В магнитном поле

ЦЕЛЬ УРОКА: Изучить явление возникновения ЭДС при движении провод­ника в магнитном поле и рассмотреть практические применения этого явления.

ТИП УРОКА: Комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: Магнит дугообразный, проводник, гальванометр, катушки Гельмгольца, прибор "Рамка в магнитном поле".

ПЛАН УРОКА:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 20 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Практические применения свойства магнитного поля действовать на движущуюся заряженную частицу.

Задачи:

1. α-частица, ускоренная напряжением 250 кВ, пролетает поперечное однородное магнитное поле с индукцией 0,51 Тл. Толщина области с полем 10 см. Определить угол отклонения α-частицы от первоначального направления движения.

2. П ротоны движутся по окружности радиусом 8,1 см в магнитном поле с индукцией 0,58 Тл. Какое электрическое поле надо наложить, чтобы протоны двигались по прямой линии? Как должен быть направлен вектор , ? Селектор скоростей: Если заряженные частицы движутся во взаимно перпендикулярных электрических и магнитных полях, то прямолинейно будут распространяться частицы, у которых скорость . Их можно выделить, поместив на их пути диафрагму.

3. Частица массой m с зарядом q движется с постоянной по модулю скоростью в области пространства, где имеются три взаимно перпендикулярных поля: электрическое с напряженностью E, магнитное с индукцией B и поле тяжести g. В некоторый момент поля E и B выключают. Минимальная кинетическая энергия частицы в процессе последующего движения составляет половину начальной. Найдите проекции скорости частицы на направление полей E, B и g.

Вопросы:

1. Увеличение скорости заряженных частиц в циклотроне осуществляется исключительно за счет воздействия на частицы электрического поля. Зачем необходимо еще и магнитное поле?

2. Начальная скорость электрона составляет некоторый угол с совпадающими по направлению векторами напряженности электрического поля и индукции магнитного поля. Каков характер движения электрона?

3. Узкий канал заполнен жидкостью. Если нужным образом создать электрическое и магнитное поля, то жидкость начнет течь. Почему?

4. Почему частица, движущаяся по спирали в неоднородном магнитном поле, «отражается» от области, где магнитная индукция этого поля больше?

5. От каких параметров частицы зависит форма ее траектории при движении в гравитационном поле, электрическом поле, магнитном поле?

6. Изменяется ли скорость заряженной частицы при ее движении в неоднородном магнитном поле?

7. Каким образом постоянная аннигиляция магнитных полей в верхней части солнечной атмосферы приводи к возникновению вспышек и разогреву короны?

8. Утверждают, что при приближении кометы к Солнцу на ее голову налетает солнечный ветер, который захватывает своим магнитным полем ионы кометного газа, и гонит их прочь от Солнца. Так ли это?

III. Возникновение ЭДС при движении проводника в магнитном поле (демонстрация). Движение свободных положительно заряженных частиц в проводнике при его перемещении в однородном магнитном поле (можно и отрицательно заряженных). Для неподвижного наблюдателя-учителя перераспределение свободных зарядов в проводнике вызывается магнитной силой (сторонняя сила): F_м = q∙υ∙В. В выражение для магнитной силы входит скорость частицы (относительно чего, какой системы отсчета?).

Вывод: Проводник, движущийся в магнитном поле, новый источник электрического тока!

Какова простершая конструкция этого источника тока?

ε = υ∙В∙l

Е = υ∙В

Для наблюдателя, который движется вместе с проводником, магнитной силы нет, но перераспределение зарядов происходит (заряд сохраняется). Почему? Это явление похоже на электростатическую индукцию. Вместо магнитной силы можно считать, что на заряженную частицу действует внешнее электрическое поле, которое существует в системе отсчета, связанной с проводником. Тогда можно было бы перемещать и метлу!

В ее системе отсчета существовало бы электрическое поле!

Вывод: В движущейся системе отсчета сторонняя сила - электрическая сила.

Е = υ∙В

ε = E∙l =υ∙В∙l

Вывод: Если в одной системе отсчета существует только магнитное поле, то в любых других, движущихся относительно данной, будет существовать и электрическое поле! Магнитные и электрические поля преобразуются при переходе из одной ИСО в другую!

Мощность, которую я затрачиваю, (модель генератора).

Модель генератора постоянного тока:

З адача: По горизонтальным рельсам, замкнутым через лампочку сопротивлением R_л, равномерно скользит под действием силы металлический стержень длиной L, расположенный перпендикулярно рельсам. Система находится в однородном магнитном поле , составляющем угол с вертикалью. Сопротивление стержня R, сопротивлением рельсов можно пренебречь. Равнодействующая сил трения в подвижных контактах F_тр. Определите силу тока в цепи генератора и его КПД.

МГД – генератор – новый источник электрического тока.

МГД – двигатель.

Генератор. Принцип действия генератора переменного тока (демонстра­ция с катушками Гельмгольца и рамкой). Определение направления электрического тока в рамке.

Модель двигателя постоянного тока: .

IV. Задачи:

1. Коснувшись клемм батареи низкого напряжения языком, можно буквально попробовать электричество на вкус. Например, довольно сильное ощущение вызывает 4,5 В при расстоянии между клеммами 6 см. С какой скоростью нужно трясти головой между полюсами магнита цикло­трона (В = 2 Тл), чтобы ощущать то же самое?

2. Поток проводящей жидкости течет по керамической трубе. Для опре­деления скорости течения жидкости трубу помещают в однородное маг­нитное поле, перпендикулярное оси трубы. В трубе закрепляют два электрода, образующих плоский конденсатор, и измеряют разность по­тенциалов между электродами. Найти скорость потока, если магнитная индукция поля 0,01 Тл, расстояние между электродами 2 см, измеренная разность потенциалов 0,4 мВ.

3. Самолет летит горизонтально, держа курс строго на север при сильном западном ветре, имеющем скорость 40 м/с. Собственная скорость самолета 720 км/ч. Чему равна разность потенциалов между концами крыльев самолета, если размах крыльев составляет 50 м, а вертикальная составляющая магнитного поля Земли 50 мкТл?

4. По горизонтальным параллельным рельсам, расстояние между которыми L, скользит без трения перемычка массой m. Рельсы соединены резистором сопротивлением R и находятся в однородном магнитном поле с индукцией B. Перемычке сообщают скорость υ₀. Какое расстояние она пройдет до остановки?

5. Металлический стержень массой m лежит на двух проводящих рейках, расположенных в горизонтальной плоскости. Рейки через ключ подсоединены к пластинам конденсатора, а вся система находится в однородном магнитном поле с индукцией В, направленной вертикально. В начальный момент заряд на конденсаторе равен q₀, ключ разомкнут, а стержень покоится. Затем ключ замыкают. Определить заряд на конденсаторе в момент, когда скорость стержня достигнет величины υ. Расстояние между рейками l. Индуктивностью цепи, а также силами трения пренебречь.

Вопросы:

1. Почему во время грозы нельзя ложиться на землю? (Самый лучший способ защиты: найти овраг или ложбину и сесть, обхватив ноги руками).

2. Предложите проект МГД - двигателя для морского судна.

3. Металлический стержень, не соединенный с другими проводниками, движется в магнитном поле. Почему, не смотря на наличие ЭДС, по стержню не течет ток?

4. Между концами крыльев самолета, летящего в магнитном поле Земли, натянута изолированная проволока. Можно ли экспериментально доказать наличие индуцированного электрического поля в этой проволоке?

5. Какие из перечисленных объектов не создают магнитное поле?

   • Раздробленный на мелкие кусочки полосовой магнит.

   • Люминесцентная лампа

   • Нейтрон.

   • Спираль лампочки накаливания при пропускании по ней тока.

   • Аккумулятор при его зарядке.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ (модель электрического двигателя постоянного тока):

З адача 1: По горизонтальным рельсам может перемещаться металлический стержень длиной L, расположенный перпендикулярно рельсам. Система находится в однородном магнитном поле , составляющем угол с вертикалью. ЭДС источника тока , сопротивление стержня R, сопротивлением источника тока и рельсов можно пренебречь. Равнодействующая сил трения в подвижных контактах F_тр. Определите силу тока в цепи, скорость движения стержня и КПД этого двигателя. Покажите, что работу магнитного поля можно определить по формуле: .

Задача 2: Прямоугольный контур, стороны которого имеют длины и , находится в однородном магнитном поле с индукцией и может вращаться вокруг оси . По контуру течет ток I. Определите механическую работу, совершенную магнитным полем при повороте контура на 180⁰, если вначале плоскость контура была перпендикулярна вектору индукции магнитного поля.

V. Конспект

1. Предложите проект МГД - насоса для перекачки жидкого металла (ртути) по трубе.

2. Механические колебания тонкой металлической пластинки между полюсами сильного магнита приводят к появлению индукционного тока (лежачие полицейские). Предложите проект устройства (устройство Биби).

"В связи с этим я свел все магнитные явления к чисто электрическим эффектам".

Ампер

Урок 39/21. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

ЦЕЛЬ УРОКА: Познакомить учащихся с классификацией веществ по их магнитным свойствам. Дать представление о гипотезе Ампера и обосновать ее.

ТИП УРОКА: Комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: Прибор для демонстрации магнитных свойств вещества, универсальный трансформатор с принадлежностями, блок питания, диа­фильм "Магнитные свойства вещества", кинофильм "Магнитные свойства вещества".

ПЛАН УРОКА: