Конспект уроку на тему "Гіпотеза Ампера"

Тип матеріалу: 
Предмет: 
Навчальний рівень: 

Г.А. Шиліна, с. Надеждівка, Криворізький р-н, Дніпропетровська обл.

Цілі: навчальні: сформувати уявлення школярів про магнітні властивості речовини; ввести поняття магнітної проникності речовини; розповісти учням про гіпотезу Ампера щодо причини намагнічування речовин; розвивальні: розвивати логічне мислення школярів; продовжити розвиток фізичного стилю мислення учнів; продовжити формування у свідомості школярів наукової картини світу шляхом висвітлення єдності та взаємозумовленості електричних та магнітних явищ; виховні: продовжити виховання інтересу школярів до вивчення фізики, виховувати уважність, спостережливість учнів.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

І. Організаційний етап

ІІ. Мотиваційний етап

ІІІ. Операційно-пізнавальний етап

1. Перевірка виконання домашнього завдання. Актуалізація опорних знань учнів

Запитання та завдання для фронтального опитування

1. Яка сила діє на провідник зі струмом, уміщений у магнітне поле?

2. За яким правилом визначають напрямок сили Ампера? Сформулюйте його.

3. Від чого залежить сила Ампера?

4. Як взаємодіють провідники зі струмом, зображені на рисунку 1? Обґрунтуйте, свою думку.

5. Визначте полюси магніту (рис. 2).

6. У який бік обертатиметься рамка зі струмом, уміщена між полюсами магніту (рис. 3)?

7. Розв’яжіть ребус, у якому зашифровано ім’я вченого (рис. 4). (Відповідь: Ампер.)

8. Розшифруйте шифрограму (див. Додаток) та дізнаєтеся відомий вислів А. Ампера. (Правила розшифрування: кожній літері слів-відповідей на запитання відповідає цифра, однакові літери позначено однаковими цифрами.)

Учитель. Розшифрувавши шифрограму, ми дізналися слова, які А. Ампер промовив 18 вересня 1820 р. на засідання Французької академії наук: «Я звів усі магнітні явища до суто електричних ефектів». На сьогоднішньому занятті ми спробуємо пояснити явища намагнічування тіл, вивчивши гіпотезу Ампера.

2. Вивчення нового матеріалу

2.1 Гіпотеза Ампера

Запитання до учнів

1. Що називають електричним струмом?

2. Опишіть будову атома.

Учитель. Як відомо, усі речовини складають з атомів, молекул чи йонів. У кожному атомі чи молекулі рухаються замкнутими орбітами електрони, і цей рух електронів не відрізняється за своїми магнітними властивостями від магнітних властивостей провідника зі струмом. Тому атоми чи молекули мають магнітні властивості. Якщо речовина на намагнічена, то вона не створює магнітного поля. Причиною цього є те, що електронні струми розташовані в такій речовині хаотично (рис. 5, а), а тому їхня сумарна магнітна дія дорівнює нулю.

Якщо ж помістити речовину в зовнішнє магнітне поле, розташування електронних струмів стає частково чи повністю впорядкованим. Тому намагнічену речовину можна розглядати як систему мікроскопічних орієнтованих струмів (рис. 5, б). Важливо зазначити, що, крім створюваного за рахунок обертання навколо ядра магнітного поля, електрон має також власне магнітне поле, що називається спіновим.

Фізична величина, що показує, у скільки разів магнітне поле всередині однорідного середовища відрізняється від магнітного поля у вакуумі, називається магнітного поля у вакуумі, називається магнітною проникністю речовини та позначається літерою μ.

2.2 Діамагнетики та парамагнетики

Учитель. За своїми магнітними властивостями речовини є досить різноманітними. Протягом уроку ми заповнимо таблицю класифікації речовин за їхніми магнітними властивостями (див. Додаток).

Більшість речовин намагнічуються слабко, тож віднесемо їх до групи слабомагнітних. Усі слабомагнітні речовини можна розділити на дві підгрупи: діамагнетики та парамагнетики. Магнітна проникність діамагнетиків μ<1, а магнітна проникність парамагнетиків μ>1, наприклад, магнітна проникність міді μ=0,99991 г, а магнітна проникність алюмінію μ=1,000023. Зі сказаного можна зробити висновок, що діамагнітні речовини послаблюють зовнішнє магнітне поле. Це пояснюється тим, що в атомів діамагнітних речовин за відсутності зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля електронів та магнітні поля, створювані їхнім орбітальним рухом, повністю скомпенсовані. За внесення діамагнітної речовини в зовнішнє магнітне поле компенсація магнітних полів порушується і власне магнітне поле атома виявляється спрямованим проти зовнішнього магнітного поля. До діамагнітних речовин належать водень, вода, скло, цинк, срібло, золото, мідь, вісмут та ін.

В атомах парамагнітних речовин власне магнітні поля електронів та магнітні поля, створювані їхнім орбітальним рухом, скомпенсовані не повністю, і атом внаслідок цього має власне магнітне поле. За відсутності зовнішнього магнітного поля електронні струми розташовані в парамагнітній речовині хаотично, тож магнітні поля атомів виявляються скомпенсованими. За внесення ж речовини в зовнішнє магнітне поле електронні мікроструми орієнтуються таким чином, що їхні магнітні поля спрямовуються за зовнішнім полем. Необхідно врахувати також тепловий рух атомів, який є тим яскравіше вираженим, чим вища температура. Існування теплового руху заважає повній орієнтації електронних струмів, унаслідок чого встановлюється певна переважна орієнтація мікрострумів – тим більша, чим сильнішим є зовнішнє магнітне поле, і тим менша, чим вищою є температура. До парамагнетиків належать азот, повітря, кисень, ебоніт, алюміній, вольфрам, платина та інші речовини.

1845 року Майкл Фарадей встановив здатність усіх тіл намагнічуватись і відкрив, що одні тіла притягуються до магніту (рис. 6, а), а інші відштовхуються від нього (рис. 6, б). Учений запропонував для перших назву парамагнітних, а для других – діамагнітних.

2.3 Феромагнетики

Учитель. Особливий клас магнетиків утворюють речовини, здатні зберігати намагніченість і за відсутності зовнішнього магнітного поля. За найпоширенішим представником – залізом – вони отримали назву феромагнетиків. Магнітна проникність феромагнетиків μ, тобто вони значно підсилюють зовнішнє магнітне поле. Магнітна проникність феромагнетиків не є сталою величиною, а значно залежить від величини зовнішнього магнітного поля. Кожен феромагнетик має певну температуру, за досягнення якої магнітна проникність падає практично до одиниці. Ця температура дістала назву точки Кюрі за ім’ям французького фізика П’єра Кюрі. За температур, вищих від точки Кюрі, усі феромагнітні тіла стають парамагнітними. Наприклад, у заліза точка Кюрі дорівнює 767 °С, у кобальту – 1130 °С. Феромагнетики мають також інші особливості: магнітні властивості феромагнетиків залежать від їхньої обробки; виявляється, що деякі сплави з феромагнетиків майже не магнітні, навпаки – сплави деяких парамагнітних і діамагнітних речовин мають феромагнітні властивості.

Вищезазначені особливості феромагнетиків можна пояснити таким чином. Феромагнітні властивості речовини визначаються не магнітними властивостями окремих атомів чи молекул, а намагнічуванням цілих областей – доменів – ділянках речовини, що містять значну кількість атомів чи молекул (рис. 7, а). Кожен домен є досить сильно намагніченим, але через хаотичність розташування таких областей тіло в цілому є ненамагніченим. Під впливом зовнішнього поля відбувається перегрупування доменів, і перевагу отримують ті області, напрямок магнітного поля яких співпадає з напрямком зовнішнього магнітного поля (вони «поглинають» доменів - сусідів) (рис 7, б).

Якщо прибрати зовнішнє магнітне поле, відбувається процес розмагнічування, але, як і процес намагнічування, він триває довше. Феромагнетики поділяються на дві групи: магніто-м’які та магніто-жорсткі. Сагніто-м’які матеріали майже миттєво втрачають свою намагніченість за зникнення зовнішнього поля; магніто-жорсткі матеріали, навпаки здатні тривалий час зберігати намагніченість. Саме їх ті використовують для виготовлення постійних магнітів. До феромагнетиків належать залізо, нікель, кобальт, гадоліній, деякі сплави та хімічні сполуки. Феромагнетики знайшли широке застосування в різноманітних пристроях: магнітний звукозапис, постійні магніти, магнітні підсилювачі, магнітні сепаратори, магнітна дефектоскопія, електродвигуни, трансформатори тощо.

3. Закріплення вивченого матеріалу

Запитання для фронтального опитування

1. Чому на заводах для перенесення розпечених сталевих деталей не використовують електромагніти?

2. Якщо помістити полум’я свічки між полюсами магніту, то воно виштовхуватиметься з цього простору. Чому?

3. Під час дослідження магнітної проникності рідких речовин роблять таке: рідину наливають у колінчасту трубку та поміщають одне з колін між полюсами сильного магніту (рис. 8). Рідина в цьому коліні піднімається чи опускається залежно від того, є вона парамагнетиком чи діамагнетиком. Поясніть це явище.

IV. Підсумки уроку

Домашнє завдання

Опрацювати конспект

Додаток

Шифрограма

Запитання

1. Пристрій, що перетворює електричну енергію на механічну.

2. Складова електричного двигуна, що створює магнітне поле.

3. Складова електричного двигуна, обмотка, якою тече електричний струм.

4. Рухома частина електричного двигуна.

5. Нерухома частина електричного двигуна.

6. Складова електричного двигуна, контактні пластини, за допомогою яких до рамки підводиться електричний струм.

7. Пристрій, що дозволяє досягти неперервного обертання рамки зі струмом у магнітному полі.

8. Прилад для збудження звукових хвиль під дією електричного струму.

9. Друге ім’я вченого, який експериментально довів існування магнітного поля навколо провідника зі струмом.

10. Складова електровимірювальних приладів електромагнітного типу.

11. Прізвище російського вченого, який сконструював перший у світі електродвигун, придатний для практичного використання.

12. Винахід А. Белла.

Таблиця «Магнітні властивості речовини»

Група

μ

Властивості

Речовини

Слабомагнітні

Діамаг-нетики

<1 стала

Намагнічується проти зовнішнього поля. Магнітна сприйнятливість практично не залежить від температури

Водень, вода, скло, цинк, срібло, золото, мідь, вісмут

Парамаг-нетики

>1 стала

Намагнічується за зовнішнім полем. Магнітна сприйнятливість обернено пропорційна до температури.

Азот, повітря, кисень, ебоніт, алюміній, вольфрам, платина

Феромагнетики

Магнітом’які

>>1 залежить від зовнішнього поля

Намагнічується за зовнішнім полем, мають точку Кюрі; магнітна проникність залежить від зовнішнього магнітного поля; магнітні властивості залежать від обробки; мають залишкову намагніченість

Електротехнічна сталь, вуглецева сталь, деякі сплави, залізо, нікель, кобальт, гадоліній, деякі хімічні сполуки

Магніто-жорсткі

>> 1 залежить від зовнішнього поля

 

 

 

Фізика в школах України. – 2013. – № 1.

Коментарі

Дякую

Дуже чудово!

До публікації на сайті Освітнього порталу "Академія" приймаються нові авторські конспекти уроків; методичні розробки; сценарії виховних заходів; зразки шкільних творів та переказів, які відповідають новій навчальній програмі.

Популярний ВНЗ

Тернопільський національний педагогічний університет ім.В.Гнатюка

Буяк Богдан БогдановичРектор університету
доктор філософських наук,
професор Буяк Богдан Богданович