразить графически при помощи линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направление вектора магнитной индукции.

    Линии магнитной индукции не пересекаются. При изображении магнитного поля с помощью линий магнитной индукции эти линии наносятся так, чтобы их густота в любом месте поля была пропорциональна значению модуля магнитной индукции.

    Характерной особенностью линий магнитной индукции является их замкнутость. Магнитное поле является вихревым.

    7. «Правило буравчика», направление тока и линий его магнитного поля (слайд №7).

    Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

    А как определить направление тока, если мы знаем направление магнитных линий? По тому же правилу. Только изначально бы берем за известный факт не направление движения буравчика, а направление вращения его ручки.

    8. Правило правой руки. В случае, когда мы имеем дело с магнитным полем катушки с током или соленоида, для нахождения направления линий магнитного поля существует правило правой руки.

    Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

    1. Закрепление изученного материала.

    4.1. Вопросы (слайд №8):

    1. Какие взаимодействия называются магнитными?

    2. Каковы основные свойства магнитного поля?

    3. Опишите опыт Эрстеда. Что доказывает опыт Эрстеда?

    4. Что называют линиями магнитной индукции?

    5. Как направлен вектор магнитной индукции?

    6. Что собой представляют линии магнитного поля прямого проводника с током, соленоида?

    7. Какое магнитное поле считают однородным? неоднородным?

    8. Какие поля называют вихревыми?

    9. В чём состоит правило буравчика?

    10. Что можно определить по правилу правой руки?

    4. 2. Самостоятельная работа (карточки-задания см. в приложении):

    1. Рефлексия:

    Какие сведения о магнитном поле вам были известны ранее? Что вы узнали нового на уроке?

    1. Домашнее задание: § 1, стр.10, А14

    Приложение

    «Магнитное поле тока. Вектор магнитной индукции»

    Вариант 1.

    1. Вокруг катушки с током образовалось магнитное поле. Верно ли указано направление вектора магнитной индукции в точке А?

    2. Магнитная стрелка на оси катушки установилась так, как показано на рисунки. Верно ли указано направление тока в катушке?

    Вариант 2.

    1. Соответствует ли направление вектора магнитной индукции направлению концов магнитной стрелки?

    2. Магнитная стрелка в магнитном поле прямого проводника в точке А установилась так, как показано на рисунке. Верно ли указано направление тока в проводнике?

    Взаимодействие токов. Магнитное поле урок физики 11 класс

    Взаимодействие токов. Магнитное поле, его характеристики.

     (урок физики в 11 классе)

    Цель урока: 1. дать учащимся представление о магнитном поле;

                           2. сформировать представления учащихся о магнитном поле и его свойствах.

    Демонстрации: 1. Опыт Эрстеда, движения проводника с током в магнитном поле;

                                 2. Силовых линий магнитного поля постоянного магнита, магнитного поля прямого тока.

    Оборудование: 1. источник питания;

                                2. ключ;

                                3. переменный резистор;

                                4. амперметр;

                                5. катушка на подставке;

                                6. компас;

                                7. соединительные провода.

    Ход урока:

    I.                    Актуализация знаний.

    1. Знакомство с учениками, с классом.
    2. Знакомство с учебником, правилами и требованиями учителя.
    3. Запись учениками школьных принадлежностей для урока физики.

    а) учебник;

    б) тетрадь 48 л.;

    в) тетрадь для лабораторных и практических работ – 12 — 18 л.;

    г) тетрадь для контрольных работ – 12 — 18 л.;

    д) микрокалькулятор

    е) линейка, карандаш, ластик, треугольник, транспортир, ручка (синяя и чёрная).

    II.        Правила техники безопасности в кабинете физики и на уроках физики, при выполнении демонстраций, практических и лабораторных работ.

    а) ИОТ – 6;

    б) ИОТ – 7;

    в) ИОТ – 8;

    г) журнал по технике безопасности на уроках физики (роспись учащихся об ознакомлении с правилами по ТБ).

          III.      Изучение нового материала.

          Неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле.

    Движущиеся заряды создают магнитное поле.

          Вокруг любого магнита существует магнитное поле.

          В 1820 году Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током (демонстрация опыта Эрстеда).

          В 1820 году Ампер предложил, что «магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены множеством круговых токов, циркулирующих внутри молекул этих тел».

    Свойства магнитного поля.

    1.      Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

    2.      В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (заряженные тела).

    3.      Магнитное поле материально, т.к. оно действует на тело, следовательно обладает энергией.

    4.      Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

     

    Опыт Ампера.

               Пропускаем ток по параллельным проводникам. Гибкие проводники укрепляются вертикально, затем присоединяем их к источнику тока. Ничего не наблюдаем. Но если замкнуть концы проводников проволокой, в проводниках возникнут токи противоположного направления. Проводники начнут отталкиваться друг от друга.

               В случае токов одного направления проводники притягиваются. Это взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

    Изобретение компаса.

              В 12 веке в Европе стал известен компас как прибор, с помощью которого можно определить направление частей света.

              Применение (12 в.) в морских путешествиях для определения курса корабля в открытом море.

              Магнит имеет два полюса: северный и южный, одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

    Эксперимент 1.

     Расположим перед катушкой компас. Замкнём цепь и будем наблюдать за поведением компаса.

    Вывод: вокруг проводника с током существует (возникает) магнитное поле.

    Эксперимент 2.

    Расположим перед катушкой компас так, чтобы расстояние между ними было около 12 см. замкнём электрическую цепь. В данном случае отклонения стрелки не наблюдается. При приближении катушки к компасу на расстоянии 8 см, наблюдается отклонение стрелки (300). Уменьшая расстояние, видим увеличение угла отклонения стрелки. Чем дальше от проводника с током, тем слабее магнитное поле.

         Магнитное поле можно изобразить графически при помощи линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направление вектора магнитной индукции.

         Линии магнитной индукции не пересекаются. При изображении магнитного поля с помощью линий магнитной индукции эти линии наносятся так, чтобы их густота в любом месте поля была пропорциональна значению модуля магнитной индукции.

         Характерной особенностью линий магнитной индукции является их замкнутость. Магнитное поле               вихревое.

     Правило правого винта: Если вы когда-нибудь закручивали винт или шуруп, то вы наверняка знаете, в какую сторону он закручивается, а в какую выкручивается. Люди унифицировали направление закручивая винтов и шурупов. Это значит, что все шурупы и винты во всем мире

    закручиваются в одну сторону. То есть, если вы купите некий прибор в другой стране, то в случае его ремонта или сборки вам не потребуются винты с нарезкой в иную сторону, такие, каких не купишь в вашей стране. Нарезка всех винтов в мире совпадает. Это правило нарушают лишь в некоторых особых случаях, когда от нарезки зависит вращение некой части устройства. Но для таких случаев делают специальные детали. Это простое, но гениальное решение избавило от множества потенциальных проблем.

    «Правило буравчика», направление тока и линий его магнитного поля

    Оказывается, что это правило применимо не только в механике к закручиванию винтов. Если мы имеем проводник с током, то это правило помогает нам определить направление линий магнитного поля, образованного этим током. Только это правило в данном случае носит название «правила буравчика». Правило буравчика звучит следующим образом:

    Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

     Буравчик это винт или шуруп, который мы ввинчиваем. Направление ручки буравчика это направление вращения нашей руки. 

    Если ток движется от нас, то и шуруп движется от нас, то есть мы его ввинчиваем, так как мы условились считать их направления совпадающими.

    Тогда направление вращения нашей руки в процессе ввинчивания это направление магнитных линий. Они будут направлены по часовой стрелке.

    В случае противоположного направления электрического тока, линии магнитного поля будут направлены, соответственно, против часовой стрелки. Таким же было бы направление руки в процессе выкручивая винта или направление ручки буравчика в случае его движения к нам.

    А как определить направление тока, если мы знаем направление магнитных линий? Очень просто. По тому же правилу. Только изначально бы берем за известный факт не направление движения буравчика, а направление вращения его ручки.

    Правило правой руки

    В случае, когда мы имеем дело с магнитным полем катушки с током или соленоида, картина будет более сложной. Поэтому для простого нахождения направления линий магнитного поля в таком случае существует правило правой руки. Оно гласит:

    Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

    Открытие электромагнетизма:

    В XVIII в. электричество и магнетизм считались хотя и похожими, но все же имеющими различную природу явлениями. Правда, были известны некоторые факты, указывающие на существование как будто бы связи между магнетизмом и электричеством, например намагничение железных предметов в результате ударов молнии. Больше того, Франклину удалось как будто бы намагнитить кусок железа с помощью разряда лейденской банки. Все-таки известные факты не позволяли уверенно утверждать, что между электрическими и магнитными явлениями существует связь.

    Такую связь впервые обнаружил датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1820 г. Он открыл действие электрического тока на магнитную стрелку.

    Интересна история этого открытия. Идею о связи между электрическими и магнитными явлениями Эрстед высказал еще в первом десятилетии XIX в. Он полагал, что в явлениях природы, несмотря на все их многообразие, имеется единство, что все они связаны между собой.

    Руководствуясь этой идеей, он поставил перед собой задачу выяснить на опыте, в чем эта связь проявляется.

    Эрстед открыл, что если над проводником, направленным вдоль земного меридиана, поместить магнитную стрелку, которая показывает на север, и по проводнику пропустить электрический ток, то стрелка отклоняется на некоторый угол.

    После того как Эрстед опубликовал свое открытие, многие физики занялись исследованием этого нового явления.

    Французские ученые Био и Савар постарались установить закон действия тока на магнитную стрелку, т. е. определить, как и от чего зависит сила, действующая на магнитную стрелку, когда она помещена около электрического тока. Они установили, что сила, действующая на магнитный полюс (на конец длинного магнита) со стороны прямолинейного проводника с током, направлена перпендикулярно к кратчайшему расстоянию от полюса до проводника и модуль ее обратно пропорционален этому расстоянию.

    Новый важнейший шаг в исследовании электромагнетизма был сделан французским ученым Андре Мари Ампером в 1820г.

    Раздумывая над открытием Эрстеда, Ампер пришел к совершенно новым идеям. Он предположил, что магнитные явления вызываются взаимодействием электрических токов. Каждый магнит представляет собой систему замкнутых электрических токов, плоскости которых перпендикулярны оси магнита. Взаимодействие магнитов, их притяжение и отталкивание объясняются притяжением и отталкиванием, существующими между токами.

    3емной магнетизм также обусловлен электрическими токами, которые протекают в земном шаре.

    IV.              Закрепление изученного материала.

    1. Какие взаимодействия называются магнитными.
    2. Основные свойства магнитного поля.
    3. Опишите опыт Эрстеда, что доказывает опыт Эрстеда?
    4. Правило правого винта.
    5. От чего зависит магнитная индукция поля внутри вытянутой катушки?

     

    V.                Домашнее задание.

     

                     § 1,2  учебника Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б.    Физика – 11 (базовый и профильный уровни),- М.: Просвещение, 2010 г.

     

    Действие магнитного поля на проводник с током 11 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

    Введение

     

    На прошлом уроке мы выяснили, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, линии которого замкнуты (рис. 1).

     

    Рис. 1. Линии магнитного поля проводника с током

    Опытным путем мы установили, что направление линий магнитного поля вокруг проводника напрямую связано с направлением электрического тока в проводнике и для определения этого направления можно использовать или правило правой руки, или «правило буравчика».

    Проведя эксперименты, мы увидели, что небольшой виток из проводника, по которому пропущен электрический ток, то есть виток с током, ведет себя в магнитном поле подобно магнитной стрелке. На виток действует вращающий момент сил, который заставляет разворачиваться его таким образом, чтобы линии магнитного поля пронизывали плоскость витка под прямым углом (рис. 2).

    Рис. 2. Действие линий магнитного поля на виток

    При этом мы выяснили, что такой виток с током можно использовать для анализа силовых свойств магнитного поля, и ввели физическую величину, которая определяет силовые свойства магнитного поля – это индукция. Единица ее измерения – тесла:

     – индукция магнитного поля

     

    Закон взаимодействия токов

     

     

    Проведя ряд экспериментов, Андре-Мари Ампер выяснил: два прямых параллельных проводника с током притягиваются друг к другу, если по ним протекают однонаправленные токи, то есть токи одного направления (рис. 3).

     

    Рис. 3. Однонаправленные токи

    Эти же проводники с током отталкиваются, если по ним протекают токи противоположных направлений (рис. 4).

    Рис. 4. Разнонаправленные токи

    Анализ проведенных экспериментов позволил Амперу вывести свой знаменитый закон взаимодействия токов: сила взаимодействия двух параллельных проводников с током пропорциональна произведению величин токов в этих проводниках на длину проводников и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками.

    Кроме того, мы выяснили, что проводники с током оказывают магнитное действие, а проводник, скрученный в катушку (соленоид), ведет себя подобно постоянному плоскому магниту (рис. 5).

    Рис. 5. Соленоид

    Определить полярность такого магнита также можно по правилу правой руки (рис. 6): «Если обхватить соленоид ладонью правой руки и направить четыре пальца по направлению тока в нем, то отставленный на 90° большой палец будет указывать направление линий магнитного поля внутри соленоида».

    Рис. 6. Определение полярности магнита по правилу правой руки

    Теперь ответим на следующий вопрос: почему именно так взаимодействуют параллельные проводники с током? И откуда берется момент сил, заставляющий виток с током разворачиваться между полюсами магнита?

     

    Опыт 1

     

     

    Чтобы исследовать влияние магнитного тока на проводник с током, необходимо проделать ряд опытов. Для этого мы собрали установку: проводник с током, который помещен между полюсами дугообразного магнита, причем магнит расположен таким образом, чтобы линии магнитного поля, создаваемые им, были направлены снизу вверх, то есть от северного полюса магнита к южному (рис. 7).

     

    Рис. 7. Расположение проводника с током между полюсами магнита

    Проводник при помощи системы проводов мы подключим к источнику тока так, чтобы при замыкании источника ток в проводнике протекал в направлении данной стрелки (рис. 8).

    Рис. 8. Направление тока Рис. 9. Готовая установка

    Посмотрим, что будет, если просто замкнуть цепь (рис. 10).

    Рис. 10. Проводник отклонился от своего начального положения

    Видим, что проводник при пропускании по нему электрического тока отклонился от своего начального положения, как бы втягиваясь внутрь дугообразного магнита. Теперь посмотрим, как будет вести себя проводник, если изменить направление тока в нем (клеммы «+» и «-» на источнике меняем местами) и замкнуть цепь (рис. 11).

    Рис. 11. Движение проводника при смене направления тока

    Мы видим, что проводник снова отклоняется от своего начального положения, но при этом он как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита.

    Итак, мы можем сделать вывод, что магнитное поле на помещенный в него проводник с током действует с некоторой силой. Направление этой силы зависит от направления тока в проводнике. Но возникает вопрос: только ли от направления тока в проводнике она зависит?

     

    Опыт 2

     

     

    Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий шаг: оставим направление тока таким же, каким оно было в последнем опыте, но изменим направление линий магнитного поля. Расположим магнит таким образом, чтобы линии магнитного поля были направлены сверху вниз (от северного полюса к южному) (рис. 12).

     

    Рис. 12. Линии магнитного поля направлены сверху вниз

    Посмотрим, как себя будет вести проводник с током. При замыкании цепи видно, что проводник при том же самом направлении тока в нем теперь втягивается внутрь пространства между полюсами магнита (рис. 13).

    Рис. 13. Проводник втягивается внутрь пространства между полюсами магнита

    Для завершения опыта снова изменим направление тока в проводнике и замкнем цепь. Видим, что проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита (рис. 14).

    Рис. 14. Проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита

    Мы видим, что поведение проводника с током, помещенного в магнитное поле, определяется направлением тока в проводнике и расположением полюсов магнита. Следовательно, со стороны магнитного поля на помещенный в это поле проводник с током действует сила, направление которой зависит как от направления электрического тока в проводнике, так и от направления линий магнитного поля. То есть все названные направления тесно взаимосвязаны.

    Рис. 15. Направление силы  со стороны магнитного поля зависит от направления электрического тока  в проводнике и от линий магнитного поля

     

    Правило левой руки

     

     

    Еще раз запустим ток по проводнику и попробуем связать между собой указанные три направления (рис. 16).

     

    Рис. 16. Проводник снова выталкивается из пространства между полюсами магнита

    Видим, что проводник с током снова как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита, линии магнитного поля направлены сверху вниз, ток направлен по стрелке (от учителя). Таким образом, можно сделать вывод о взаимосвязи трех вышеуказанных направлений: все три направления взаимно перпендикулярны.

    Такая взаимосвязь направлений характерна для левой руки или, как говорят физики, для левой симметрии. Если левую руку расположить таким образом, что четыре пальца ее показывают направление течения тока в проводнике (от плюса к минусу), при этом кисть развернуть так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, то отогнутый на  палец левой руки покажет направление действия силы (рис. 17). Сформулированное нами правило называется правилом левой руки.

    Рис. 17. Правило левой руки

    Итак, мы выяснили взаимосвязь между тремя направлениями: направлением тока в проводнике, направлением линий магнитного поля, или вектором магнитной индукции, и направлением силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током. Эти три направления связаны правилом левой руки. Но сила, как векторная величина, кроме направления характеризуется и численным значением.

     

    Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током

     

     

     

    Рис. 18. Андре Мари Ампер (1775–1836)

    От чего же зависит величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током? Проведя серию экспериментов, Ампер (рис. 18) установил, что величина силы, которая действует со стороны магнитного поля на проводник с током, прямо пропорциональна величине тока, протекающего внутри проводника:

    Кроме того, Ампер заметил, что эта же величина силы прямо пропорциональна длине той части проводника, которая находится в магнитном поле:

    То есть чем длиннее брать проводник при таком же самом значении тока, тем большая сила со стороны магнитного поля на него действует. Воспользуемся одним математическим правилом: если одна величина пропорциональна двум другим, то она будет пропорциональна их произведению:

    То есть величина силы прямо пропорциональна произведению тока на длину части проводника в магнитном поле. Теперь обратим внимание, что размерность силы – ньютон, размерность тока – ампер, размерность длины – метр. Для того чтобы поставить знак равенства между величинами, нам нужно добавить размерность магнитной индукции , следовательно, нужно правую часть умножить на модуль магнитной индукции:

    Последнее, что осталось, – это учесть зависимость направления действия силы от взаимного направления тока и вектора магнитной индукции.

    Если расположить проводник с током в магнитном поле так, чтобы направление тока совпало с направлением вектора индукции магнитного поля (рис. 19), то при пропускании тока через проводник последний практически не реагирует.

    Рис. 19. Направление тока совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля

    Если же расположить проводник так, чтобы направление тока было перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции, то проводник максимально сильно втягивается в пространство между полюсами магнита (рис. 20).

    Рис. 20. Направление тока перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции

    Итак, когда угол между двумя направлениями (между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока) равен 0 (рис. 21), то сила действия магнитного поля на проводник с током равна 0.

    Рис. 21. Угол между направлениями равен

    Когда этот угол равен  (рис. 22), то сила действия магнитного поля на проводник с током максимальна.

    Рис. 22. Сила действия магнитного поля на проводник максимальна

    Тригонометрическая функция, удовлетворяющая вышеназванным условиям, – это синус угла:

    – угол между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции:

    Тогда можно сформулировать следующее утверждение: величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, численно равна произведению модуля магнитной индукции на длину элемента проводника, помещенного в магнитное поле, и на величину тока в проводнике, а также пропорциональна синусу угла между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции. Направление же силы определяется по правилу левой руки.

    Ампер провел много опытов по определению характера действия силы со стороны магнитного поля на проводник с током. Поэтому введенная им в рассмотрение сила действия со стороны магнитного поля на проводник с током по праву носит название силы Ампера. Открытие силы Ампера позволит нам ответить на вышеизложенные вопросы.

    Задание. Почему два проводника с током притягиваются, если токи направлены в одну сторону? На рис. 3 обозначено направление токов в проводниках. Линии магнитной индукции первого проводника направлены так, как показано на рис. 23 (можно определить по правилу правой руки или правого винта).

    Рис. 23. Направление линий магнитной индукции и силы Ампера

    Это магнитное поле действует на второй проводник, возникает сила Ампера. Ее направление можно определить по правилу левой руки.

    Задание. Почему виток с током вращается в магнитном поле (рис. 2)? На проводник с током, образующий рамку, в магнитном поле будет действовать сила Ампера. Ее направление можно узнать, применив правило левой руки: если пальцы будут указывать направление тока, а линии магнитной индукции будут входить в ладонь, то получится, что большой палец указывает нам направление действия силы на части рамки. Для правой части рамки сила действует от наблюдателя, а для левой части рамки – к наблюдателю. Под действием этих сил рамка вращается.

     

    Список литературы

    1. Соколович Ю. А., Богданова Г. С. Физика: Справочник с примерами решения задач. 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
    2. Касьянов В. А. Физика 11 кл. учебник для общеобразоват. учреждений. 4-е изд. – М.: Дрофа, 2004.

     

    Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

    1. Интернет-портал «kaf-fiz-1586.narod.ru» (Источник)
    2. Интернет- портал объединения учителей физики Санкт-Петербурга (Источник) 
    3. Интернет- портал «sernam.ru» (Источник)

     

    Домашнее задание

    1. Дайте определение силы Ампера.
    2. Сформулируйте правило левой руки. Для чего оно предназначено?

     

    Магнитное поле. 11 класс. Физика. — Объяснение нового материала.

    Комментарии преподавателя

    Магнитное действие электрического тока  наблюдается всегда, когда существует электрический ток. Проявляется магнитное действие, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Чтобы изучить магнитное действие тока, воспользуемся магнитной стрелкой. (Она, как известно, является главной частью компаса.) Напомним, что у магнитной стрелки имеется два полюса — северный и южный. Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.

    Магнитную стрелку ставят на остриё, чтобы она могла свободно поворачиваться.

    Рассмотрим теперь опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед. Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.

    Эрстед Ханс Кристиан (1777—1851)
    Датский физик. Обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что при вело к возникновению новой области физики — электромагнетизма.

    Опыт Эрстеда

    Расположим проводник, включённый в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси (рис.). При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения (на рисунке показано пунктиром). При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

    Рис.  Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки

    Выполненный опыт наводит на мысль о существовании вокруг проводника с электрическим током магнитного поля. Оно и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

    Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

    Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, вокруг движущихся зарядов, т. е. электрического тока, существует и электрическое, и магнитное поле. Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток следует рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».

    Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами. Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.

    В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.

    На рисунке изображена картина магнитного поля прямого проводника с током. Для получения такой картины прямой проводник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий слой железных опилок, включают ток и опилки слегка встряхивают. Под действием магнитного поля тока железные опилки рас полагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.

    Рис. Картина магнитного поля проводника с током

    Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.

      Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.

      Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля.

      Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.

      С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию.

      Рис.  Расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током

      На рисунке  а показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током. (Проводник расположен перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нём направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком.) Оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180° (рис. б; в этом случае ток в проводнике направлен к нам, что условно обозначено кружком с точкой). Из этого опыта можно заключить, что направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.

      Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд

      «Модели эфиров»

      Если бы Андре Мари Ампер (рис. 1) знал о действии электрического тока, то продвинулся гораздо дальше в своих открытиях.

      Рис. 1. Андри Мари Ампер

      Как и многие учёные того периода Ампер придерживался «модели эфира»: электрический ток – эфир, некая жидкость, которая протекает по проводникам. Именно отсюда и сам термин «электрический ток» — то, что течёт. Только в самом конце XIX века – вначале ХХ модели эфиров стали отходить, а на смену им стали появляться новые модели адекватнее отражающие наблюдаемые явления. В частности были открыты катодные лучи, была выявлена радиоактивность, проведены исследования Фарадея по электролизу – всё это наводило на мысль о существовании заряжённых частиц, которые как-то движутся.

      Электронная модель Хендрика Лоренца 

      Серьёзную модель предложил учёный Хендрик Лоренц (рис. 2) так называемую «электронную модель». При образовании кристаллической решётки металлов, от каждого атома металла отрывается по одному внешнему электрону, таким образом, в узлах кристаллической решётки находятся положительные ионы, а в объёме этой решётки почти свободно могут двигаться электроны (рис. 3).

      Рис. 2. Хендрик Лоренц

      Такая модель является достаточно устойчивой, потому что действуют электростатические силы между положительно заряжённой решёткой и электронным окружением. Именно поэтому металлы достаточно прочны для разряжения, но в то же время, ковки.

       

      Рис. 3. Кристаллическая решетка

      Модель, предложенная Лоренцом, хороша хотя бы тем, что достаточно легко объясняла возникновение электрического тока в металлах. При обычных условиях эти электроны находятся в беспорядочном движении вокруг кристаллической решётки. И только при подаче разности потенциалов на конце проводника, когда внутри проводника появляется электрическое поле, кроме этой хаотической составляющей появляется другая – упорядоченная составляющая или направленное движение. Именно это движение, согласно модели Лоренца, представляет собой электрический ток.

      Так, со стороны магнитного поля  на проводник с током (I), действует сила Ампера  перпендикулярная направлению тока и направлению линии магнитного поля. (Рис. 4)

      Рис. 4. Направленное движение

      «Если электрический ток представляет собой направленное движение зарядов, то не будет ли со стороны магнитного поля действовать такая же сила» — примерно, так рассуждал Лоренц. В выражение для силы Ампера (1.1.) вместо силы тока подставим определение силы тока – отношение перенесенного заряда в проводнике ко времени, за которое было осуществлено данное перенесение.

        (1.1)

         (1.2)

      Также заметим, что отношение элемента длины проводника к интервалу времени – скорость движения заряда.

         (1.3)

      Тогда выражение принимает вид (6.4.). Модуль силы равен произведению величины магнитной индукции поля на количество переносимого через проводник заряда на скорость частиц, которые переносят заряд и на синус угла между направлением движения заряда и  направлением вектора магнитной индукции.

       (1.4)

      Учтём, что носителями электрического тока в проводнике являются электроны, величина зарядов которых одинакова. Поэтому можно записать, что совокупный заряд, переносимый через поперечное сечение проводника – произведение элементарного заряда на количество электронов переносимых через поперечное сечение проводника.

        (1.5)

       (1.6)

      Вывод приведенной формулы был сугубо формальным, однако, даже такой вывод позволял предположить, что не только на проводник с током, но и на отдельный заряд в магнитном поле будет действовать сила со стороны этого поля. Предположим, что число зарядов равно единице и этот заряд движется не внутри кристаллической решётки, а в свободном пространстве. Возникает вопрос: что произойдёт с этим зарядом, если он войдёт в область, где существует однородное магнитное поле? Согласно нашей гипотезе, на частицу, движущуюся в однородном магнитном поле, должна действовать сила, которая перпендикулярна скорости этой частицы (поскольку именно так будет направлен электрический ток, связанный с движением этих частиц) и перпендикулярна линиям магнитного поля. Величина этой силы будет определяться так:

      Проверка гипотезы Лоренца – принцип работы электронно-лучевой трубки  

      Открытие катодных лучей, а также радиоактивности позволили проверить экспериментально гипотезу Лоренца. Воспользуемся электронно-лучевой трубкой (рис. 5)

      Рис. 5. Электронно-лучевая трубкой

      В вакуумной трубке размещены две пластины: анод и катод. На катод подаётся отрицательный потенциал, на анод – положительный. Для того чтобы в трубке возникли свободные электроны, катод нагревается нитью накала. Свободные электроны металлического катода вблизи его поверхности могут покидать эту поверхность, обладая высокой кинетической энергией за счёт нагревания – явление термоэлектронной эмиссии. Свободные электроны, покинувшие поверхность катода, попадают в зону действия электрического поля между анодом и катодом. Линии напряжённости этого поля направлены от анода к катоду. Электроны, будучи отрицательно заряженными частицами, движутся от катода к аноду – против линии напряжённости поля. Так в трубке возникает электрический ток, направленный от анода к катоду. Если использовать анод, покрытый специальным материалом, который светится при попадании на него заряжённых частиц, можно пронаблюдать место попадания электронов по световому пятну. Именно так и работает электронно-лучевая трубка. При подаче напряжения на анод и катод мы видим небольшое зелёное пятно на аноде – это место бомбардировки экрана электронами.

      Опыты с осциллографом 

      Если воспользоваться осциллографом (рис.6), то будет показано не световое пятно, а светящаяся линия. Когда одним из полюсов подводят к горизонтальной линии, находящейся на осциллографе – она отклоняется от своего первоначального значения в направлении перпендикулярном направлению скорости и направлению линий магнитного поля, поскольку магнитное поле направлено от северного полюса к южному. Это на качественном уровне подтверждает гипотезу.

      Попытаемся получить не только качественные, но и количественные результаты. Для этого будем проверять зависимость силы действующей со стороны магнитного поля от различных факторов. В частности от скорости движения электронов. Каким образом можно поменять скорость движения электронов в осциллографе? При помощи регулировки яркости линии на осциллографе можно изменить скорость движения электронов в осциллографе. Чем ярче линия – тем быстрее движется электроны внутри трубки. Если поднести магнит к осциллографу северным полюсом и менять скорость движения электронов – то по мере уменьшения яркости – искажение лини также будет уменьшаться. Это означает, что сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны, при уменьшении скорости электронов тоже уменьшается. Более точные измерения дадут нам прямую пропорциональность между силой, действующей со стороны магнитного поля на движущиеся заряды и скоростью этих зарядов. Сила, действующая на заряды со стороны магнитного поля, пропорциональна индукции – если поднести несколько магнитов к осциллографу, то искажение будет гораздо сильнее. Величина силы действующей со стороны магнитного поля на движущийся заряд зависит от взаимного направления вектора магнитной индукции и вектора скорости движения частиц – при поднесении магнитов к осциллографу южным полюсом – линия будет искажаться в противоположном направлении.

      Рис. 6. Осциллограф

      Электромагниты

      Обобщим выводы из проделанных экспериментов. На движущийся в магнитном поле заряд (q) со стороны магнитного поля действует сила (F), направление которой зависит от взаимного направления вектора скорости движения () заряда и вектора магнитной индукции поля (В). Величина силы пропорциональна скорости движения заряда и модулю магнитной индукции. Направление силы определяется по правилу «Левой руки» (рис. 4).

       (1.7)

      Таким образом, полученное ранее выражение для силы, описывает взаимодействие магнитного поля с движущимся в этом поле электрическим зарядом. Открытие силы действия магнитного поля на движущийся в нём заряд стало возможным только благодаря улучшению представлений о строении вещества, электрическом токе в металлах, движении заряженных частиц. И огромную роль во всех этих задачах сыграл Лоренц, поэтому открытая сила и получила название – сила Лоренца.

      Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике. Амперметр, телеграф, электромагниты, масс-анализаторы

      Взаимодействие проводников с током 

      Выделим основные открытия Ампера в области электромагнетизма:

      1. Взаимодействия проводников с током

      Два параллельных проводника с токами притягиваются друг к другу, если токи в них сонаправлены и отталкиваются, если токи в них противонаправлены.

      Закон Ампера гласит:

      Сила взаимодействия двух параллельных проводников пропорциональна произведению величин токов в проводниках, пропорциональна длине этих проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

        (1.1.)

      F – сила взаимодействия двух параллельных проводников,

      I1, I2 – величины токов в проводниках,

      ∆ℓ − длина проводников,

      r – расстояние между проводниками.

      Открытие этого закона позволило ввести в единицы измерения величину силы тока, которой до того времени не существовало. Так, если исходить из определения силы тока как отношения количества заряда перенесённого через поперечное сечение проводника в единицу времени, то мы получим принципиально не измеряемую величину, а, именно, количество заряда, переносимое через поперечное сечение проводника. На основании этого определения не сможем ввести единицу измерения силы тока. Закон Ампера позволяет установить связь между величинами сил тока в проводниках и величинами, которые можно измерить опытным путём: механической силой и расстоянием. Таким образом, получена возможность ввести в рассмотрение единицу силы тока – 1 А (1 ампер).

      Ток в один ампер – это такой ток, при котором два однородных параллельных проводника, расположенные в вакууме на расстоянии один метр друг от друга взаимодействуют с силой 2∙10-7 Ньютона.

      Закон взаимодействия токов – два находящихся в вакууме параллельных проводника, диаметры которых много меньше расстояний между ними, взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению токов в этих проводниках и обратно пропорциональной расстоянию между ними.

      Закон действия магнитного поля на проводник с током

      Закон действия магнитного поля на проводник с током выражается, прежде всего, в действии магнитного поля на виток или рамку с током. Так, на виток с током в магнитном поле действует момент силы, которая стремится развернуть этот виток таким образом, чтобы его плоскость стала перпендикулярна линиям магнитного поля. Угол поворота витка прямопропорционален величине тока в витке. Если внешнее магнитное поле в витке постоянно, то значение модуля магнитной индукции также величина постоянная. Площадь витка при не очень больших токах также можно считать постоянной, следовательно, справедливо то, что сила тока равна произведению момента сил, разворачивающих виток с током на некоторую постоянную, при неизменных условиях, величину.

        (1.2.)

      I – сила тока,

      М – момент сил, разворачивающих виток с током.

      Следовательно, появляется возможность измерять силу тока по величине угла поворота рамки, которая реализована в измерительном приборе – амперметре (рис.1).

      Рис. 1. Амперметр

       Двигатель 

      После открытия действия магнитного поля на проводник с током, Ампер понял, что это открытие можно использовать для того, чтобы заставить проводник двигаться в магнитном поле. Так магнетизм можно превратить в механическое движение – создать двигатель. Одним из первых, работающих на постоянном токе, был электродвигатель (рис. 2), созданный в 1834 г. русским электротехником Б. С. Якоби.

      Рис. 2. Двигатель

      Рассмотрим упрощённую модель двигателя, которая состоит из неподвижной части, с закреплёнными на ней магнитами – статор. Внутри статора может свободно вращаться рамка из проводящего материала, которая называется ротором. Для того чтобы по рамке мог протекать электрический ток, она соединена с клеммами при помощи скользящих контактов. Если подключить двигатель к источнику постоянного тока в цепь с вольтметром, то при замыкании цепи, рамка с током придёт во вращение.

      Электромагниты

      В 1269 г. французский естествоиспытатель Пьер Мари Кур написал труд под названием «Письмо о магните». Основной целью Пьера Мари Кура было создание вечного двигателя,  в котором он собирался использовать удивительные свойства магнитов. Насколько успешными были его попытки не известно, но достоверно то, что Якоби  использовал свой электродвигатель для того, чтобы привести в движение лодку, при этом ему удалось её разогнать до скорости 4,5 км/ч.

      Необходимо упомянуть ещё об одном устройстве, работающем на основе законов Ампера. Ампер показал, что катушка с током ведёт себя подобно постоянному магниту, а это значит – можно сконструировать электромагнит – устройство, мощность которого можно регулировать.

      Телеграф

      Именно Амперу пришла идея о том, что комбинацией проводников и магнитных стрелок можно создать устройство, которое предаёт информацию на расстояние. Идея телеграфа возникла в первые же месяцы после открытия электромагнетизма. Однако широкое распространение электромагнитный телеграф приобрёл после того, как Самюэль Морзе создал более удобный аппарат и, главное, разработал двоичную азбуку, состоящую из точек и тире, которая так и называется «Азбука Морзе» (рис. 3).

      Рис. 3. Азбука Морзе

      Пушка Гаусса

      Математик Гаусс, когда познакомился с исследованиями Ампера, предложил создать оригинальную пушку (рис. 4), работающую на принципе действия магнитного поля на железный шарик – снаряд.

      Рис. 4. Пушка Гаусса

      Необходимо обратить внимание на то, в какую историческую эпоху были сделаны эти открытия. В первой половине XIX века Европа семимильными шагами шла по пути промышленной революции – это благодатное время для научно-исследовательских открытий и быстрого внедрения их в практику. Ампер, несомненно, внёс весомый вклад в этот процесс, дав цивилизации электромагниты, электродвигатели и телеграф, которые до сих пор находят широкое применение.

      Открытия Лоренца

      Выделим основные открытия Лоренца.

      Лоренц установил, что магнитное поле действует на движущуюся в нём частицу, заставляя её двигаться по дуге окружности:

         (1.3.)

      Поскольку сила Лоренца – центростремительная сила, перпендикулярная направлению скорости. Прежде всего, открытый Лоренцем закон, позволяет определять такую важнейшую характеристику как отношение заряда к массе – удельный заряд.

        (1.4.)

      Значение удельного заряда – величина уникальная для каждой заряженной частицы, что позволяет их идентифицировать, будь-то электрон, протон или любая другая частица. Таким образом, учёные получили мощный инструмент для исследования. Например, Резерфорд сумел провести анализ радиоактивного излучения и выявил его компоненты, среди которых присутствуют альфа-частицы – ядра атома гелия и бета-частицы – электроны. В ХХ веке появились ускорители, работа которых основана на том, что заряженные частицы ускоряются в магнитном поле. На этом принципе разработан Большой адронный коллайдер. Благодаря открытиям Лоренца наука получила принципиально новый инструмент для физических исследований, открывая дорогу в мир элементарных частиц.

      Для того чтобы охарактеризовать влияние учёного на технический прогресс вспомним о том, что из выражения для силы Лоренца вытекает возможность рассчитать радиус кривизны траектории частицы, которая движется в постоянном магнитном поле. При неизменных внешних условиях этот радиус зависит от массы частицы, её скорости и заряда. Таким образом, получаем возможность классифицировать заряжённые частицы по этим параметрам и, следовательно, можем проводить анализ какой-либо смеси. Если смесь веществ в газообразном состоянии ионизировать, разогнать и направить в магнитное поле, то частицы начнут двигаться по дугам окружностей с различными радиусами – частицы будут покидать поле в разных точках и остаётся только зафиксировать эти точки вылета, что реализуется при помощи экрана, покрытого люминофором, который светится при попадании на него заряжённых частиц. Именно по такой схеме работает масс-анализатор. Масс-анализаторы широко применяют в физике и химии для анализа состава смесей.

      Это ещё не все технические устройства, которые работают на основе разработок и открытий Ампера и Лоренца, ведь научное знание рано или поздно перестает быть исключительной собственностью учёных и становится достоянием цивилизации, при этом оно воплощается в различных технических устройствах, которые делают нашу жизнь более комфортной.

      Домашняя работа.

      Задание 1. Ответь на вопросы.

      1. Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический ток?
      2. Какие магнитные явления вам известны?
      3. В чём состоит опыт Эрстеда?
      4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?
      5. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки?
      6. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?
      7. Что называют магнитной линией магнитного поля?
      8. Для чего вводят понятие магнитной линии поля?
      9. Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока

      Задание 2. Проведите опыт.

      ОПЫТЫ
      С ЖЕЛЕЗНЫМИ ОПИЛКАМИ

      Возьмите магнит любой формы, накройте его куском тонкого картона,
      посыпьте сверху железными опилками и разровняйте их.
      Так интересно наблюдать магнитные поля!
      Ведь каждая «опилочка», словно магнитная стрелка, располагается вдоль магнитных линий.
      Таким образом становятся «видимыми» магнитные линии магнитного поля вашего магнита.
      При передвижении картона над магнитом (или наоборот магнита под картоном)
      опилки начинают шевелиться, меняя узоры магнитного поля.

      К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

      Использованные источники:

      • https://www.kursoteka.ru/catalog/school/5
      • http://www.umnik-umnica.com/ru/school/physics/11-klass/
      • http://class-fizika.narod.ru
      • http://www.youtube.com/watch?v=aGIWuE1iL28
      • http://www.youtube.com/watch?v=Tt7hXaukl9U
         

      Физика Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

      Резюме

      Студенческие группы исследуют свойства электромагнитов. Они создают свои собственные маленькие электромагниты и экспериментируют со способами изменения их силы, чтобы поднять больше скрепок. Студенты узнают о том, как инженеры используют электромагниты в повседневных приложениях.

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

      Инженерное подключение

      Инженеры проектируют электромагниты, которые являются основной частью двигателей. Электромагнитные двигатели являются большой частью повседневной жизни, а также промышленности и фабрик. Мы можем даже не осознавать, что ежедневно взаимодействуем с электромагнитами, поскольку используем самые разные двигатели, чтобы облегчить себе жизнь. Распространенными устройствами, в которых используются электромагнитные двигатели, являются: холодильники, сушилки для белья, стиральные машины, посудомоечные машины, пылесосы, швейные машины, мусоропроводы, дверные звонки, компьютеры, компьютерные принтеры, часы, вентиляторы, автомобильные стартеры, двигатели стеклоочистителей, электрические зубные щетки, электрические бритвы. , консервные ножи, динамики, музыкальные или магнитофонные проигрыватели и т. д.

      Цели обучения

      После этого задания учащиеся должны уметь:

      • Расскажите, что электрический ток создает магнитное поле.
      • Опишите, как делают электромагнит.
      • Исследуйте способы изменения силы электромагнита.
      • Перечислите несколько предметов, разработанных инженерами с использованием электромагнитов.

      Образовательные стандарты

      Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится 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
      Ожидаемая производительность NGSS

      3-ПС2-3. Задайте вопросы, чтобы определить причинно-следственные связи электрических или магнитных взаимодействий между двумя объектами, не контактирующими друг с другом. (3-й степени)

      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 Основные дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
      Задавайте вопросы, которые можно исследовать на основе шаблонов, таких как причинно-следственные связи.

      Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

      Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты находились в контакте. Величина сил в каждой ситуации зависит от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами — от их ориентации относительно друг друга.

      Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

      Причинно-следственные связи обычно выявляются, проверяются и используются для объяснения изменений.

      Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

      Ожидаемая производительность NGSS

      3-ПС2-4. Определите простую задачу проектирования, которую можно решить, применяя научные идеи о магнитах. (3-й степени)

      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 Основные дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
      Определите простую проблему, которую можно решить путем разработки нового или улучшенного объекта или инструмента.

      Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

      Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты находились в контакте. Величина сил в каждой ситуации зависит от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами — от их ориентации относительно друг друга.

      Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

      Научные открытия в мире природы часто могут привести к новым и улучшенным технологиям, которые разрабатываются в процессе инженерного проектирования.

      Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

      Общие базовые государственные стандарты — математика
      • Представлять и интерпретировать данные. (Оценка 4) Подробнее

        Посмотреть согласованную учебную программу

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

      • Представляйте реальный мир и математические задачи, изображая точки в первом квадранте координатной плоскости и интерпретируя значения координат точек в контексте ситуации. (Оценка 5) Подробнее

        Посмотреть согласованную учебную программу

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

      • Графические точки на координатной плоскости для решения реальных и математических задач. (Оценка 5) Подробнее

        Посмотреть согласованную учебную программу

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

      Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
      • Студенты будут развивать понимание отношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения. (Оценки К — 12) Подробнее

        Посмотреть согласованную учебную программу

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

      • Энергия приходит в разных формах. (Оценки 3 — 5) Подробнее

        Посмотреть согласованную учебную программу

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

      • Описывать свойства различных материалов. (Оценки 3 — 5) 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:

      • гвоздь длиной 3 дюйма (7,6 см) или длиннее (из цинка, железа или стали, но не из алюминия)
      • Медный изолированный провод длиной 2 фута (0,6 м) (не менее AWG 22 или выше)
      • Аккумулятор D-cell
      • несколько металлических скрепок, кнопок или булавок
      • широкая резинка
      • Рабочий лист по созданию электромагнита

      Для каждой станции электромагнитного поля:

      • картонный тубус от туалетной бумаги
      • изолированный медный провод (не ниже AWG 22), несколько футов (1 м)
      • картон (~ 5 x 5 дюймов или 13 x 13 см)
      • прищепки или зажимы (дополнительно)
      • малярная лента
      • резинка
      • 2-3 батареи типа D
      • Батарея 9 В (вольт)
      • несколько металлических скрепок, кнопок и/или булавок
      • дополнительные батареи, при наличии: 6-В, 12-В, фонарные батареи
      • (дополнительно) изолента
      • 2 маленьких компаса для спортивного ориентирования

      Для всего класса:

      • кусачки
      • Инструмент для зачистки проводов

      Рабочие листы и вложения

      Рабочий лист по созданию электромагнита (docx)

      Сборка электромагнита. Рабочий лист (pdf)

      Ответы на рабочий лист «Создание электромагнита» (docx)

      Ответы на рабочий лист «Создание электромагнита» (pdf)

      Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_mag_lesson2_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

      Больше учебных программ, подобных этому

      Высший элементарный урок

      Две стороны одной силы

      Студенты узнают больше о магнетизме и о том, как магнетизм и электричество связаны в электромагнитах. Они изучают основы работы простых электродвигателей и электромагнитов. Учащиеся также узнают о гибридных бензиново-электрических автомобилях и их преимуществах по сравнению с обычными бензиновыми…

      Две стороны одной силы

      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

      Высший элементарный урок

      Магнетическая личность

      Учащиеся исследуют свойства магнитов и то, как инженеры используют магниты в технике. В частности, учащиеся узнают о хранении в магнитной памяти, то есть о чтении и записи данных с использованием магнитов, например, на жестких дисках компьютеров, zip-дисках и флэш-накопителях.

      Магнетическая личность

      Высший элементарный урок

      Электрические и магнитные личности мистера Максвелла

      Студенты кратко знакомятся с уравнениями Максвелла и их значением для явлений, связанных с электричеством и магнетизмом. Основные понятия, такие как ток, электричество и линии поля, рассматриваются и усиливаются. Благодаря множеству тем и заданий учащиеся узнают, как электричество и магне…

      Электрические и магнетические личности мистера Максвелла

      Предварительные знания

      Некоторые знания о магнитных силах (полюса, силы притяжения). Обратитесь к главе «Магнетизм», урок 2: «Две стороны одной силы» для получения информации об электромагнитах.

      Введение/Мотивация

      Сегодня мы поговорим об электромагнитах и ​​создадим собственные электромагниты! Во-первых, кто-нибудь может сказать мне, что такое электромагнит? (Послушайте идеи учащихся.) Что ж, название электромагнита помогает нам понять, что это такое. (Напишите слово «электромагнит» на классной доске, чтобы учащиеся могли его увидеть.) Давайте разберем его. Первая часть слова  электро , звучит как электричество. Вторая часть слова, магнит , звучит как магнит! Итак, электромагнит — это магнит, который создается электричеством.

      Сегодня очень важно помнить, что электричество может создавать магнитное поле . Это может показаться странным, потому что мы привыкли к магнитным полям, исходящим только от магнитов, но это действительно так! Провод, по которому проходит электрический ток , создает магнитное поле. На самом деле простейший электромагнит представляет собой скрученный провод, по которому течет электрический ток. Магнитное поле, создаваемое катушкой проволоки, похоже на обычный стержневой магнит. Если мы пропустим железный (или никелевый, кобальтовый и т. д.) стержень (возможно, гвоздь) через центр катушки (см. рис. 1), стержень станет магнитом, создающим магнитное поле. Где взять электричество для электромагнита? Что ж, мы можем получить это электричество несколькими способами, например, от батарея или розетка.

      Мы можем усилить это магнитное поле, увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или мы можем увеличить количество витков провода в катушке электромагнита. Как вы думаете, что произойдет, если мы сделаем обе эти вещи? Вот так! Наш магнит будет еще сильнее!

      Инженеры используют электромагниты при проектировании и сборке двигателей . Двигатели используются вокруг нас каждый день, поэтому мы постоянно взаимодействуем с электромагнитами, даже не осознавая этого! Можете ли вы вспомнить какие-нибудь моторы, которые вы использовали? (Возможные ответы: стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, мусоропровод, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], проигрыватель цифровых видеодисков [DVD], видеомагнитофон, компьютер, электрическая бритва. , электрическая игрушка [радиоуправляемые машины, движущиеся куклы] и т. д.)

      Процедура

      Перед занятием

      • Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа «Создание электромагнита».
      • Установите достаточное количество станций электромагнитного поля, чтобы вместить команды из двух студентов в каждой.
      • В качестве альтернативы, проведите обе части задания в виде классных демонстраций под руководством учителя.

      Рис. 2. Установка станции электромагнитного поля.

      авторское право

      Авторское право © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере

      • Подготовка к работе с электромагнитными полевыми станциями: оберните провод вокруг картонной втулки от туалетной бумаги 12-15 раз, чтобы получилась проволочная петля. Оставьте два длинных конца проволоки свисающими с катушки. Проделайте четыре отверстия в картоне. Проденьте концы проволоки через отверстия в картоне так, чтобы трубка и катушка из картона были прикреплены к картону (см. рис. 2). Используйте прищепки, зажимы или скотч, чтобы прикрепить картон к столу или парте. Используя малярный скотч или резинку, подключите один конец провода катушки к любой батарее, оставив другой конец провода не подключенным к батарее. Поместите несколько булавок, скрепок или кнопок на станцию. Кроме того, поместите на эту станцию ​​любые другие доступные дополнительные батареи (6 В, 12 В и т. д.) и два небольших компаса для ориентирования.
      • Подготовка к сборке электромагнита: для этой части задания либо разложите материалы на станции, либо раздайте их парам учащихся для работы за партами.
      • Отложите несколько дополнительных батареек, чтобы учащиеся могли проверить свои собственные электромагниты. Это могут быть 9-вольтовые батареи. Вы можете создать 3-вольтовую батарею, соединив последовательно 2 D-элемента, или 4,5-вольтовую батарею, соединив 3 D-элемента последовательно.
      • Отрежьте по одному отрезку провода длиной 2 фута (0,6 м) для каждой команды. С помощью инструмента для зачистки проводов снимите около 1,3 см (½ дюйма) изоляции с обоих концов каждого отрезка провода.

      Со студентами: Станции электромагнитного поля

      1. Разделите класс на пары учеников. Раздайте по одному рабочему листу на команду.
      2. Работая с предварительной установкой (см. рис. 2), в которой один конец намотанной проволоки прикреплен к одному концу батареи, попросите учащихся соединить другой конец провода с другим концом батареи с помощью ленты или резинка.
      3. Чтобы определить магнитное поле электромагнита, попросите учащихся перемещать компас по кругу вокруг электромагнита, обращая внимание на направление, которое указывает компас (см. рис. 3). Предложите учащимся нарисовать батарею, катушку и магнитное поле на своих рабочих листах. Используйте стрелки, чтобы показать магнитное поле. Отметьте положительный и отрицательный полюсы батареи и полюса магнитного поля. Что произойдет, если вы подвесите скрепку рядом с другой скрепкой рядом с катушкой (см. рис. 3)? (Ответ: болтающаяся скрепка движется, меняет направление и/или качается.)

      Рис. 3. Эксперименты с магнитным полем электромагнита.

      авторское право

      авторское право © 2006 Минди Зарске, программа ITL, инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

      1. Затем поменяйте местами подключение электромагнита, поменяв оба конца провода на противоположные концы аккумулятора. (Когда направление тока в катушке или электромагните изменяется на противоположное, магнитные полюса меняются местами: северный полюс становится южным, а южный — северным.) Используйте компас, чтобы проверить направление магнитного поля. Сделайте второй рисунок. Снова повесьте скрепку рядом с катушкой. Что случается? (Ответ: Опять же, болтающаяся скрепка движется, меняет направление и/или качается.)
      2. Отсоедините хотя бы один конец провода от аккумулятора для экономии заряда аккумулятора.
      3. Если позволяет время, используйте другие батареи и следите за изменениями. Более высокое напряжение приводит к большему току, а при большем токе электромагнит становится сильнее.

      Со студентами: сборка электромагнита

      1. Убедитесь, что у каждой пары учащихся есть следующие материалы: 1 гвоздь, 2 фута (0,6 м) изолированного провода, 1 батарея типа D, несколько скрепок (или кнопок или булавок) и резиновая лента.
      2. Оберните проволоку вокруг гвоздя не менее 20 раз (см. рис. 4). Убедитесь, что учащиеся плотно оборачивают ногти, не оставляя зазоров между проволоками и не перекрывая витки.
      3. Дайте учащимся несколько минут, чтобы проверить, смогут ли они самостоятельно создать электромагнит, прежде чем давать им остальные инструкции.
      4. Чтобы продолжить изготовление электромагнита, соедините концы скрученного провода с каждым концом батареи, используя резиновую ленту, чтобы зафиксировать провода на месте (см. рис. 4).

      Рис. 4. Установка для изготовления электромагнита из батареи, проволоки и гвоздя.

      авторское право

      авторское право © 2006 Минди Зарске, программа ITL, инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

      1. Проверьте силу электромагнита, увидев, сколько скрепок он может поднять.
      2. Запишите количество скрепок на листе.
      3. Отсоедините провод от аккумулятора после проверки электромагнита. Может ли электромагнит захватывать скрепки, когда ток отключен? (Ответ: Нет)
      4. Проверьте, как изменение конструкции электромагнита влияет на его силу. Две переменные, которые нужно изменить, — это количество витков вокруг гвоздя и ток в витом проводе с использованием другого размера или количества батарей. Для экономии заряда батареи не забывайте отсоединять провод от батареи после каждого теста.
      5. Заполните рабочий лист; составить список способов, которыми инженеры могли бы использовать электромагниты.
      6. В заключение проведите обсуждение в классе. Сравните результаты среди команд. Задайте учащимся вопросы для обсуждения после оценки, представленные в разделе «Оценка».

      Словарь/Определения

      батарея: Ячейка, несущая заряд, который может питать электрический ток.

      ток: поток электронов.

      Электромагнит: Магнит, сделанный из изолированного провода, намотанного вокруг железного сердечника (или любого магнитного материала, такого как железо, сталь, никель, кобальт), через который протекает электрический ток для создания магнетизма. Электрический ток намагничивает материал сердечника.

      электромагнетизм: Магнетизм, создаваемый электрическим током.

      инженер: человек, который применяет свое понимание науки и математики для создания вещей на благо человечества и нашей планеты. Сюда входит проектирование, производство и эксплуатация эффективных и экономичных конструкций, машин, продуктов, процессов и систем.

      магнит: Объект, создающий магнитное поле.

      магнитное поле: пространство вокруг магнита, в котором присутствует магнитная сила магнита.

      двигатель: Электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

      постоянный магнит: Объект, который генерирует магнитное поле сам по себе (без помощи тока).

      соленоид: катушка провода.

      Оценка

      Предварительная оценка

      Предсказание : Попросите учащихся предсказать, что произойдет, если проволоку намотать на гвоздь и подключить электричество. Запишите их прогнозы на классной доске.

      Мозговой штурм : В небольших группах попросите учащихся участвовать в открытом обсуждении. Напомните им, что никакая идея или предложение не является «глупой». Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Спросите учащихся: Что такое электромагнит?

      Встроенная оценка деятельности

      Рабочий лист : В начале занятия раздайте рабочий лист «Создание электромагнита». Предложите учащимся сделать рисунки, записать измерения и выполнить задание в своих рабочих листах. После того, как учащиеся закончат рабочий лист, попросите их сравнить ответы с одноклассником или другой парой, дав всем учащимся время на выполнение. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

      Гипотеза : Когда учащиеся будут делать свой электромагнит, спросите у каждой группы, что произойдет, если они изменят размер своей батареи. Как насчет большего количества витков проволоки вокруг гвоздя? (Ответ: Электромагнит можно сделать сильнее двумя способами: увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или увеличив количество витков провода в катушке электромагнита. )

      Оценка после активности

      Вопросы для обсуждения по инженерным вопросам : запрашивать, объединять и обобщать ответы учащихся.

      • Каким образом инженер может модифицировать электромагнит, чтобы изменить силу его магнитного поля? Какие модификации могут быть самыми простыми или дешевыми? (Возможные ответы: Увеличение количества катушек, используемых в соленоиде [электромагните], вероятно, является самым дешевым и простым способом увеличить силу электромагнита. Или инженер может увеличить силу тока в электромагните. Или инженер может использовать металлический сердечник, который легче намагничивается.)
      • Как инженеры могут использовать электромагниты для разделения перерабатываемых материалов? (Ответ: некоторые металлы в мусорной или перерабатываемой куче притягиваются к магниту и могут быть легко отделены. Цветные металлы должны пройти двухэтапный процесс, в котором к металлу прикладывается напряжение, чтобы временно индуцировать ток в нем, который временно намагничивает металл, поэтому он притягивается к электромагниту для отделения от неметаллов. )
      • Какими способами инженеры могут использовать электромагниты? (Возможные ответы: инженеры используют электромагниты в конструкции двигателей. Примеры см. в возможных ответах на следующий вопрос.)
      • Как электромагниты используются в повседневной жизни? (Возможные ответы: Мы ежедневно используем двигатели, например, холодильник, стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, мусоропровод, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], цифровой видеодиск. [DVD] плеер, видеомагнитофон, компьютер, электрическая бритва, электрическая игрушка [радиоуправляемые транспортные средства, движущиеся куклы] и т. д.)

      Практика построения графиков : Представьте классу следующие задачи и попросите учащихся изобразить в виде графика свои результаты (или результаты всего класса). Обсудите, какие переменные больше изменили силу электромагнита.

      • Постройте график, показывающий, как сила электромагнита изменялась при изменении количества витков проволоки в электромагните.
      • Постройте график, показывающий, как сила вашего электромагнита изменялась при изменении тока (при изменении размера батареи).

      Вопросы безопасности

      Электромагнит может сильно нагреваться, особенно на клеммах, поэтому учащиеся должны часто отключать свои батареи.

      Советы по устранению неполадок

      Высокая плотность витков ногтей важна для создания магнитного поля. Если завернутые гвозди не действуют как магниты, проверьте обмотки катушек учащихся, чтобы убедиться, что они не перекрещиваются и что обмотки тугие. Кроме того, используйте тонкую проволоку, чтобы сделать больше витков по длине гвоздя.

      Железные гвозди работают лучше, чем болты, поскольку резьба болтов не позволяет плавно наматывать медную проволоку, что может нарушить магнитное поле.

      Не используйте батареи, которые не полностью заряжены. Частично разряженные аккумуляторы не вызывают сильной и заметной магнитной реакции.

      Если электромагниты сильно нагреваются, пусть учащиеся будут обращаться с ними в резиновых кухонных перчатках.

      Расширения деятельности

      Другой способ варьировать ток в электромагните — использовать провода разного сечения (толщины) или из разных материалов (например, медь или алюминий). Попросите учащихся протестировать различные типы проводов, чтобы увидеть, как это влияет на силу электромагнита. В качестве контроля поддерживайте постоянным количество витков и величину тока (батареи) для всех тестов проводов. Затем, основываясь на результатах отдыха, попросите учащихся сделать предположения о сопротивлении различных проводов.

      Масштабирование активности

      • Для младших классов предложите учащимся следовать демонстрации под руководством учителя, чтобы создать простой электромагнит. Обсудите основное определение электромагнита и то, как электромагниты используются в повседневных приложениях.
      • Старшеклассникам предлагается изучить способы изменения силы их электромагнитов, не давая им никаких подсказок или подсказок. Предложите учащимся графически изобразить данные своего рабочего листа в зависимости от количества катушек и/или размера батареи в их электромагните.

      Авторские права

      © 2004 Регенты Университета Колорадо

      Авторы

      Сочитл Замора Томпсон; Джо Фридрихсен; Эбигейл Уотрус; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон

      Программа поддержки

      Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

      Благодарности

      Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках грантов Фонда улучшения высшего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 № 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

      Последнее изменение: 30 июля 2020 г.

      электромагнитное поле | физика | Британика

      • Развлечения и поп-культура
      • География и путешествия
      • Здоровье и медицина
      • Образ жизни и социальные вопросы
      • Литература
      • Философия и религия
      • Политика, право и правительство
      • Наука
      • Спорт и отдых
      • Технология
      • Изобразительное искусство
      • Всемирная история
      • В этот день в истории
      • Викторины
      • Подкасты
      • Словарь
      • Биографии
      • Резюме
      • Популярные вопросы
      • Обзор недели
      • Инфографика
      • Демистификация
      • Списки
      • #WTFact
      • Товарищи
      • Галереи изображений
      • Прожектор
      • Форум
      • Один хороший факт
      • Развлечения и поп-культура
      • География и путешествия
      • Здоровье и медицина
      • Образ жизни и социальные вопросы
      • Литература
      • Философия и религия
      • Политика, право и правительство
      • Наука
      • Спорт и отдых
      • Технология
      • Изобразительное искусство
      • Всемирная история
      • Britannica Classics
        Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
      • Demystified Videos
        В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
      • #WTFact Видео
        В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
      • На этот раз в истории
        В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
      • Britannica объясняет
        В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
      • Студенческий портал
        Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
      • Портал COVID-19
        Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
      • 100 женщин
        Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
      • Britannica Beyond
        Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Спросить. Мы не будем возражать.
      • Спасение Земли
        Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
      • SpaceNext50
        Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!
      • Введение

      Краткие факты

      • Связанный контент
      • викторины

      СМИ

      • Видео

      HS-PS2-5 Движение и устойчивость: силы и взаимодействия

      • Кузов1
      • Кузов2
      • Кузов3

      Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

      HS-PS2-5. Спланируйте и проведите расследование, чтобы предоставить доказательства того, что электрический ток может создавать магнитное поле и что изменяющееся магнитное поле может создавать электрический ток. [ Границы оценки: Оценка ограничивается разработкой и проведением исследований с использованием предоставленных материалов и инструментов. ]
      Приведенные выше ожидаемые характеристики были разработаны с использованием следующих элементов из документа NRC 9.1436 Структура научного образования K-12 :

      Наука и инженерная практика

      Планирование и проведение расследований

      Планирование и проведение исследований для получения ответов на вопросы или проверки решений проблем в 9–12 базируется на опыте K–8 и включает исследования, которые предоставляют доказательства и проверяют концептуальные, математические, физические и эмпирические модели.

      • Планировать и проводить расследование индивидуально и совместно для получения данных, которые послужат основой для доказательства, а в плане: определить типы, количество и точность данных, необходимых для получения надежных измерений, и учесть ограничения точности данных (например, количество испытаний, стоимость, риск, время) и соответствующим образом уточнить план.

      Ключевые дисциплинарные идеи

      PS2.B: Типы взаимодействий

      • Закон всемирного тяготения Ньютона и закон Кулона обеспечивают математические модели для описания и предсказания эффектов гравитационных и электростатических сил между удаленными объектами. (HS-PS2-4)
      • Силы на расстоянии объясняются полями (гравитационными, электрическими и магнитными), пронизывающими пространство, которые могут передавать энергию через пространство. Магниты или электрические токи вызывают магнитные поля; электрические заряды или изменяющиеся магнитные поля вызывают электрические поля.

      PS3.A: Определения энергии

      • «Электроэнергия» может означать энергию, хранящуюся в батарее, или энергию, передаваемую электрическим током. (вторичный)

      Концепции поперечной резки

      Причина и следствие

      • Чтобы провести различие между причиной и корреляцией и сделать заявления о конкретных причинах и следствиях, необходимы эмпирические данные.

      Соединения с другими DCI в этом классе:

      HS.PS3.A ; HS.PS4.B ; HS.ESS2.A ; HS.ESS3.A 

      Артикуляция DCI по классам:

      MS.PS1.A ; MS.PS2.B ; MS.ESS1.B

      Соединения

      Common Core State Standards:

      ELA/Грамотность —
      WHST.11-12.7 Проводить короткие, а также более длительные исследовательские проекты, чтобы ответить на вопрос (включая самостоятельно сгенерированный вопрос) или решить проблему; сужать или расширять запрос, когда это уместно; синтезировать несколько источников по теме, демонстрируя понимание предмета исследования. (ГС-ПС2-5)
      WHST.11-12.8 Собирать соответствующую информацию из нескольких авторитетных печатных и цифровых источников, эффективно используя расширенный поиск; оценить сильные стороны и ограничения каждого источника с точки зрения конкретной задачи, цели и аудитории; интегрируйте информацию в текст выборочно, чтобы поддерживать поток идей, избегая плагиата и чрезмерного доверия к какому-либо одному источнику и следуя стандартному формату цитирования. (HS-PS2-5)
      WHST.11-12.9 Привлекайте доказательства из информационных текстов для поддержки анализа, размышлений и исследований. (HS-PS2-5)
      Математика —
      HSN.Q.A.1 Использование единиц измерения для понимания проблем и решения многошаговых задач; последовательно выбирать и интерпретировать единицы измерения в формулах; выбирать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных. (HS-PS2-5)
      HSN.Q.A.2 Определите соответствующие количества для целей описательного моделирования. (HS-PS2-5)
      HSN.Q.A.3 Выберите уровень точности, соответствующий ограничениям измерения, при сообщении количества. (HS-PS2-5)

      Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

      HS-PS2-5. Спланируйте и проведите расследование, чтобы предоставить доказательства того, что электрический ток может создавать магнитное поле и что изменяющееся магнитное поле может создавать электрический ток. [ Границы оценки: Оценка ограничивается планированием и проведением исследований с использованием предоставленных материалов и инструментов. ]
      Представленные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов документа NRC A Framework for K-12 Science Education :

      Наука и инженерная практика

      Планирование и проведение расследований

      Планирование и проведение исследований для ответов на вопросы или тестирования решений проблем в 9–12 основывается на опыте K–8 и включает в себя исследования, которые предоставляют доказательства и проверяют концептуальные, математические, физические и эмпирические модели.

      • Планировать и проводить расследование индивидуально и совместно для получения данных, которые послужат основой для доказательства, а в плане: определить типы, количество и точность данных, необходимых для получения надежных измерений, и учесть ограничения точности данных (например, количество испытаний, стоимость, риск, время) и соответствующим образом уточнить план.

      Ключевые дисциплинарные идеи

      PS2.B: Типы взаимодействий

      • Закон всемирного тяготения Ньютона и закон Кулона обеспечивают математические модели для описания и предсказания эффектов гравитационных и электростатических сил между удаленными объектами. (HS-PS2-4)
      • Силы на расстоянии объясняются полями (гравитационными, электрическими и магнитными), пронизывающими пространство, которые могут передавать энергию через пространство. Магниты или электрические токи вызывают магнитные поля; электрические заряды или изменяющиеся магнитные поля вызывают электрические поля.

      PS3.A: Определения энергии

      • «Электроэнергия» может означать энергию, хранящуюся в батарее, или энергию, передаваемую электрическим током. (вторичный)

      Концепции поперечной резки

      Причина и следствие

      • Чтобы провести различие между причиной и корреляцией и сделать заявления о конкретных причинах и следствиях, необходимы эмпирические данные.

      Соединения с другими DCI в этом классе:

      HS.PS3.A ; HS.PS4.B ; HS.ESS2.A ; HS.ESS3.A

      Артикуляция DCI по классам:

      MS.PS1.A ; MS.PS2.B ; MS.ESS1.B

      Соединения

      Common Core State Standards:

      ELA/Грамотность —
      WHST.11-12.7 Проводить короткие, а также более длительные исследовательские проекты, чтобы ответить на вопрос (включая самостоятельно сгенерированный вопрос) или решить проблему; сужать или расширять запрос, когда это уместно; синтезировать несколько источников по теме, демонстрируя понимание предмета исследования. (ГС-ПС2-5)
      WHST.11-12.8 Собирать соответствующую информацию из нескольких авторитетных печатных и цифровых источников, эффективно используя расширенный поиск; оценить сильные стороны и ограничения каждого источника с точки зрения конкретной задачи, цели и аудитории; интегрируйте информацию в текст выборочно, чтобы поддерживать поток идей, избегая плагиата и чрезмерного доверия к какому-либо одному источнику и следуя стандартному формату цитирования. (HS-PS2-5)
      WHST.11-12.9 Привлекайте доказательства из информационных текстов для поддержки анализа, размышлений и исследований. (HS-PS2-5)
      Математика —
      HSN.Q.A.1 Использование единиц измерения для понимания проблем и решения многошаговых задач; последовательно выбирать и интерпретировать единицы измерения в формулах; выбирать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных. (HS-PS2-5)
      HSN.Q.A.2 Определите соответствующие количества для целей описательного моделирования. (HS-PS2-5)
      HSN.Q.A.3 Выберите уровень точности, соответствующий ограничениям измерения, при сообщении количества. (HS-PS2-5)

      Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

      HS-PS2-5. Спланируйте и проведите расследование, чтобы предоставить доказательства того, что электрический ток может создавать магнитное поле и что изменяющееся магнитное поле может создавать электрический ток. [ Границы оценки: Оценка ограничивается планированием и проведением исследований с использованием предоставленных материалов и инструментов. ]
      Представленные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов документа NRC A Framework for K-12 Science Education :

      Наука и инженерная практика

      Планирование и проведение расследований

      Планирование и проведение исследований для ответов на вопросы или тестирования решений проблем в 9–12 основывается на опыте K–8 и включает в себя исследования, которые предоставляют доказательства и проверяют концептуальные, математические, физические и эмпирические модели.

      • Планировать и проводить расследование индивидуально и совместно для получения данных, которые послужат основой для доказательства, а в плане: определить типы, количество и точность данных, необходимых для получения надежных измерений, и учесть ограничения точности данных (например, количество испытаний, стоимость, риск, время) и соответствующим образом уточнить план.

      Ключевые дисциплинарные идеи

      PS2.B: Типы взаимодействий

      • Закон всемирного тяготения Ньютона и закон Кулона обеспечивают математические модели для описания и предсказания эффектов гравитационных и электростатических сил между удаленными объектами. (HS-PS2-4)
      • Силы на расстоянии объясняются полями (гравитационными, электрическими и магнитными), пронизывающими пространство, которые могут передавать энергию через пространство. Магниты или электрические токи вызывают магнитные поля; электрические заряды или изменяющиеся магнитные поля вызывают электрические поля.

      PS3.A: Определения энергии

      • «Электроэнергия» может означать энергию, хранящуюся в батарее, или энергию, передаваемую электрическим током. (вторичный)

      Концепции поперечной резки

      Причина и следствие

      • Чтобы провести различие между причиной и корреляцией и сделать заявления о конкретных причинах и следствиях, необходимы эмпирические данные.

      Соединения с другими DCI в этом классе:

      HS.PS3.A ; HS.PS4.B ; HS.ESS2.A ; HS.ESS3.A

      Артикуляция DCI по классам:

      MS.PS1.A ; MS.PS2.B ; MS.ESS1.B

      Соединения

      Common Core State Standards:

      ELA/Грамотность —
      WHST.11-12.7 Проводить короткие, а также более длительные исследовательские проекты, чтобы ответить на вопрос (включая самостоятельно сгенерированный вопрос) или решить проблему; сужать или расширять запрос, когда это уместно; синтезировать несколько источников по теме, демонстрируя понимание предмета исследования. (ГС-ПС2-5)
      WHST.11-12.8 Собирать соответствующую информацию из нескольких авторитетных печатных и цифровых источников, эффективно используя расширенный поиск; оценить сильные стороны и ограничения каждого источника с точки зрения конкретной задачи, цели и аудитории; интегрируйте информацию в текст выборочно, чтобы поддерживать поток идей, избегая плагиата и чрезмерного доверия к какому-либо одному источнику и следуя стандартному формату цитирования. (HS-PS2-5)
      WHST.11-12.9 Привлекайте доказательства из информационных текстов для поддержки анализа, размышлений и исследований. (HS-PS2-5)
      Математика —
      HSN.Q.A.1 Использование единиц измерения для понимания проблем и решения многошаговых задач; последовательно выбирать и интерпретировать единицы измерения в формулах; выбирать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных. (HS-PS2-5)
      HSN.Q.A.2 Определите соответствующие количества для целей описательного моделирования. (HS-PS2-5)
      HSN.Q.A.3 Выберите уровень точности, соответствующий ограничениям измерения, при сообщении количества. (HS-PS2-5)

      * Ожидаемые результаты, отмеченные звездочкой, объединяют традиционное научное содержание с инженерным делом посредством основной идеи практики или дисциплины.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.