і отримати безкоштовне
свідоцтво про публікацію
До визначення переможців залишилось:
3
Дня
3
Години
16
Хвилин
30
Секунд
Поспішайте взяти участь в акції «Методичний тиждень».
Щотижня отримуйте приємні подарунки.
Взяти участь
  • Всеосвіта
  • Бібліотека
  • Магнітне поле. Індукція магнітного поля. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца

Магнітне поле. Індукція магнітного поля. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца

Передплата на журнал
Бібліотека
матеріалів

Тема 33. Магнітне поле. Індукція магнітного поля. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца.

Мета: сформувати уявлення студентів про магнітне поле як про вид матерії; ввести поняття силової характеристики магнітного поля; вивчити дію магнітного поля на провідник зі струмом; роз’яснити дію магнітного поля на заряджені рухомі частинки, ввести поняття сили Лоренца, Ампера.

Актуальність: вміння пояснювати фізичні явища, пізнавальна зацікавленість до предмета.

Міжпредметна інтеграція: математика.

План

1. Магнітне поле.

2. Дія магнітного поля на провідник зі струмом.

3. Сила Ампера.

4. Сила Лоренца.

Знати: Визначення магнітного поля,яка дія магнітного поля на провідник зі струмом,формули для визначення сили Ампера і сила Лоренца.

Вміти: розвязувати задачі, застосовувати правило гвинта, правило лівої руки.

Ключові поняття: магнітне поле, лінії магнітного поля, правило гвинта, сила Ампера, потік магнітної індукції, сила Лоренца.

1. Магнітне поле.

1. Найпростіші магнітні властивості речовини. Магнетизм відомий, принаймні, з V ст. до н. е., але вивчення магнітних явищ просувалося поволі. Уперше властивості магніту були описані лише 1269 року. Перша велика робота, присвячена дослідженню магнітних явищ,— книга В. Гільберта «Про магніт», яка вийшла 1600 року. На основі досліджень Гільберт установив найпростіші магнітні властивості матеріалів:

  • магнітне тяжіння й відштовхування властиві тільки деяким речовинам: залізу, сталі й деяким сплавам;

  • магніт має, принаймні, два полюси: північний і південний;

  • однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні — притягуються;

  • вільно підвішений магніт орієнтується певним чином відносно сторін світу.

2. Взаємодія провідників зі струмом. Важливо звернути увагу учнів на те, що зв'язок між електричними й магнітними явищами виголошувався ще до відомих дослідів Ерстеда й Ампера: було помічено, що блискавка перемагнічує компаси на кораблях, намагнічує сталеві предмети.

Пряме експериментальне виявлення зв'язку між електричними й магнітними явищами відбулося завдяки щасливій випадковості: коли Ерстед читав лекцію про постійні струми, він звернув увагу на те, що магнітна стрілка, яка була розташована поблизу провідника, обернулася під час ввімкнення струму.

3. Магнітне поле. Згідно з теорією близькодії струм в одному з провідників не може безпосередньо діяти на струм в іншому провіднику. Подібно до того, як у просторі, котрий оточує нерухомі електричні заряди, існує електричне поле, у просторі, який оточує струми, існує поле, що називається магнітним.

Магнітне поле вид матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія між зарядженими частинками, які рухаються.

Необхідно знати визначальні властивості магнітного поля:

  • магнітне поле породжується магнітами й струмами (рухомими зарядами);

  • магнітне поле виявляється за дією на магніти й струми (рухомі заряди).

4. Напрям магнітного поля. З дослідів видно, що магнітна стрілка, яка може вільно обертатися навкруги своєї осі, завжди встановлюється в даній ділянці магнітного поля, орієнтуючись певним чином. Тому можна ввести поняття про напрям магнітного поля в даній точці. Для цього слід скористатися орієнтуючою дією магнітного поля на магнітну стрілку.

Напрям, на який указує північний полюс магнітної стрілки, є напрямом магнітного поля в даній точці.

Лініями магнітного поля є лінії, проведені так, що дотичні до них у кожній точці вказують напрям поля в цій точці.

Слід звернути особливу увагу учнів на відмінність ліній магнітного поля від силових ліній електростатичного поля: лінії магнітного поля ніде не починаються й не закінчуються. Вони або замкнуті, або почи­наються й закінчуються на нескінченності.

Поля із замкнутими силовими лініями називаються вихровими. Магнітне поле вихрове поле.

Правило гвинта — правило для визначення напряму вектора магнітної індукції залежно від напряму електричного струму, який збуджує магнітне поле.

Правило гвинта — якщо напрям струму збігається напрямом поступального руху гвинта (з правою різьбою), то напрям ліній магнітної індукції збігається з напрямом його обертального руху

2. Дія магнітного поля на провідник зі струмом.

Між нерухомими електричними зарядами діють сили, що визначаються законом Кулона. Але між електричними зарядами можуть діяти сили й іншої природи. В існуванні їх можна переконатися за допомогою досліду. Два гнучкі провідники приєднаємо до джерела струму так, щоб у провідниках виникли струми протилежного напряму. Провідники почнуть відштовхуватися один від одного. Якщо струми одного напряму, провідники притягуються . Таку взаємодію між провідниками зі струмом, тобто взаємодію між рухомими електричними зарядами, називають магнітною. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.

Магнітне поле - особлива форма матерії, через яку здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Основні властивості магнітного поля:

1) магнітне поле породжується електричним струмом (рухомими зарядами);

2) магнітне поле виявляється за дією на електричний струм (рухомі заряди);

3) як і електричне, магнітне поле існує реально не залежно від знань про нього. Це підтверджується існуванням електромагнітних хвиль.

Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції В. За напрям вектора магнітної індукції беруть напрям від південного полюса S до північного полюса N стрілки компаса, яка вільно встановлюється в магнітному полі.

3. Сила Ампера.

1. Закон Ампера. З таблиці аналогій між електростатичними й магнітними взаємодіями витікає, що сила, діюча на елемент струму в магнітному полі з індукцією , у векторному вигляді:

Вираз для модуля сили , діючої з боку магнітного поля з індукцією В на малий відрізок провідника , по якому тече струм , що складає з елементом струму кут , має вигляд:

Цей вираз називають законом Ампера.

2. Напрям сили Ампера. Напрям сили Ампера можна знайти або за допомогою векторного добутку, або за допомогою правила лівої руки: якщо ліву руку розташувати так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнуті пальці були напрямлені уздовж напряму струму, то відігнутий на 90° великий палець покаже напрям сили, діючої на провідник.

3. Магнітний потік. На провідник зі струмом у магнітному полі діє сила, тому під час руху провідника виконується певна механічна робота. Саме ця робота магнітних полів з переміщення провідників зі струмами використовується в електродвигунах та в багатьох приладах. Припустимо, що провідник зі струмом довжиною переміщується поступально в однорідному магнітному полі з індукцією В паралельно самому собі на відстань (мал. 1). Напрям магнітної індукції В вважатимемо перпендикулярним до і . В цьому випадку на провідник діє сила і тому роботу, виконану силою , можна обчислити за формулою: . Але добуток — площа, описана провідником під час його руху (на малюнку її виділено сірим кольором). Позначивши її через , дістанемо

(1)

Якщо вектор індукції В спрямований до площі під кутом (мал. 2), то його завжди можна розкласти на складову , перпендикулярну до площі , і складову Вт, паралельну площі . Оскільки сила Ампера завжди перпендикулярна до індукції поля, то складова Вт діє із силою, перпендикулярною до , і робота цієї сили дорівнюватиме нулеві. Тому

(2)

Одержані формули можна спростити, ввівши ще одну дуже важливу характеристику магнітного поля — магнітний потік, або потік магнітної індукції.

У випадку однорідного магнітного поля магнітним потоком Ф через площадку , розташовану перпендикулярно до ліній індукції, називають величину, яка дорівнює добуткові магнітної індукції В на її площу :

Мал. 2

(3)

Якщо магнітна індукція В не перпендикулярна до площадки , магнітний потік дорівнює:

(4)

Одиниця магнітного потоку:

1 Тл ∙ 1 м2 = 1 вебер (Вб).

Повернемось до формули (2). її можна записати:

Але магнітний потік через контур у початковому положенні провідника , а— магнітний потік через контур у кінці переміщення провідника . Відтак формулу роботи запишемо:

(5)

Таким чином, робота магнітних сил дорівнює добуткові сили струму на зміну магнітного потоку через контур, обмежений провідником.

Підкреслимо, що формулою (5) можна користуватися і для обчислення роботи магнітних сил у випадку повороту рамки зі струмом (контуру) у магнітному полі.

4. Сила Лоренца.

1. Сила, яка діє на рухому заряджену частинку. З таблиці аналогій між електричними й магнітними взаємодіями витікає, що . Звідки випливає: .

З іншого боку, якщо провідник зі струмом помістити в магнітне поле, то на нього діятиме сила Ампера .

Сила струму в провіднику І пов'язана із зарядом частинок , концентрацією заряджених частинок п і швидкістю їх напрямленого руху формулою .

Тоді , де — число заряджених частинок в даному об'ємі провідника V. Отже, на кожний рухомий заряд з боку магнітного поля діє сила . Сила, яка діє на рухому заряджену частинку з боку магнітного поля, називається силою Лоренца:

Якщо , то . Якщо або , то , тобто якщо заряджена частинка рухається вздовж лінії індукції, то сила Лоренца на неї не діє.

2. Напрям сили Лоренцо визначається за допомогою правила лівої руки: якщо витягнуті пальці лівої руки розташувати у напрямі руху позитивного заряду так, щоб складова магнітної індукції В , перпендикулярна до напряму швидкості заряду, входила в долоню, то відігнутий на 90° великий палець укаже напрям сили Лоренца, яка діє на заряд.

Для визначення напряму сили Лоренца, що діє на негативний заряд, який рухається, треба чотири витягнуті пальці лівої руки направити проти руху цього заряду.

Література

1. Фізика. 10 кл.: підруч. для загальноосвіт. навч. закладів : рівень стандарту / Л. Е. Генденштейн, І. Ю. Ненашев.– Х. : Гімназія, 2010.

2. Фізика. Підруч. для 10 кл. серед. загальноосвіт. шк../ С. У. Гончаренко К.: Освіта, 2002.

3. А. П. Римкевич. Збірник задач з фізики. – К.: «Радянська школа», 1982.

4. Кирик Л. А. Усі уроки фізики. 11 клас. Рівень стандарту. - Х.: Вид. група Основа, 2011.

Питання для самоаналізу

1. Що називають магнітним полем? Які його основні властивості?

2. Як взаємодіють між собою паралельні струми? Чим викликається їх взаємодія?

3. Як визначають модуль вектора магнітної індукції? Якими формулами його виражають?

4. У яких одиницях вимірюють магнітну індукцію в СІ? Сформулюйте визначення цієї одиниці.

5. Що називають лініями магнітної індукції?

6. Які поля називають вихровими?

7. Що встановлює закон Ампера?

8. Яку силу називають силою Лоренца?

9. Як рухається заряджена частинка в однорідному магнітному полі у випадку, коли напрям швидкості перпендикулярний до вектора магнітної індукції? Не перпендикулярний?

10. Чому сила Лоренца не змінює модуля швидкості зарядженої частинки?

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу

Опис документу:
Магнітне поле. Індукція магнітного поля. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца
Збірник методичних матеріалів проекту «Всеосвіта» I видання

Бажаєте дізнаватись більше цікавого?


Долучайтесь до спільноти

Збірник методичних матеріалів проекту «Всеосвіта» I видання