Конспект урока.
Тема. Постоянные магниты. Магнитное поле Земли.
Тип. Объяснение нового материала.
Цели.
Образовательные. Дать понятие постоянного магнита, магнитного поля Земли; исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов, познакомиться со свойствами магнитного поля; формировать умение применять полученные знания для решения задач и выполнения практических заданий, расширить кругозор учащихся в области магнитных явлений.
Воспитательные. Научить работать в паре, выработать умение выслушать мнение собеседника, прийти к общему мнению.
Развивающие. Развитие у учащихся произвольного внимания, мышления (умения анализировать, сравнивать, строить аналогии, делать умозаключения.), познавательного интереса (на основе физического эксперимента);
формирование мировоззренческих понятий о познаваемости мира, для воспитания чувства само- и взаимоуважения при работе в парах, чувство ценности интеллектуального труда, значимость изучаемого материала.
ХОД УРОКА.
«…Камень притягивать может железо,
камень же этот по имени месторождения
магнитом назван был греками,
так как он найден в пределах магнетов».
Лукреций.
Здравствуйте, садитесь.
Ребята, давайте вспомним, что вам известно о магнитном поле прямого тока.
Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем? (магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов)
Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока? (вокруг проводника по концентрическим окружностям)
Что называют магнитной линией магнитного поля? (линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок)
Что представляют собой магнитные линии магнитного поля тока? (замкнутые кривые, охватывающие проводник)
Молодцы! Но, прежде чем объявить вам тему нашего урока, послушайте легенду.
Много веков назад это было. В поисках овцы пастух зашёл в незнакомые места, в горы. Кругом лежали чёрные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно её хватает и держит какая-то невидимая рука. Поражённый чудесной силой камней пастух принёс их в ближайший город – Магнесу. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка – удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы: гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесённого с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная.
О каком камне идёт речь в предании? (О магните.) Как объяснить описанное явление? Какие ещё необычные свойства есть у камня?
Сегодня мы с вами осуществим погружение в мир науки магнетизма, исследований, интересных фактов, связанных с магнетизмом.
Запишите в тетради число и тему урока «Постоянные магниты. Магнитное поле Земли».
Эпиграфом к нашему уроку будут слова Лукреция.
Если вставить в катушку с током стержень из закаленной стали, то в отличие от железного стержня он не размагничивается после выключения тока, а длительное время сохраняет намагниченность.
Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами или просто магнитами.
Французский ученый Ампер объяснял намагниченность железа и стали существованием электрических токов, которые циркулируют внутри каждой молекулы этих веществ. Во времена Ампера о строении атома еще ничего не знали, поэтому природа молекулярных токов оставалась неизвестной. Теперь мы знаем, что в каждом атоме имеются отрицательно заряженные частицы — электроны. При движении электронов возникает магнитное поле, которое и вызывает намагниченность железа и стали. В 1897г. гипотезу подтвердил английский учёный Томсон, а в 1910г. измерил токи американский учёный Милликен.
Вывод: движение электронов представляет собой круговой ток, а вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле.
Магниты бывают разной формы: полосовые, дугообразные, кольцевые. Найдите соответствующие магниты у себя в коробочке. У всякого магнита, как и у известной нам магнитной стрелки, обязательно есть два полюса: северный (N) и южный (S).
А сейчас вам, ребята, в ходе выполнения экспериментальных заданий предстоит исследовать некоторые свойства магнитов. Задания вы увидите на экране, а приборы уже лежат на ваших столах. Выполняя задания, будете делать соответствующие выводы.
Запишите в тетради заголовок «Свойства магнитов».
Задание 1.
Оборудование: металлические скрепки, магниты (полосовой и дуговой).
Возьмите полосовой магнит, поднесите несколько скрепок точно к середине магнита, где проходит граница между красной и синей половинками. Притягивает ли магнит скрепки?
Приближайте скрепки к разным местам магнита, начиная от середины. Какие места обнаруживают наиболее сильное магнитное действие? Повторите то же с дуговым магнитом.
Сделайте вывод. (Учащиеся делают вывод.)
Вывод. Линия посередине магнита, называемая нейтральной, не обнаруживает магнитных свойств. Наиболее сильное магнитное действие обнаруживают полюса магнита. (Показать опыт с опилками.)
Задание 2.
Оборудование: магнит, несколько пластинок, изготовленных из разных материалов.
Поднесите магнит к предметам, изготовленным из различных материалов, установите, все ли из них притягиваются магнитом.
Сделайте вывод. (Учащиеся делают выводы.)
Вывод. Хорошо притягиваются магнитом чугун, сталь, железо и некоторые сплавы, значительно слабее никель и кобальт.
В природе встречаются естественные магниты — железная руда (так называемый магнитный железняк). Богатые залежи магнитного железняка имеются на Урале, в Украине, в Карелии, Курской области и во многих других местах.
Магнитный железняк позволил людям впервые ознакомиться с магнитными свойствами тел. Рассмотрим основные из этих свойств.
Задание 3.
Оборудование: иголка, скрепки, магнит.
Возьмите иголку и поднесите её к скрепкам. Прилипают ли скрепки к иголке?
Потрите иголку о магнит в одном направлении, а затем поднесите к скрепкам. Прилипают ли скрепки?
Сделайте вывод. (Учащиеся делают выводы.)
В первом случае иголка не прилипла к скрепкам. Стоило иголке «пообщаться» с магнитом, как она сама стала магнитом.
Вывод. Железо, сталь, никель, кобальт и некоторые другие сплавы в присутствии магнитного железняка приобретают магнитные свойства.
Если магнитную стрелку приблизить к другой такой же стрелке, то они повернутся и установятся друг против друга противоположными полюсами (показать на опыте).
Задание 4.
Оборудование: магнит и магнитная стрелка.
Поднесите к белому, а затем к красному концу магнитной стрелки магнит. Что можно сказать о взаимодействии магнитной стрелки и магнита?
В каком случае магнитная стрелка притягивается, а в каком — отталкивается.
Вывод. Одноименные полюсы магнита и магнитной стрелки отталкиваются, разноименные — притягиваются.
Ребята, как же магниты взаимодействуют друг с другом на расстоянии?
Взаимодействие магнитов объясняется тем, что вокруг любого магнита имеется магнитное поле. Магнитное поле одного магнита действует на другой магнит, и, наоборот, магнитное поле второго магнита действует на первый. Взаимодействие магнитных полей хорошо наблюдать с помощью кольцевых магнитов. Положите на стол кольцевой магнит, в отверстие вставьте стержень гелиевой ручки. На этот стержень наденьте второй кольцевой магнит так, чтобы магниты были обращены друг к другу одноимёнными полюсами. Вы видите, что верхний магнит висит. Прижмите его к нижнему и отпустите, он снова вернётся в висячее положение.
С помощью железных опилок можно получить представление о виде магнитного поля постоянных магнитов.
Задание 5.
Оборудование: магниты (полосовой и дуговой), прозрачная плоская упаковка с железным порошком.
Положите полосовой магнит на крышку упаковки набора, слегка встряхните коробочку с железным порошком для получения на дне коробки равномерно рассыпанного порошка. Положите коробку на магнит и слегка постучите по ней пальцем. Рассмотрите полученное изображение.
Повторите опыт для дугового магнита.
Рисунки, которые у вас получились, дают представление о картине магнитного поля полосового и дугообразного магнитов. Как магнитные линии магнитного поля тока, так и магнитные линии магнитного поля магнита — замкнутые линии. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита, так же как магнитные линии катушки с током.
Задание 6.
Оборудование: два полосовых магнита, прозрачная плоская упаковка с железным порошком.
Рассмотрите магнитные линии магнитного поля двух магнитов, обращенных друг к другу:
одноименными полюсами;
разноименными полюсами.
Молодцы, отлично поработали!
А теперь немного отдохните, и послушайте интересные факты применения магнитов.
В середине 80-х годов 20 века были получены постоянные магниты с рекордными характеристиками магнитных свойств. Два магнита размером всего в несколько сантиметров не смог бы разъединить руками даже Шварценеггер. А свою «магнитную силу» они теряют лишь на 1 % за 100 лет. Названы эти магниты неодимовыми, т. к. изготовляются из сплава редкоземельного металла неодима (Nd), железа (Fe) и бора (B).
Уникальные свойства неодимовых магнитов сразу привлекли внимание и заставили искать этим магнитам применение.
Прежде всего, такие магниты просто занимательны сами по себе, т. к. обладают большой силой при маленьких размерах. Потому их часто продают в качестве игрушек. Из неодимовых магнитов разных форм и размеров можно строить различные фигуры, как из конструктора.
Магниты используют в качестве оригинальных украшений (некоторые магнитики позолочены).
Вот оригинальный браслет из магнитов-шариков – без креплений.
Ещё одно применение неодимовых магнитов предложено дизайнерами мебели – «Парящая кровать». Она удерживается над полом четырьмя тросами. В неё и в пол непосредственно под ней вмонтированы неодимовые магниты, которые обращены друг к другу одинаковыми полюсами.
А вот модель на столе из двух неодимовых магнитов,
Немного отдохнули, а теперь послушайте одно предание.
По необозримым просторам пустыни идёт караван. В жёлтой мгле утонул горизонт. Кругом, куда ни глянь, - безжизненные пески. Путь каравана далёк и труден. Но люди уверенно продвигаются к своей цели. Их ведёт небольшая полоска намагниченного железа, плавающая на пробке в воде, в глиняном сосуде, который надёжно установлен в деревянной клетке между горбами белого верблюда, шагающего впереди. Стороны сосуда-путеводителя раскрашены в разные цвета. Время от времени человек, сидящий впереди, бросает взор на полоску железа: она чуть вздрагивает в такт шагам животного, но неизменно показывает одним концом на красный край кувшина, другим – на чёрный.
Как называется этот прибор? (Компас.)
Почему он всегда устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении (если вблизи нее нет магнитов, проводников с током, железных предметов)?
Английский физик XIV в. Уильям Герберт изготовил шарообразный магнит, исследовал его с помощью маленькой магнитной стрелки и пришел к выводу, что земной шар - огромный космический магнит.
Внешние, расплавленные, слои ядра Земли находятся в постоянном движении. В результате этого в нем возникают магнитные поля, формирующие в конечном итоге магнитное поле Земли, и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. На этом и основано применение компаса, который представляет собой свободно вращающуюся на оси магнитную стрелку.
В многовековой истории мореплавания магнитный компас был и остается самым значительным изобретением. Большинство историков считают, что компас в виде плавающей в воде магнитной стрелки придумали в Китае, а в конце XII - начале XIII вв. арабские мореплаватели завезли его в Европу. Соединив магнитную стрелку с диском, итальянец Флавий Джой в 1302 г. сконструировал компактную катушку - впоследствии обязательный элемент всех компасов.
Геофизики узнали, каким было магнитное поле Земли тысячи и даже миллионы лет назад: у горных пород, что содержат железо, оказалась отличная магнитная память! Допустим, вылилась когда-то во время извержения вулкана лава и, пока остывала, намагнитилась в магнитном поле Земли. Потом поле изменилось, но у затвердевшей лавы осталась остаточная намагниченность. Измеряя её, геофизики обнаружили, что магнитные полюсы Земли много раз менялись местами! За последний миллион лет это случалось 7 раз.
Наблюдения показывают, что магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами. В связи с этим направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показывает направление на север.
Иногда внезапно возникают так называемые магнитные бури, кратковременные изменения магнитного поля Земли, которые сильно влияют на стрелку компаса. Наблюдения показывают, что появление магнитных бурь связано с солнечной активностью.
В период усиления солнечной активности с поверхности Солнца в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц, электронов и протонов. Магнитное поле, образуемое этими движущимися частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю.
Магнитные бури причиняют серьёзный вред: они оказывают сильное влияние на радиосвязь, на линии электросвязи, многие измерительные приборы показывают неверные результат.
Изучением влияния различных факторов погодных условий на организм здорового и больного человека занимается специальная дисциплина - биометрология. Магнитные бури вносят разлад в работу сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной системы, а также изменяют вязкость крови; у больных атеросклерозом и тромбофлебитом она становится гуще и быстрее свёртывается, а у здоровых людей, напротив, повышается.
Результатом взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли является полярное сияние. Вторгаясь в земную атмосферу, частицы солнечного ветра (в основном электроны и протоны) направляются магнитным полем (на них действует сила Лоренца) и определённым образом фокусируются. Сталкиваясь с атомами и молекулами атмосферного воздуха, они ионизируют и возбуждают их, в результате чего возникает свечение, которое называют полярным сиянием.
На земном шаре встречаются области, в которых направление магнитной стрелки постоянно отклонено от направления магнитной линии Земли. Такие области называют областями магнитной аномалии (лат. слово, означает «отклонение, ненормальность»).
Одна из самых больших магнитных аномалий — Курская магнитная аномалия. Причиной таких аномалий являются огромные залежи железной руды на сравнительно небольшой глубине.
Земной магнетизм еще окончательно не объяснен. Установлено только, что большую роль в изменении магнитного поля Земли играют разнообразные электрические токи, текущие как в атмосфере (особенно в верхних слоях ее), так и в земной коре.
Большое внимание изучению магнитного поля Земли уделяют при полетах искусственных спутников и космических кораблей.
Установлено, что земное магнитное поле надежно защищает поверхность Земли от космического излучения, действие которого на живые организмы разрушительно. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.
Полеты межпланетных космических станций и космических кораблей на Луну и вокруг Луны позволили установить отсутствие у нее магнитного поля. Исследования, проведенные космическими кораблями, не обнаружили магнитного поля у планеты Венера, у планеты Марс имеется слабое магнитное поле.
Ну, вот, ребята, на этом изучение новой темы закончено.
А теперь послушайте интересный факт.
Оказывается, что ЛЭП разрушают взаимодействие между коровами и магнитным полем Земли. К такому заключению пришли ученые, которые в прошлом году показали, что магнитное поле влияет на расположение домашнего скота на пастбищах.
Ученые показали, что большая часть коров, пасущихся на полях, располагаются так, что их тела “смотрят” строго с юга на север. Авторы предположили, что животные чувствуют магнитное поле Земли и ориентируются вдоль его силовых линий.
Продолжив работы в выбранной области, ученые обратили внимание, что вблизи ЛЭП расположение коров меняется. Так, если провода тянулись с востока на запад, животные также ориентировались в этом направлении.
Коровы, которые паслись неподалеку от ЛЭП, идущих с северо-востока на юго-запад или с северо-запада на юго-восток, располагали свои тела случайным образом. По мере удаления от ЛЭП наблюдаемые эффекты ослабевали.
А теперь закрепим новые знания при решении качественных задач.
Экспериментальное задание. У вас в коробочке имеется легкоподвижная тележка с полосовым немаркированным магнитом. Предложите способ определения полюсов этого магнита. Используйте любое оборудование из набора.
Можно ли сделать магнит, у которого был бы только северный полюс или только южный? (Невозможно сделать магнит, у которого отсутствовал бы один из полюсов.)
Если разломить магнит на две части, будут ли эти части магнитами? (Если разломить магнит на части, то все его части будут магнитами.)
Какие вещества могут намагничиваться? (Железо, кобальт, никель, сплавы этих элементов.)
Загадка.
Когда с тобою этот друг,
Ты можешь без дорог
Шагать на север и на юг,
На запад и восток. (Компас.)
А будет ли компас действовать на Венере? (Нет, так как у Венеры нет магнитного поля.)
А в каких точках на Земле компас бесполезен? (На южном и северном магнитных полюсах.)
Итак, ребята, сегодня на уроке вы познакомились с такими понятиями, как постоянные магниты, магнитное поле Земли. Узнали свойства постоянных магнитов. Услышали много интересных фактов. Я надеюсь, что вам не было скучно, и вы уйдёте с урока с большим запасом новых знаний.
Запишите домашнее задание, спасибо за урок!
9
