План–конспект урока по физике «Модуль вектора магнитной индукции. Сила Ампера» (11 класс)

Цель : Сформировать у учащихся понятие о модуле вектора магнитной индукции, понятие о силе Ампера, оценить уровень знаний учащихся по данной теме.

Задачи:

Образовательные:

1. Научить учащихся правильно определять модуль вектора магнитной индукции и силы Ампера .

2. Научить применять правило левой руки для определения направления силы Ампера .

3. На учить решать задачи по данной теме, учить применять знания на практике.

Воспитательные: формирование умения культуры общения (внимательно слушать друг друга, анализировать услышанное), умения работать коллективно и в парах .

Развивающие: Развитие физического мышления учащихся, расширение понятийного аппарата учащихся, формирование умений анализировать информацию, делать выводы из наблюдений и опытов.

Оборудование: катушка, гальванометр, постоянный магнит, соединительные провода, прибор для демонстрации силы Ампера.

Организационный этап.

-Здравствуйте, ребята, садитесь.

Ученики настраиваются на урок, проверяют домашнее задание.

Актуализация знаний.

Проверяем домашнее задание с разбором у доски.

По задачнику А.П.Рымкевича:

№831.В каком направлении повернется магнитная стрелка в контуре с током, как показано на рисунке 89?

№832. Обозначить полюсы источника тока, питающего соленоид, чтобы наблюдалось указанное на рисунке 90 взаимодействие.

Какое явление рассматривается в задаче?

Как определить направление вектора магнитной индукции? По какому правилу?

Как определить направление вектора магнитной индукции внутри рамки с током?

Как направлен ток в соленоиде(как определить полюса)?Как будут вести себя одноименные полюса магнита, если их приближать друг к другу? Как определить направление вектора магнитной индукции?

Силовые линии магнитного поля охватывают ток, причем направление вектора магнитной индукции определяется правилом буравчика( правого винта). Во внутренней части контура с током, изображенного на рисунке, силовые линии направленны от наблюдателя за плоскость чертежа. Магнитная стрелка поворачивается так, чтобы ее направление от S к N совпало с направлением вектора магнитной индукции. Поэтому полюс N стрелки повернется за плоскость чертежа.

Одноименные полюса с током отталкиваются, в данном же случае стрелка остановилась в равновесии, значит слева у соленоида полюс N,а справа S.

Внутри проводника с током (соленоида) вектор магнитной индукции направлен от полюса S к полюсу N.(По правилу буравчика определяем, как направлен ток. Ток же направляется от «+» к «-».Получаем справа полюс «+», слева «-»

Мотивационный этап.

Магнитное поле действует на все участки проводника с током. Зная силу, действующую на каждый малый участок проводника, можно вычислить силу, действующую на весь замкнутый проводник в целом.

Закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника (элемент тока), был установлен в 1820 г. А. Ампером. Так как создать обособленный элемент тока нельзя, то Ампер проводил опыты с замкнутыми проводниками. Меняя форму проводников и их расположение, он сумел установить выражение для силы, действующей на отдельный элемент тока.

Выясним экспериментально, от чего зависит сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Это позволит нам дать определение модуля вектора магнитной индукции, а затем найти силу Ампера.

Запишем тему урока.

Запись темы на доске: «Модуль вектора магнитной индукции. Сила Ампера»

Изучение нового материала.

Действие магнитного поля на проводник с током будем изучать на следующей установке.

Свободно подвешенный горизонтально проводник находится в поле постоянного подковообразного магнита. Поле магнита сосредоточено в основном между его полюсами, поэтому магнитная сила действует практически только на часть проводника длиной , расположенную непосредственно между полюсами. Сила измеряется с помощью специальных весов, которые соединяют с проводником двумя стерженьками. Она направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.

Увеличиваем силу тока в 2 раза, Что видим?

Добавив еще один такой же магнит, мы в 2 раза увеличим размеры области, где существует магнитное поле, и тем самым в 2 раза увеличим длину части провод­ника, на которую действует магнитное поле. Что наблюдаем?

И наконец, меняем наклон подставки, на ко­торой находятся магниты, так, чтобы изменялся угол меж­ду проводником и линиями магнитной индукции. Когда сила достигает максимального значения Fm ?

Вывод: сила Ампера зависит от угла, образованного вектором с проводником.

Итак, максимальная сила, действующая на отрезок проводника длиной Δl, по которому идет ток, прямо про­порциональна произведению силы тока на длину участка

Этот опытный факт можно использовать для определе­ния модуля вектора магнитной индукции. В самом деле, поскольку , то отношение не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводни­ка. Именно поэтому это отношение можно принять за ха­рактеристику магнитного поля в том месте, где располо­жен участок проводника длиной Δl.

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

Магнитное поле полностью характеризуется вектором магнитной индукции . В каждой точке магнитного поля можно определить направление вектора магнитной индук­ции и его модуль, если измерить силу, действующую на от­резок проводника с током.

Модуль силы Ампера. Пусть вектор магнитной индукции составляет угол α с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). (За направление эле­мента тока принимают направление, в котором по проводни­ку идет ток.) Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. (Показ опыта). Модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора , перпендикулярной проводнику, т. е. от B┴ = В sinα, и не зависит от составляющей BII, направленной вдоль проводника.

Максимальная сила Ампера равна: ей соответствует угол α = . При произвольном значении угла α сила пропорциональна не В, а составляющей B┴ = В sin α. Поэтому выражение для силы F , действующей на малый отрезок проводника Δ l, при силе тока в нем I , со стороны магнитного поля с индукцией В, составляющей с элементом тока угол, имеет вид

F = I │B│Δl sin α.

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

Запишем это.

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки:

если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были на­правлены по направлению тока, то отогнутый на 90 0 боль­шой палец укажет направление силы, действующей на от­резок проводника. Это правило справедливо во всех случаях.

Единица магнитной индукции . Мы ввели новую величи­ну - вектор магнитной индукции. За единицу модуля век­тора магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, в котором на отрезок провод­ника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила F т = 1 Н. Согласно формуле единица магнитной индукции равна 1

Единица магнитной индукции получила название тесла (Тл) в честь югославского ученого-электротехника Н. Тес­ла (1856-1943).

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы - амперметрах и вольтметрах.

Закон Ампера используют для расчета сил, действую­щих на проводники с током, во многих технических уст­ройствах. В частности - в электроизмерительных приборах, с которыми мы ознакомились в предыдущих классах, и в громкоговорителях.

Отвечают на вопросы, вступают в дискуссию, делают выводы, делают записи в тетрадях.