Тема: Взаимодействие токов. Магнитный поток

Гр

Внимание!

Уважаемый обучающийся, все работы выполняются в рабочих тетрадях по физике. Если нужно выполнить работу отдельно на двойном листе, об этом написано в работе. Основные определения и формулы учить наизусть, а все образцы задач записать и внимательно изучить. Оформление: дата (согласно расписанию); затем - классная работа,; после тема занятия, прописываются теория, в конце выполняются задания

Все работы высылаем на мой e mail: helen.mails@mail.ru

Если нет учебника, то можете воспользоваться его электронной версией. Учебник по Физике за 11 класс, в котором вы найдете задание находится по ссылке: https://rl.odessa.ua/media/_For_Liceistu/Physics/Myakishev_Phys-11.pdf

Тема: Закон Ампера

Цель урока:

На основании экспериментальных данных доказать, что магнитное поле обнаруживается по его действию на электрический ток, познакомить учащихся с правилом левой руки, формировать умение определять направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле и вычислять силу Ампера.

Задачи урока:

Активизация мыслительной деятельности, формирование мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить. Воспитание ответственного отношения к учебному труду, активизация познавательного интереса учащихся, воспитание отношения к информации как к третьей сущности мира наряду с веществом и энергией.

Ход урока:

1. Изучение нового материала.

1. Библиографические сведения(слайд № 2).

1. Закон Ампера.

Изучая, как проводники различной формы, по которым протекает ток, взаимодействуют между собой, Ампер установил, что это взаимодействие может рассматриваться как совокупность взаимодействий сколь угодно малых участков этих проводников с током (элементов тока).

Элементом тока называют векторную величину IΔ l, равную произведению силы тока I в проводнике на длину Δ l данного участка проводника. Направление элемента тока совпадает с направлением тока на этом участке проводника.

Исследования Ампера показали, что магнитное поле действует на каждый элемент тока любого проводника, находящегося в этом поле, с силой (слайд № 3)

Если магнитное поле является однородным и проводник длиной l целиком находится в нем, то формула силы Ампера принимает вид F = IΔ l Bsinα.

Силу, действующую на проводник с током (или элемент тока) в магнитном поле называют силой Ампера, а формулы, приведенные выше являются выражением закона Ампера.

Определение (слайд № 4): Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.

Справедливость закона Ампера можно показать на следующем опыте(слайд № 5 с видеофрагментом «Сила Ампера»)

 

1. Частные случаи действия силы Ампера(слайд № 6)::

1. Направление силы Ампера (слайд № 7):

1. Решение задач(слайды № 8,9).

 

Наглядно работу силы Ампера можно представить с помощью следующего опыта(слайд № 10):

1. Домашнее задание

 

Прочитать параграфы: 3 и 4 и 3 параграфе ответить письменно на вопросы №1-4 в тетрадях по физике.

Решить задачи (письменно):

1 Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45o к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

2. Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле с индукцией 2 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 32 Н. Скорость и магнитное поле взаимно перпендикулярны. Заряд тела равен 0,5 мКл.

 

3. Определить центростремительную силу, действующую на протон в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости), если радиус окружности, по которой он движется, равен 5 см.

 

Домашнее задание сфотографировать или скан и прислать на почту helen.mails@mail.ru

Тема: Взаимодействие токов. Магнитный поток

Цель – Изучить взаимодействие токов и ввести понятие магнитный поток

Задачи – 1. Изучить тему занятия

2. Применить полученные знания в решении задач

 

Прослушать лекцию по ссылке: https://infourok.ru/videouroki/532

Составить краткий конспект в тетрадях

 

Многие из вас наверняка замечали, что внешне похожие магниты создают разные по силе магнитные поля.

С другой стороны, вы также знаете, что, например, рамка с током, помещённая между полюсами подковообразного магнита, принимает ориентированное положение, при котором линии магнитного поля перпендикулярны плоскости рамки.

— Так какой же величиной можно охарактеризовать магнитное поле?

Для описания магнитного поля вводится векторная физическая величина, называемая индукцией магнитного поля (или просто магнитной индукцией). Обозначается она большой латинской буквой B.

Давайте поясним смысл этой величины и укажем способ её измерения. Для этого проведём такой опыт. Возьмём проводник, длиной пол метра, подвешенный на динамометре, и поместим его между полюсами подковообразного магнита перпендикулярно его магнитным линиям.

Первоначально проводник уравновешен, а показание динамометра численно равно модулю силы тяжести, действующей на проводник.

Теперь наша задача пропустить по проводнику ток такого направления, чтобы на него подействовала сила Ампера, направленная вертикально вниз. Для этого мы используем правило левой руки: линии магнитного поля должны входить в ладонь перпендикулярно к ней, а отставленный на девяносто градусов большой палец должен быть направлен вертикально вниз. При этом четыре сомкнутых пальца покажут направление тока в проводнике.

Замкнув цепь снимем показания динамометра. Далее определим значение силы Ампера, действующей на проводник, как разность показаний динамометра в конце и начале опыта. Теперь повторим эксперимент при неизменной силе тока, заменив проводник на более длинный и, как и в прошлый раз, найдём значение действующей на проводник силы Ампера.

Видно, что чем длиннее проводник, тем большая сила Ампера на него действует. Следовательно, сила Ампера пропорциональна длине проводника.

Теперь при неизменной длине проводника будем изменять силу тока в нём и, как и в прошлый раз, будем находить значение силы Ампера.

Можно прийти к заключению, что сила Ампера пропорциональна силе тока в проводнике.

Опыты показывают, что сила Ампера зависит и от ориентации проводника в магнитном поле. Она достигает своего максимального значения в случае, когда проводник расположен перпендикулярно линиям поля.

Однако отношение модуля силы Ампера к длине проводника и силе тока не зависит ни от длины проводника, ни от силы тока в нём:

Следовательно, отношение F/l зависит только от свойств магнитного поля и поэтому может служить его количественной характеристикой. Эту характеристику поля называют модулем магнитной индукции.

Таким образом, модуль вектора магнитной индукции — это физическая величина, равная отношению силы, действующей на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к произведению силы тока в нём на длину проводника.

Сразу обращаем ваше внимание на то, что по этой формуле можно определить индукцию однородного магнитного поля.

В международной системе единиц за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила, равная 1 Н. Эту единицу называют тесла в честь выдающегося югославского физика Николы Тесла.

Отметим, что тесла — это очень крупная единица. Так, например, большой лабораторный электромагнит может создать поле не более 5 Тл. Магнитное поле нашей планеты приблизительно равно 0,5 ∙ 10−4 Тл. И лишь в солнечных пятнах индукция магнитного поля достигает 10 Тл. Поэтому на практике используются более мелкие единицы индукции:

До сегодняшнего дня для графического изображения магнитных полей мы с вами пользовались магнитными линиями — воображаемыми линиями, направление которых совпадает с направлением, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки.

За направление же вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса к северному полюсу свободно устанавливающейся стрелки, помещённой в данную точку поля.

Сравните два определения.

Не трудно заметить, что они очень похожи. И это не случайно, дело в том, что более точное название магнитных линий — линии магнитной индукции.

Или, другими словами, линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в каждой точке поля в направлены так же, как и вектор магнитной индукции.

Например, картина линий магнитной индукции поля, образованного прямолинейным проводником с током, представляет собой систему концентрических окружностей, лежащих в плоскости, перпендикулярной этому проводнику. Проведённые к любой из этих окружностей касательные в любой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

Линии магнитной индукции условились проводить так, чтобы по их густоте можно было судить о модуле магнитной индукции: чем гуще линии магнитной индукции, тем больше её модуль.

Теперь, пользуясь понятием «магнитная индукция», дадим более строгое определение однородного и неоднородного магнитного поля. Для начала рассмотрим однородное магнитное поле между полюсами дугообразного магнита.

Магнитные линии здесь расположены параллельно друг другу. А так как во всех точках поля вектор магнитной индукции не только одинаково направлен, но и имеет одно и то же значение, то и густота линий магнитной индукции в любой области поля между полюсами будет одна и та же.

А теперь сравним это поле с неоднородным полем полосового магнита. Не трудно увидеть, что в таком поле вектор магнитной индукции меняется от точки к точке как по направлению, так и по величине.

Таким образом, магнитное поле называют однородным, если во всех его точках магнитная индукция одинакова как по направлению, так и по значению. В противном случае магнитное поле называют неоднородным.

Для объяснения опытов, которые будут проводиться в дальнейшем, нам необходимо ввести ещё одну физическую величину — магнитный поток, которая также является одной из важных характеристик магнитного поля.

Что мы понимаем под потоком в обычной жизни? Кому-то на ум придут потоки воды в реке, кому-то — потоки воздуха. Например, возьмём лист картона с отверстием. Подставив руку с обратной стороны листа, подуем в отверстие — рука явно ощущает поток воздуха. Сильнее дуем — больший поток воздуха. Будем дуть с такой же силой, но уменьшим отверстие — поток уменьшится. И наконец, если плоскость листа бумаги поставим параллельно направлению потока выдуваемого воздуха, ваша рука практически не почувствует влияние воздушного потока.

Аналогично и с магнитным потоком, который можно рассматривать как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через площадь, ограничивающую некоторую поверхность. Поскольку число магнитных линий зависит от их густоты, то, очевидно, что магнитный поток пропорционален модулю вектора индукции магнитного поля: чем больше индукция, тем больший магнитный поток, пронизывает контур.

Вместе с тем магнитный поток зависит и от площади контура: при том же значении магнитной индукции магнитный поток, пронизывающий контур большей площади, будет больше. Следовательно, магнитный поток пропорционален также площади контура.

Очевидно и то, что в случаях, когда линии магнитной индукции перпендикулярны плоскости контура, магнитный поток принимает наибольшее значение. А при изменении ориентации контура в магнитном поле, например, при его вращении вокруг оси, магнитный поток будет уменьшаться, так как будет уменьшаться число линий магнитной индукции, пронизывающей контур. А когда плоскость контура окажется параллельной линиям магнитной индукции, магнитный поток станет равным нулю.

Магнитный поток будет равен нулю и в том случае, если линии магнитной индукции лежат в плоскости контура, не пересекая ограниченную им площадь.

В Международной системе единиц за единицу магнитного потока принят вэбэр, названный в честь немецкого физика Вильгельма Эдуарда Вебера.

1 Вб — это магнитный поток через поверхность площадью 1 м², расположенную в однородном магнитном поле индукцией 1 Тл, перпендикулярной линиям индукции.

Закрепления материала.

Задача 2. Через площадку площадью 3 м², расположенную под углом 30º к направлению линий магнитной индукции, проходит магнитный поток 1,5 Вб. Найдите модуль вектора магнитной индукции.

ДАНО:	РЕШЕНИЕ Магнитный поток может быть рассчитан по формуле По условию задачи задан угол между площадкой и направлением вектора магнитной индукции. А в формуле магнитного потока угол a – это угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к плоскости контура. Поэтому Модуль вектора магнитной индукции

Задача 3. На рисунке изображены линии магнитной индукции двух полей и прямоугольная рамка 20 см на 50 см. Известно, что магнитный поток через эту рамку составляет 40 мВб, а модуль вектора B ₁ = 0,3 Тл. Найдите модуль вектора B ₂.

РЕШЕНИЕ Запишем формулу для расчета магнитного потока В формуле угол a – это угол между направлением линий магнитной индукции и нормалью к плоскости контура. Разложим оба вектора на две составляющие. Тогда Запишем принцип суперпозиции полей Т.к. направление векторов B1 и B2 совпадают, то получаем Тогда магнитный поток равен Площадь контура равна площади прямоугольника Тогда получаем Выразим из данной формулы искомую величину

Решить самостоятельно задачу: Определить магнитный поток, проходящий через площадь 20 м2, ограниченную замкнутым контуром в однородном магнитном поле с индукцией 20 мТл, если угол между вектором магнитной индукции и плоскостью контура составляет 30o.

Домашнее задание сфотографировать или скан и прислать на почту helen.mails@mail.ru