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 . Возникновение ЭДС при движении провод­ника в магнитном поле.

2. Генератор переменного тока.

Задачи:

1. С какой скоростью должен двигаться проводник длиной 10 см, перпендикулярно к линиям индукции однородного магнитного поля, индукция которого 0,2 Тл, чтобы между концами проводника возникло напряжение 0,01 В. Направление скорости проводника с направлением самого проводника составляет угол 30⁰.

2. П о двум вертикальным металлическим рейкам, замкнутым в верхней части через резистор с сопротивлением 0,2 Ом, без трения скользит стержень длиной 10 см и массой 10 г. Система находится в однородном магнитном поле, индукция которого перпендикулярна плоскости чертежа и равна 0,2 Тл. Определить установив­шуюся скорость падения стержня. Как зависит ответ от направления вектора ?

3. Н а рисунке изображена модель двигателя постоянного тока. ЭДС батареи ε, индукция магнитного поля В, сопротивление цепи R, длина перемычки L. Определите установившуюся угловую скорость перемычки и ток в цепи, если сила трения в подвижном контакте F_тр.

4. По двум горизонтальным металлическим рейкам, в которые с одной стороны включен конденсатор емкости С, без трения скользит стержень длины l и массы m под действием силы F. Система находится в однородном магнитном поле, индукция которого перпендикулярна плоскости чертежа и равна В. Если сопротив­лением подводящих частей контура можно пренебречь, то чему равно ускорение стержня?

Вопросы:

1. Почему электродвигатель может сгореть, если остановить его ротор?

2. В цепь небольшого электродвигателя последовательно с ним включают электрическую лампочку мощностью примерно равной мощности электро­двигателя. В момент включения двигателя лампа загорается, а потом быстро гаснет. Если затормозить ротор, то лампа горит ярко. Объяснит явление.

3. Каким образом электродвигатель превратить в генератор?

III. У соленоида много общего с полосовым магнитом. Должны ли мы из этого заключить, что в магнитах из железа имеются вечные электричес­кие токи (без источника энергии)? Но почему эти токи существуют не во всех материалах? Почему намагниченность веществ различна? В ве­ществе на самом деле существуют вечные токи. Гипотеза Ампера (рису­нок на доске или кододиапозитив).

"...из простого сопоставления фактов мне

представляется невозможным сомневаться в том, что такие токи действительно текут вокруг оси магнита".

Ампер

Электрон в атоме – рамка с током или маленькая магнитная стрелка. Что будет происходить с этими магнитными стрелками во внешнем маг­нитном поле? Демонстрация. Как изменится магнитное поле в веществе? Как влияет на ориентацию этих "магнитных стрелок" тепловое движение? Магнитная индукция в веществе:

где μ – магнитная проницаемость вещества.

Классификация веществ по их магнитным свойствам (диафильм). Диамагнетики. Демонстрация поведения диамагнетика во внешнем поле. Парамагнетики. Демонстрация и объяснение природы парамагнетизма. Ферромагнетики. Почему железо обладает магнетизмом (притягивается к магниту)?

Ферромагнетики отличаются тем, что их намагниченность, появляющаяся в очень слабом магнитном поле в сотни тысяч раз больше, чем у парамагнетика. Например, чтобы в парамагнетике получить такую же намагниченность, какая появляется у железного образца в поле 0,01 Тл, необходимо иметь внешнее поле 1000 Тл. Почему? Доменная структура ферромагнетика. Размеры доменов порядка 10^-2-10^-4 см. Каждый электрон – маленькая магнитная стрелка (спиновой магнитный момент). Свободные электроны во внешнем магнитном поле устанавливаются благодаря спину по линиям этого поля или против них (другого не дано). Пролетая мимо атома ферромагнетика (железа) электрон ориентируется в магнитном поле атома и затем может передать свою ориентацию другому атому решетки, в результате ориентировать его магнитное поле параллельно полю первого атома. Обменное взаимодействие между атомами приводит к возникновению домена, которые располагаются так, что их общее (среднее) магнитное поле равно нулю. Ориенти­ровать целые домены легче, чем огромное количество отдельных "элемен­тарных магнитов". Почему не может быть жидких ферромагнетиков? Намагничивание ферромагнетика во внешнем магнитном поле. Почему ферромагнетики притягивается к магниту, а парамагнетик не притягиваются?

Магнетизм Земли. Решающий опыт Гильберта. Он выточил из куска магнитной руды подобие нашей планеты, поместил на этой модели маленький компас, стрелка которого вела себя как обычно - одним концом указы­вала на север, а другим – на юг.

Историческая справка: После сообщения о результатах своих опытов по взаимодействию параллельных токов Ампер получил вопрос: «Но что же, собственно, нового в том, что Вы сказали? Само собой ясно, что если два тока оказывают действие на стрелку, то они оказывают также действие друг на друга». Ампер не нашел сразу нужного ответа, но ему на помощь пришел Араго. Он вынул из кармана два железных ключа и сказал: «Вот каждый из них тоже оказывает действие на стрелку, однако же, они никак не действуют друг на друга». Почему это так?

IV. Задачи:

1. Предполагая, что электрон в атоме водорода движется по круговой орбите радиусом 5,3 нм. Определите период обращения электрона вокруг ядра и индукцию магнитного поля, создаваемого дви­жущимся электроном в центре его орбиты.

2. Каким магнитным моментом обладает частица с зарядом е и массой m движущаяся со скоростью перпендикулярно однородному и постоянному магнитному полю с индукцией ?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ (гигантская магниторезистентность, ГМР – Нобелевская премия 2007 года по физике): В считывающей головке два слоя ферромагнетика (железа) разделены тончайшим слоем неферромагнитного металла, например, хрома. Теперь намагнитим один слой как целое в одном направлении, а другой – в противоположном направлении. Это происходит спонтанно в соседних доменах. Если теперь по этому «сэндвичу» пропустить электрический ток, то входящие в первый слой электроны разделятся на две группы: ориентированные по полю и против него, причем этим двум токам слой оказывает разное сопротивление. При переходе в другой слой токи «обмениваются сопротивлениями». Если такая головка протягивается над ячейкой жесткого компьютерного диска, то слабое поле намагничивает первый слой и за счет магнитного спаривания (ориентация атомов прошедшими в слой электронами) намагнитится в том же направлении второй слой. Это приведет к огромному изменению суммарного сопротивления и тока. Основываясь на этой технологии, фирма IВМ в 1998 году вышла на рынок с новым жестким диском емкостью 16,8 гигабайт.

V. § 66

1. Нейтрон, не имея электрического заряда, тем не менее, обладает маг­нитным моментом. Как это объяснить?

2. Предложите свою гипотезу земного магнетизма и обоснуйте ее. Попытайтесь объяснить, почему индукция магнитного поля планеты зависит от ее массы и скорости осевого вращения.

3. На некотором расстоянии от прямого длинного постоянного магнита находится могущая вращаться магнитная стрелка, которая показывает направление вдоль магнита.

При разведении половинок разрезанного магнита стрелка меняет первоначальное направление на противоположное направление. Объясните явление (можно использовать два полосовых магнита).

4. Правда ли, что сделать из железа магнит гораздо дешевле, чем из магнита железо?

5. Притяжение магнитом ферромагнитного шарика сопровождается получением механической работы, но для отрыва его и возвращения в исходное состояние необходимо затратить столько же. Так ли это?

6. Разработайте способы размагничивания намагниченного тела.

"... по какому закону природы то происходит, что камень притягивать может железо.

Камень же этот по имени месторождения магнитом назван был греками, ... "

Лукреций

Урок 40/22. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

ЦЕЛЬ УРОКА: Познакомить учеников с природой ферромагнетизма и практическими применениями ферромагнетиков.

ТИП УРОКА: Комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: Катушка с ферромагнитным сердечником, осциллограф, звукосниматель от гитары, штатив с принадлежностями, выпрямитель, кинофильм "Вещество в магнитном поле", обобщающая таблица "Ферромагнетики"

ПЛАН УРОКА: