Как графически изображается магнитное поле

Правило Буравчика в физике — правило правой и левой руки кратко и понятно с формулами и примерами

Еще в глубокой древности было замечено, что некоторые железные руды притягивают к себе железные тела. Древние греки называли куски таких руд магнитными камнями, вероятно, по названию города Магнесия, откуда привозили руду. Сейчас их называют естественными магнитами. Существуют также искусственные магниты. Сегодня вы ознакомитесь с некоторыми свойствами магнитов, узнаете о магнитном взаимодействии, а также о связи магнитных и электрических явлений.

Свойства постоянных магнитов:

В 5 классе, изучая курс природоведения, вы узнали о магнитных явлениях и выяснили, что некоторые тела имеют свойство притягивать к себе железные предметы и сами притягиваются к ним.

Тела, которые длительное время сохраняют магнитные свойства, называют постоянными магнитами.

Первую попытку научного подхода к изучению магнетизма предпринял в XIII в. французский физик Пьер Пелерен де Марикур (точные даты жизни неизвестны) в своем трактате «Послание о магните». Более системно свойства постоянных магнитов исследовал Вильям Гильберт (1544-1603) — английский физик и врач, один из основателей науки об электричестве. Приведем основные из этих свойств.

3. Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, разноименные — притягиваются.

От гол. noord — север; zuiden (нем. ) — юг.

Опыты Эрстеда и Ампера:

Еще ученые Древней Греции предполагали, что магнитные и электрические явления связаны, однако установить эту связь удалось только в начале XIX в.

15 февраля 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) демонстрировал студентам опыт с нагреванием проводника электрическим током. Проводя опыт, ученый заметил, что во время прохождения тока магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника, отклоняется от направления «север — юг» и устанавливается перпендикулярно проводнику (рис. 1.1). Когда ток в проводнике отсутствовал, стрелка возвращалась в начальное положение. Так было установлено, что электрический ток оказывает некоторое магнитное действие.

Рис 1.1. Схема опыта Эрстеда (Здесь и далее наличие символа I означает, что в проводнике течет ток; стрелка рядом показывает направление тока.)

Французский математик и физик Андре Мари Ампер (1775-1836) впервые услышал об опытах X. Эрстеда 4 сентября 1820 г. и уже через неделю продемонстрировал взаимодействие двух параллельно расположенных проводников с током (рис. 1.2). Ампер также показал, что катушки, в которых проходит электрический ток, ведут себя как постоянные магниты (рис. 1.3). Ученый пришел к выводу: поскольку проводники электрически нейтральны (не заряжены), их притягивание или отталкивание не может объясняться действием электрических сил, — «поведение» проводников является следствием действия магнитных сил.

Рис. 1.2. Схема опыта А. Ампера. Если в двух параллельных проводниках проходят токи одного направления, проводники притягиваются (а); если проходят токи противоположных направлений, проводники отталкиваются (б)

Определение магнитного поля

При изучении электрических явлений в 8 классе вы узнали о том, что в пространстве около заряженного тела существует поле, которое называют электрическим, и что именно посредством этого поля осуществляется электрическое взаимодействие между заряженными телами и частицами.

Около намагниченного тела и около проводника с током тоже существует поле — его называют магнитным. Магнитное взаимодействие осуществляется с некоторой скоростью посредством магнитного поля (первым к такому выводу пришел английский физик Майкл Фарадей (1791-1867)).

Рис. 1.3. Катушки с током ведут себя как постоянные магниты

Рассмотрим взаимодействие постоянного магнита и катушки с током (рис. 1.3, б). Катушка с током создает магнитное поле. Магнитное поле распространяется в пространстве и начинает действовать на постоянный магнит (намагниченное тело) — магнит отклоняется. Магнит тоже создает собственное магнитное поле, которое, в свою очередь, действует на катушку с током, — и катушка тоже отклоняется.

Заметим, что магнитное поле существует также около любой движущейся заряженной частицы и около любого движущегося заряженного тела и действует с некоторой силой на заряженные тела и частицы, движущиеся в этом магнитном поле.

Обратите внимание: мы не можем увидеть магнитное поле, но при этом оно, как и электрическое поле, абсолютно реально — это форма материи.

Магнитное поле — это форма материи, которая существует около намагниченных тел, проводников с током, движущихся заряженных тел и частиц и действует на другие намагниченные тела, проводники с током, движущиеся заряженные тела и частицы, расположенные в этом поле.

Подводим итоги:

Тела, длительное время сохраняющие свои магнитные свойства, называют постоянными магнитами. Основные свойства постоянных магнитов: 1) магнитное действие магнита сильнее всего проявляется вблизи его полюсов; 2) одноименные полюсы магнитов отталкиваются, разноименные — притягиваются; невозможно получить магнит только с одним полюсом; 3) при нагревании постоянного магнита до определенной температуры (точка Кюри) его магнитные свойства исчезают.

Магнитное взаимодействие осуществляется посредством магнитного поля. Магнитное поле — это форма материи, которая существует около намагниченных тел, проводников с током, движущихся заряженных тел и частиц и действует на расположенные в этом поле намагниченные тела, проводники с током, движущиеся заряженные тела и частицы.

Индукция магнитного поля, линии магнитной индукции

Мы не можем увидеть магнитное поле, однако для лучшего понимания магнитных явлений важно научиться его изображать. В этом помогут магнитные стрелки. Каждая такая стрелка — это маленький постоянный магнит, который легко поворачивается в горизонтальной плоскости (рис. 2.1). О том, как графически изображают магнитное поле и какая физическая величина его характеризует, вы узнаете из этого параграфа.

Рис. 2.1. Магнитная стрелка — это постоянный магнит. Пунктирной линией показана ось магнитной стрелки

Силовая характеристика магнитного поля

Если заряженная частица движется в магнитном поле, то поле будет действовать на частицу с некоторой силой. Значение этой силы зависит от заряда частицы, направления и значения скорости ее движения, а также от того, насколько сильным является поле.

Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция.

Магнитная индукция (индукция магнитного поля) — это векторная физическая величина, характеризующая силовое действие магнитного поля.

Магнитную индукцию обозначают символом

Единица магнитной индукции в СИ — тесла; названа в честь сербского физика Николы Теслы (1856-1943):

Рис. 2.2. В магнитном поле магнитные стрелки ориентируются определенным образом:северный полюс стрелки указывает направление вектора индукции магнитного поля в данной точке

За направление вектора магнитной индукции в данной точке магнитного поля принято направление, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки, установленной в этой точке (рис. 2.2).

Обратите внимание! Направление силы, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы или на проводник с током, или на магнитную стрелку, не совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Как выразить 1 Тл через другие единицы СИ, по какой формуле можно определить модуль магнитной индукции, как направлена сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

• вне магнита выходят из северного полюса магнита и входят в южный;
• всегда замкнуты (магнитное поле — это вихревое поле);
• наиболее густо расположены у полюсов магнита;
• никогда не пересекаются

Рис. 2.3. Линии магнитного поля полосового магнита

Изображение магнитного поле

На рис. 2.2 видим, как ориентируются магнитные стрелки в магнитном поле: их оси как будто образуют линии, а вектор магнитной индукции в каждой точке направлен вдоль касательной к линии, проходящей через эту точку.

Условные направленные линии, в каждой точке которых касательная совпадает с линией, вдоль которой направлен вектор магнитной индукции, называют линиями магнитной индукции или магнитными линиями.

С помощью магнитных линий графически изображают магнитные поля:

1. за направление линии магнитной индукции в данной точке принято направление вектора магнитной индукции;
2. чем больше модуль магнитной индукции, тем ближе друг к другу чертят магнитные линии.

Рассмотрев графическое изображение магнитного поля полосового магнита, можно сделать некоторые выводы (см. на рис. 2.3). Заметим, что данные выводы справедливы для магнитных линий любого магнита.

Картину магнитных линий можно воспроизвести с помощью железных опилок. Возьмем подковообразный магнит, положим на него пластинку из оргстекла и через ситечко будем насыпать на пластинку железные опилки. В магнитном поле каждый кусочек железа намагнитится и превратится в маленькую «магнитную стрелку». Импровизированные «стрелки» сориентируются вдоль магнитных линий магнитного поля магнита (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Цепочки железных опилок воспроизводят картину линий магнитной индукции магнитного поля подковообразного магнита

Рис. 2.5. Участок, на котором магнитное поле однородно

Однородное магнитное поле

Магнитное поле в некоторой части пространства называют однородным, если в каждой его точке векторы магнитной индукции одинаковы как по модулю, так и по направлению (рис. 2.5).

Рис. 2.6. Магнитное поле внутри полосового магнита (а) и между двумя магнитами, обращенными друг к другу разноименными полюсами (б), можно считать однородным

На участках, где магнитное поле однородно, линии магнитной индукции параллельны и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга (рис. 2.5, 2.6). Магнитные линии однородного магнитного поля, направленные к нам, принято изображать точками (рис. 2.7, а) — мы как будто видим «острия стрел», летящих к нам. Если магнитные линии направлены от нас, то их изображают крестиками — мы как будто видим «оперения стрел», летящих от нас (рис. 2.7, б).

В большинстве случаев мы имеем дело с неоднородным магнитным полем, — полем, в разных точках которого векторы магнитной индукции имеют разные значения и направления. Магнитные линии такого поля искривлены, а их плотность разная.

Рис. 2.7. Изображение линий магнитной индукции однородного магнитного поля, которые перпендикулярны плоскости рисунка и направлены к нам (а); направлены от нас (б)

Магнитное поле Земли

Для изучения земного магнетизма Вильям Гильберт изготовил постоянный магнит в виде шара (модель Земли). Расположив на шаре компас, он заметил, что стрелка компаса ведет себя так же, как на поверхности Земли.

Эксперименты позволили ученому предположить, что Земля — это огромный магнит, а на севере нашей планеты расположен ее южный магнитный полюс. Дальнейшие исследования подтвердили гипотезу В. Гильберта.

На рис. 2.8 изображена картина линий магнитной индукции магнитного поля Земли.

Рис. 2.8. Схема расположения магнитных линий магнитного поля планеты Земля

Линии магнитной индукции магнитного поля Земли не параллельны ее поверхности. Если закрепить магнитную стрелку в карданном подвесе, то есть так, чтобы она могла свободно вращаться как вокруг горизонтальной, так и вокруг вертикальной осей, стрелка установится под углом к поверхности Земли (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Магнитная стрелка в карданном подвесе

Магнитное поле Земли издавна помогало ориентироваться путешественникам, морякам, военным и не только им. Доказано, что рыбы, морские млекопитающие и птицы во время своих миграций ориентируются по магнитному полю Земли. Так же ориентируются, ища путь домой, и некоторые животные, например кошки.

Магнитные бури

Исследования показали, что в любой местности магнитное поле Земли периодически, каждые сутки, изменяется. Кроме того, наблюдаются небольшие ежегодные изменения магнитного поля Земли. Случаются, однако, и резкие его изменения. Сильные возмущения магнитного поля Земли, которые охватывают всю планету и продолжаются от одного до нескольких дней, называют магнитными бурями. Здоровые люди их практически не ощущают, а вот у тех, кто имеет сердечно-сосудистые заболевания и заболевания нервной системы, магнитные бури вызывают ухудшение самочувствия.

Магнитное поле Земли — своеобразный «щит», который защищает нашу планету от летящих из космоса, в основном от Солнца («солнечный ветер»), заряженных частиц. Вблизи магнитных полюсов потоки частиц подлетают довольно близко к атмосфере Земли. При возрастании солнечной активности космические частицы попадают в верхние слои атмосферы и ионизируют молекулы газа — на Земле наблюдаются полярные сияния (рис. 2.10).

Рис. 2.10. При возрастании солнечной активности увеличивается площадь темных пятен на Солнце (а), а на Земле происходят магнитные бури и полярные сияния (б)

Подводим итоги:

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, характеризующая силовое действие магнитного поля. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки. Единица магнитной индукции в СИ — тесла (Тл).

Условные направленные линии, в каждой точке которых касательная совпадает с линией, вдоль которой направлен вектор магнитной индукции, называют линиями магнитной индукции или магнитными линиями.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты, вне магнита они выходят из северного полюса магнита и входят в южный, гуще расположены в тех областях магнитного поля, где модуль магнитной индукции больше.

Планета Земля имеет магнитное поле. Вблизи северного географического полюса Земли расположен ее южный магнитный полюс, вблизи южного географического полюса — северный магнитный полюс.

Магнитное поле тока

Вы уже знаете, что около проводника с током существует магнитное поле. Исследуем магнитное поле прямого проводника с током. Для этого пропустим проводник через лист картона (перпендикулярно листу), насыплем на картон железные опилки и замкнем цепь. В магнитном поле проводника опилки намагнитятся и воссоздадут картину линий магнитной индукции магнитного поля прямого проводника с током — концентрические окружности, охватывающие проводник (см. рис. 3.1). А как определить направление магнитных линий?

Правило Буравчика

Расположим рядом с проводником несколько магнитных стрелок и пустим в проводнике ток — стрелки сориентируются в магнитном поле проводника (рис. 3.1, а). Северный полюс каждой стрелки укажет направление вектора индукции магнитного поля в данной точке, а значит, и направление магнитных линий этого поля.

С изменением направления тока в проводнике изменится и ориентация магнитных стрелок (рис. 3.1, б). Это означает, что направление магнитных линий зависит от направления тока в проводнике.

Рис. 3.1. Определение направления линий магнитной индукции магнитного поля проводника с током с помощью магнитных стрелок

Определять направление линий магнитной индукции с помощью магнитной стрелки не всегда удобно, поэтому используют правило буравчика:

Если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление магнитных линий магнитного поля тока (рис. 3.2, а);

Если направить большой палец правой руки по направлению тока в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление магнитных линий магнитного поля тока (рис. 3.2, б).

Рис. 3.2. Определение направления линий магнитного поля проводника с током с помощью правила буравчика

От чего зависит модуль индукции магнитного поля проводника с током

Вспомните: магнитное действие проводника с током первым обнаружил X. Эрстед в 1820 г. А вот почему это открытие не было сделано раньше? Дело в том, что с увеличением расстояния от проводника магнитная индукция созданного им поля быстро уменьшается. Поэтому, если магнитная стрелка расположена не вблизи проводника с током, магнитное действие тока почти незаметно.

Рис. 3.3. Линии магнитной индукции магнитного поля прямого проводника с током. Проводник расположен перпендикулярно плоскости рисунка; крестик означает, что сила тока в проводнике направлена от нас

Магнитная индукция зависит также от силы тока: с увеличением силы тока в проводнике магнитная индукция созданного им магнитного поля увеличивается.

Магнитное поле катушки с током

Свернем изолированный провод в катушку и пустим по проводу ток. Если теперь вокруг катушки разместить магнитные стрелки, то к одному торцу катушки стрелки повернутся северным полюсом, а к другому — южным (рис. 3.4). Это означает, что около катушки с током существует магнитное поле.

Рис. 3.4. Исследование магнитного поля катушки с током с помощью магнитных стрелок

Как и полосовой магнит, катушка с током имеет два полюса — южный и северный. Полюсы катушки расположены на ее торцах, и их легко определить с помощью правой руки:

Если четыре согнутых пальца правой руки направить по направлению тока в катушке, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление на северный полюс катушки, то есть направление вектора магнитной индукции внутри катушки (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Определение полюсов катушки с током с помощью правой руки

Сравнив магнитные линии постоянного полосового магнита и катушки с током, увидим, что они очень похожи (рис. 3.6). Заметим: магнитная стрелка, подвешенная катушка с током и подвешенный полосовой магнит ориентируются в магнитном поле Земли одинаково.

Подводим итоги:

Около проводника с током существует магнитное поле. Магнитная индукция поля, созданного током, уменьшается с увеличением расстояния от проводника и увеличивается с увеличением силы тока в проводнике.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля проводника с током можно определить с помощью магнитных стрелок или правила буравчика.

Катушка с током, как и постоянный магнит, имеет два полюса. Их можно определить с помощью правой руки: если четыре согнутых пальца правой руки направить по направлению тока в катушке, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление на ее северный полюс.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Зависимость направления магнитных линий от направления тока в проводниках

Оборудование. Интерактивная доска, прибор для демонстрации расположения железных опилок вокруг прямого проводника с током, прибор для демонстрации расположения железных опилок вокруг соленоида, источник тока, катушка на 220 Вт, полосовые магниты, подковообразные магниты, магнитные стрелки, медный провод, железные опилки, магнитики, компас. Презентация (Приложение 1).Дополнительный материал (Приложение 2).

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: урок исследование.

Ход урока

1. Организационный этап

Этап актуализации знаний и действий.

2. Мотивационный этап

• Получение научного факта о связи между направлением линий магнитного поля тока с направлением тока в проводнике и в соленоиде.
• Применение правила буравчика для определения направления линий магнитного поля по направлению тока.
• Применение правила правой руки для определения направления линий магнитного поля по направлению тока.
• Применение правила правой руки для определения направления линий магнитного поля по направлению тока в соленоиде.
• Решение практических задач.
• Подведение итогов.
• Домашнее задание.

1. Учащиеся поймут смысл терминов: “неоднородное и однородное магнитное поле”, “магнитные линии неоднородного и однородного магнитных полей”.
2. Школьники осознают зависимость между направлением линий магнитного поля тока с направлением тока в проводнике и в соленоиде.
3. Ученики смогут решать практические задачи:

– на определение направления линий магнитного поля тока по направлению тока в проводнике;
– на определение направления линий магнитного поля тока по направлению тока в соленоиде;
– по направлению тока в проводнике определять направление магнитных линий магнитного поля тока;
– по направлению тока в соленоиде определять направление магнитных линий магнитного поля тока.

1. Этап актуализации знаний и действий

Магнетизм известен с пятого века до нашей эры, но изучение его сущности продвигалось очень медленно. Впервые свойства магнита были описаны в 1269 году. В этом же году ввели понятие магнитного полюса. Слово “магнит” (от греческого magnetis eitos. Минерал, состоящий из – FeO (31%) Fe₂O₃ (69%)) означает название руды, добывавшейся в местности Магнессия (теперь это город Маниса в Турции). Магнит – “камень Геркулеса”, “любящий камень”, “мудрое железо”, и “царственный камень”.

Слайд 1. Происхождение слова – магнит.
Название это было придумано древнегреческим драматургом Еврипидом (в V век до н.э.) Богатые залежи магнитного железняка имеются на Урале, на Украине, в Карелии и Курской области. В настоящее время удалось создать искусственные магниты, обладающие большими магнитными свойствами, чем естественные. Материалом для них служат сплавы на основе железа, никеля, кобальта и некоторых других металлов.

Слайд 2. Искусственные магниты.
Магнит обладает на разных участках различной притягивающей силой, на полюсах эта сила наиболее заметна. Вам уже известно, что вокруг любого магнита существует магнитное поле. Это поле и притягивает железо к магниту.

Слайд 3. Различная притягивающая сила магнитов на полюсах.
Внешнее, расплавленное, ядро Земли находится в постоянном движении. В результате этого в нем возникают магнитные поля, формирующие в конечном итоге магнитное поле Земли.

Слайд 4. Земной шар – большой магнит.
Ранее вами изучены различные действия электрического тока, в частности – магнитное действие. Проявляется оно в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными. Первые опыты по обнаружению магнитного поля вокруг проводника с током провел Ганс Христиан Эрстед в 1820 году.

Слайд 5. Опыт Ганса Христиана Эрстеда в 1820 году.

Слайд 6. Схема опыта Ганса Христиана Эрстеда в 1820 году.

Его неожиданные и простые опыты с отклонением магнитной стрелки вблизи проводника с током были проверены рядом ученых. Эта проверка принесла и новые результаты,которые составили экспериментальную основу первой теории магнетизма.Он впервые высказал предположение о возможной связи электрического тока и магнетизма, а зафиксирована в1735 году в одном из научных лондонских журналов.Однако разгадка наступила только тогда, когда исследователи научились получать электрический ток.

Рассмотрим серию опытов. Опыт по обнаружению магнитного поля тока. Соберем электрическую цепь по схеме. Расположим вблизи проводника магнитную стрелочку. Ответим на вопрос: “Как взаимодействуют проводник с током и магнитная стрелка, если цепь не замкнута?”.

Слайд 7. Опыт по обнаружению магнитного поля тока.
Ответим на вопрос: “Как взаимодействуют проводник с током и магнитная стрелка, если цепь замкнута?”.

Слайд 8. Опыт по обнаружению магнитного поля тока.
Ответим на вопрос: “Как взаимодействуют проводник с током и магнитная стрелка при размыкании цепи?”.

Слайд 9. Опыт по обнаружению магнитного поля тока.
Опыты навели на мысль о существовании вокруг проводника с током магнитного поля. Из опытов видно, что магнитная стрелка, которая может свободно вращаться вокруг своей оси, всегда устанавливается, ориентируясь определенным образом, в данной области магнитного поля. Исходя из этого, вводится понятие о направлении магнитного поля в данной точке.
Железные опилки притягиваются к постоянному магниту. На основании имеющихся знаний утверждаем, что это происходит благодаря магнитному полю, возникающему вокруг постоянных магнитов.

Слайд 10. Опыт. Железные опилки притягиваются к постоянному магниту..
Делаем вывод о том, что источником магнитного поля являются :

а) движущиеся электрические заряды;
б) постоянные магниты.

Слайд 11. Источники магнитного поля.
С помощью железных опилок демонстрируем спектр магнитного поля прямого тока в данной точке.

Слайд 12. Расположение металлических опилок вокруг прямолинейного проводника с током.
Ответим на вопрос: “Как можно обнаружить магнитное поле?”.

а) с помощью железных опилок. Попадая в магнитное поле, железные опилки намагничиваются и располагаются вдоль магнитных линий.
б) по действию на проводник с током. Попадая в магнитное поле, проводник с током начинает двигаться, т.к. со стороны магнитного поля на него действует сила.

Слайд 13. Варианты обнаружения магнитного поля.
Определим на основании имеющихся знаний причины возникновения магнитного поля.
Утверждаем, что магнитное поле порождается постоянными магнитами и движущимися электрическими зарядами и обнаруживается по действию на движущиеся электрические заряды. С удалением от источника магнитное поле ослабевает.

Слайд 14. Магнитное поле и причины его возникновения. Сделаем выводы:
Вокруг проводника с током (т.е. вокруг движущихся зарядов) существует магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку, отклоняя её.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

• Вокруг неподвижных зарядов существует … поле.
• Вокруг подвижных зарядов … .

Слайд 15. Выводы.

2. Мотивация нового учебного материала

Графическое изображение магнитного поля. Все магниты имеют два вида полюсов. Эти полюса называются южными (S) и северными (N).

Слайд 16. Полюса магнитов.
Представление о магнитном поле можно получить с помощью современных методов. Но это можно сделать и с помощью железных опилок.

Слайд 17. Силовые линии магнитного поля.
Для того чтобы получить вид магнитного поля постоянного магнита необходимо проделать следующее: положить лист картона на полосовой магнит, и равномерно посыпьте его железными опилками. Не сдвигая, магнит и лист картона относительно друг друга, осторожно постучать по листу, чтобы опилки могли свободно перераспределяться. Следить, как выстраиваются опилки на картоне.

Слайд 18. Силовые линии магнитного поля полосового магнита..
Силовые линии магнитного поля – замкнутые линии. Вне магнитные силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.
Линии, образуемые магнитными стрелками или железными опилками в магнитном поле, стали называть силовыми линиями магнитного поля.

Слайд 19. Графическое изображение магнитного поля тока.
Линии вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называются линиями магнитного поля.
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.
Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитных линей магнитного поля.

3. Осмысление нового учебного материала

Мы продолжаем познавать мир. Тема сегодняшнего урока “ Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Зависимость направления магнитных линий от направления тока в проводнике”.

Из курса физики 8 класса вы узнали, что магнитное поле порождается электрическим током. Оно существует, например, вокруг металлического проводника с током. При этом ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. Магнитное поле возникает и в том случае, когда ток проходит через раствор электролита, где носителями зарядов являются положительно и отрицательно заряженные ионы, движущиеся навстречу друг другу.

Поскольку электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными. Напомним, что согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Слайд 20. Направление магнитной линии в точке В
Для наглядного представления магнитного поля мы пользовались магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля) Напомним, что магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. За направление магнитной линии условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенный в эту точку.

Слайд 21. Магнитные линии являются замкнутыми.

Слайд 22. Магнитное поле катушки и постоянного магнита.
Катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет 2 полюса – северный и южный.
Магнитное действие катушки тем сильнее, чем больше витков в ней.
При увеличении силы тока магнитное поле катушки усиливается.
Магнитные линии являются замкнутыми.
Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

Слайд 23. Магнитные линии прямолинейного проводника с током. Слайд 24. Рассмотрим магнитные линии соленоида.
Неоднородное и однородное магнитное поле.
Рассмотрим картину линий магнитного поля постоянного полосового магнита, изображенную на рисунке.

Слайд 25. Представление магнитного поля с помощью магнитных линий.
Из курса физики 8 класса мы знаем, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность. Вне магнита линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит , возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает .Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на неё поле магнита .Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы с которой поле действует на стрелку ,тоже меняется от точке к точке. Таким образом, сила с которой поле полосового магнита действует на помещённую в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называется неоднородным.

Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густо та меняется от точки к точке.
Свойства магнитных линий:если магнитные линии искривлены и расположены с неодинаковой густотой, то магнитное поле – является неоднородным.

Слайд 26. Свойства магнитных линий.

В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению. Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой. Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части.

Слайд 27. Свойства магнитных линий.

Слайд 28. Однородные и неоднородные магнитные поля.

1. Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому магнитное поле называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов.
2. Чем гуще расположены магнитные линии, тем магнитное поле сильнее.
3. Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое магнитное поле называют однородным.
4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках магнитного поля, разная. Такое магнитное поле называют неоднородным.

Слайд 29. Что нужно знать о магнитных линиях?
Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом.
Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками, а если из-за чертежа к нам – то точками. Как и в случае с током, каждый крестик – это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка – острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).

1. При помощи магнитной стрелки.
2. По правилу буравчика.
3. По правилу правой руки.

Слайд 31. Определение направления магнитных линий.

Первое правило правой руки: если обхватить проводник ладонью правой руки, направив отставленный большой палец вдоль тока, то остальные пальцы этой руки укажут направление силовых линий магнитного поля данного тока.

Слайд 32. Первое правило правой руки.

Второе правило правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.

Слайд 33. Второе правило правой руки.
Если поместить в некоторую точку магнитного поля рамку с током, то магнитное поле окажет на неё ориентирующее действие – рамка установится в магнитном поле определенным образом. Теперь к рамке нужно провести нормаль. По направлению нормали можно определить направление вектора магнитной индукции в этой точке магнитного поля.

Правило буравчика: если ручку буравчика вращать по направлению тока в рамке, то направление хода буравчика покажет направление вектора магнитной индукции в данной точке поля.

Слайд 34. Правило буравчика.
Решение практических задач.

Слайд 35. Какие утверждения являются верными?

А) В природе существуют электрические заряды.
Б) В природе существуют магнитные заряды.
В) В природе не существует электрических зарядов.
Г) В природе не существует магнитных зарядов.

а) А и Б, б) А и В, в) А и Г, г) Б, В и Г.

Слайд 36. Закончить фразу: “Вокруг проводника с током существует.

а) Магнитное поле.
б) Электрическое поле.
в) Электрическое и магнитное поле.

1. Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому магнитное поле называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов.
2. Чем гуще расположены магнитные линии, тем магнитное поле сильнее.
3. Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое магнитное поле называют однородным.
4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках магнитного поля, разная. Такое магнитное поле называют неоднородным.

Слайд 38. На что указывает северный полюс магнитной стрелки? Какими бывают магнитные линии?

Слайд 39. Направление магнитных линий совпадает с … направлением магнитной стрелки.

Слайд 40. В какой точке магнитное поле самое сильное?

Слайд 41. Определить направление тока по известному направлению магнитных линий.

Слайд 42. Ответ. Определение направления тока по известному направлению магнитных линий.

Слайд 43. Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости рисунка?

Слайд 44. Какой из вариантов, соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного вертикально?

Слайд 45. Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг соленоида?

Слайд 46. Что собой представляют магнитные линии соленоида?

4. Осознание учебного материала

Вопросы: Слайд 47.

1. Какие утверждения являются верными?

А) В природе существуют электрические заряды.
Б) В природе существуют магнитные заряды.
В) В природе не существует электрических зарядов.
Г) В природе не существует магнитных зарядов.

а) А и Б, б) А и В, в) А и Г, г) Б, В и Г.

2. Чем порождается магнитное поле?

3. Чем создается магнитное поле постоянного магнита?

4. Что такое магнитные линии?

5. О чем можно судить по картине линий магнитного поля?

6. Какое магнитное поле – однородное или неоднородное – образуется вокруг полосового магнита? вокруг прямолинейного проводника с током? внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?

Магнитное поле и его графическое изображение

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Магнитное поле и его графическое изображение»

В восьмом классе мы с вами затрагивали тему магнитных полей. Тогда мы говорили о том, что магнитное поле порождается электрическим током. Подобно другим физическим полям, магнитное поле не действует на наши органы чувств. Но реальность его существования проявляется, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые принято называть магнитными силами.

То, что между электричеством и магнетизмом существует связь, можно показать с помощью опыта, проведённого в тысяча восемьсот двадцатом году датским физиком Хансом Кристианом Эрстедом. Установка состоит из магнитной стрелки, укреплённой на острие, и проводника, соединённого с источником тока. До включения тока стрелка располагается в магнитном поле Земли, ориентируясь с севера на юг. Проводник располагают над магнитной стрелкой, параллельно ей. Замкнув цепь, мы увидим, как магнитная стрелка начнёт поворачиваться, пока не установится перпендикулярно проводнику с током. Разомкнём цепь — стрелка возвращается в своё исходное положение.

Если изменить направление тока в проводнике на противоположное, то стрелка также поворачивается и устанавливается перпендикулярно к проводнику, но уже в противоположном направлении.

Таким образом, можно говорить о том, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником с током. Следовательно, вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое и совершает работу по повороту магнитной стрелки.

На основании подобных многочисленных опытов было установлено, что во всех случаях при движении заряженных частиц обязательно появляется магнитное поле, независимо от рода проводника или среды, в которой эти частицы движутся.

А теперь давайте вспомним, как объясняется наличие магнитного поля у постоянных магнитов. Итак, согласно гипотезе великого французского физика Андре Мари Ампера, внутри каждой молекулы вещества, подобного железу или его сплавам, циркулируют кольцевые электрические токи.

И если эти элементарные токи ориентированы одинаково, то вокруг них существуют магнитные поля, которые также будут иметь одинаковое направление. В результате эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита. Гипотеза Ампера была очень прогрессивна для начала девятнадцатого века, поскольку ещё не было известно ни о строении атома, ни о движении заряженных частиц — электронов вокруг ядра.

Существование магнитного поля вокруг магнита можно обнаружить множеством способов. На практике удобнее использовать мелкие железные опилки, насыпанные на картонный или пластиковый экран.

Изучим магнитное поле прямого проводника с током. Для этого сквозь лист картона пропустим проводник, соединённый с источником тока. Насыплем на картон тонкий слой железных опилок. При включении тока железные опилки под действием магнитного поля переориентируются, показывая картину линий магнитного поля.

Несколько изменим опыт: вместо металлических опилок поставим на лист картона магнитные стрелки. При замыкании электрической цепи стрелки расположатся вдоль линий магнитного поля. Если же изменить направление тока в проводнике, то все стрелки повернутся на 180 о .

Наш опыт позволяет наглядно показать так называемые силовые линии магнитного поля (или просто магнитные линии). В восьмом классе мы говорили о том, что магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы магнитные стрелки, помещённые в магнитное поле.

Исходя из результатов опыта, мы можем утверждать, что линии магнитного поля имеют определённое направление, которое связано с направлением тока в проводнике. В настоящее время принято считать, что направление линий магнитного поля в каждой точке совпадает с направлением, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённый в эту точку поля.

Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в которой существует магнитное поле. При этом надо помнить, что она проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпала с осью магнитной стрелки, помещённой в эту точку.

Теперь давайте вспомним, как выглядят линии магнитного поля постоянного полосового магнита. Для этого расположим маленькие магнитные стрелки вокруг магнита. Они мгновенно придут в движение и расположатся в строго определённом порядке.

Из курса физики восьмого класса вы уже знаете, что магнитные линии полосового магнита выходят из его северного полюса и входят в южный. При этом они не имеют ни начала ни конца: они либо замкнуты, либо уходят на бесконечность, в чём легко убедиться с помощью железных опилок.

Не трудно заметить, что опилки располагаются в виде цепочек, причём с разной плотностью вокруг магнита. Это говорит о том, что действия, которые оказывает магнит на опилки, в разных точках поля различны. Наиболее сильно это действие проявляется возле полюсов магнита. А чем дальше от полюсов, тем слабее подобное действие, следовательно, тем слабее магнитное поле.

Такое магнитное поле в физике называют неоднородным. Его магнитные линии искривлены, а густота меняется от точки к точке.

Примером неоднородного магнитного поля служит и поле прямого проводника с током.

На рисунке вы видите схематические изображения двух участков таких проводников.

Давайте вспомним, что кружочек в центре обозначает сечение проводника, крестик — что ток направлен от нас за чертёж, а точка — что ток направлен наоборот, из-за чертежа к нам. Эти обозначения именуют правилом стрелы. Точка обозначает острие, летящей в нашу сторону стрелы, а крестик её хвостовое оперение, которое можно было бы увидеть, если бы стрела улетела от нас.

Обратите внимание на то, что магнитные линии прямого тока представляют собой концентрические окружности, центром которых является сам проводник с током. В тех областях пространства, где магнитное поле сильнее, магнитные линии изображаются ближе друг к другу (то есть гуще), и наоборот.

Таким образом, по картине магнитных линий можно судить не только о направлении магнитного поля, но и о его величине.

Что касается однородного магнитного поля, то его есть смысл рассматривать только в некотором приближении. Дело в том, что однородное магнитное поле — это поле, в каждой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Поскольку линии магнитного поля всегда искривлены, то об однородности поля и говорят только приблизительно. Примером однородного магнитного поля может служить поле внутри полосового магнита вблизи его середины.

Ещё одним примером практически однородного поля является поле, возникающее внутри соленоида, если длина соленоида намного больше его диаметра. Однако вне катушки с током, поле неоднородно и его магнитные линии располагаются примерно также, как и у полосового магнита.

Также видно, что магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Рассмотрим ещё один опыт. Расположим магнитные стрелки вокруг проводника с током, имеющего форму витка. Замкнув цепь увидим, что стрелки в магнитном поле расположились вдоль линий магнитного поля, но ориентированы они по-разному. Объясняется это тем, что в левой части установки ток «выходит» из листа, а в правой — «входит» в него.

Исходя из результата этого опыта, говорить о том, что линии магнитного поля имеют определённое направление, которое связано с направлением тока в проводнике.

Эта связь может быть выражена с помощью правила буравчика (или правила правого винта). Он заключается в следующем: если вращать ручку буравчика так, чтобы его остриё двигалось по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока.

Направление линий магнитного поля можно определить и иначе, например, с помощью правила правой руки: если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током, то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.

Похожее правило применимо и для определения направления магнитного поля внутри соленоида: если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы согнутые четыре пальца указывали направление тока в витках, то отставленный на девяносто градусов большой палец, укажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

И последнее, на что хотелось бы обратить ваше внимание. Для изображения однородного магнитного поля, перпендикулярного плоскости чертежа, пользуются таким приёмом. Если линии магнитного поля направлены от нас за чертёж, то их изображают крестиками.

А если из-за чертежа к нам — то точками. Как и в случае с током, крестик — это как бы видимое нами оперение стрелы, летящей от нас, а точка — это остриё стрелы, летящей к нам.

Магнитное поле и его графическое изображение.

Магнетизм – это физическое явление, при котором материалы оказывают притягивающую или отталкивающую силу на другие материалы на расстоянии. Некоторыми хорошо известными материалами, демонстрирующими магнитные свойства, являются железо, некоторые виды стали и природный минерал магнетит (магнитный железняк). В действительности, все материалы в большей или меньшей степени подвержены воздействию магнитного поля, хотя в большинстве случаев это воздействие слишком мало, чтобы быть обнаружено без специального оборудования

Это явление известно людям очень давно. Свое название оно получило от города Магнетии в Малой Азии, где были обнаружены залежи магнитного железняка – «камня, притягивающего железо».

Первым письменным свидетельствам знакомства человека с магнитными свойствами некоторых материалов более двух тысяч лет. В одном из таких источников – замечательной поэме «О природе вещей», написанной Титом Лукрецием Каром в I веке до нашей эры, читаем:

«Также бывает, что попеременно порода железа

Может от камня отскакивать или к нему привлекаться.

Также и то наблюдал я, как прыгают в медном сосуде

Самофракийские кольца железные или опилки

В случае, если под этим сосудом есть камень магнитный».

Лукреций объяснял магнетизм «магнитными токами», истекающими из «камня-магнита», а силу притяжения образно рисовал так:

«Связь такова здесь, как будто крючки, зацепившись за петли.

Держатся между собой в сочетанье известном, какое

Можем увидеть мы между железом и камнем магнитным».

Одно из первых практических использований магнетизма – компас. Наши предки заметили: продолговатый кусочек магнитного железа, подвешенный на нитке или прикрепленный к пробке, плавающей в воде, всегда располагается так, что один его конец показывает на север, а другой – на юг. Компас был изобретен в Китае примерно за тысячу лет до нового летосчисления; в Европе он известен с XII века. Без этого простейшего навигационного прибора были бы невозможны Великие географические открытия XV. XVII веков.

Магнитное поле и его графическое изображение.

Основные свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).

2. магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).

Согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля). Напомним, что магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле. Магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг к другу, т. е. гуще, чем в тех местах, где поле слабее. Таким образом, по картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля (т. е. о том, в каких точках пространства поле действует на магнитную стрелку с большей силой, а в каких – с меньшей).