Взаимодействие токов. Магнитное поле - МАГНИТНОЕ ПОЛЕ - ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

В начале 11 класса в двух темах продолжается изучение классической электродинамики. Но у школьников не должно сложиться представление, что после этого они завершают знакомство с её понятиями и закономерностями. В методике обучения физике вопросы из разных тем, вплоть до специальной теории относительности, включают в электродинамику как фундаментальную теорию. Однако некоторые части электродинамики, например оптика, стали весьма обширными и превратились в самостоятельные разделы со своими особенностями. На единство электромагнитных явлений нужно постоянно обращать внимание учащихся.

Глава I. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

На изучение темы в рамках разных программ отводят от 6 до 14 ч, при углублённом изучении — до 24 ч учебного времени. Тема небольшая, поэтому нет необходимости делить её на части. Реально выделяют два главных вопроса — магнитное поле и практическое применение магнитного поля электрического тока. Магнитные свойства вещества рассматривают кратко.

При изучении темы школьники знакомятся с новым (важнейшим) физическим объектом — магнитным полем, рассматривают новый вид физических явлений — электромагнитные явления. Необходимо дать определение этих явлений, привести их примеры, изучить явления на уровне эмпирического наблюдения, раскрыть их природу, связывая её с существованием электрических и магнитных полей. Мировоззренческий потенциал изучаемого материала заключается в логике познания нового физического объекта (выделение объектов природы, их описание средствами науки).

Магнитное поле сначала выделяют как материальный объект, существующий независимо от нас, выясняют его свойства, затем рассматривают средства его описания. При этом происходит усвоение логики и метода научного познания: факты — модель — следствия — практика, границы применимости знания.

Урок 1. Взаимодействие токов. Магнитное поле

Задачи урока: ввести понятие о магнитном поле (физический объект, действие магнитного поля, источники); сформировать умение выделять магнитное поле по его действию; сформировать материалистические представления о магнитном поле (экспериментальное доказательство факта существования, свойства и др.).

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приёмы и методы
I. Изучение нового материала: постановка учебной проблемы, явление взаимодействия токов, магнитное поле и его свойства II. Отработка изученного материала III. Подведение итогов. Домашнее задание	15—20 15—20 5	Эвристическая беседа. Рассказ учителя. Постановка опытов и обсуждение результатов Решение задач Повторение по вопросам. Запись на доске

I. Постановка учебной проблемы урока опирается на ранее изученное явление взаимодействия зарядов и на первичное знакомство с магнитным полем в базовом курсе физики. Фронтально обсуждаются вопросы: как взаимодействуют неподвижные электрические заряды? Каков механизм этого взаимодействия? Какие свойства электрического поля мы изучали? (Ответ. Действие на пробный заряд, связь с зарядом — источником поля, непрерывность, неограниченность, отсутствие взаимодействия полей — их суперпозиция, потенциальность и др.) При повторении желательно использовать рисунки на доске, показать опыты по выделению свойств поля.

1. Первая учебная проблема формулируется с помощью следующих вопросов: взаимодействуют ли движущиеся заряды? Каков механизм этого взаимодействия?

Ставят известные опыты по взаимодействию параллельных проводников с током (ДЭ-1, с. 300). Обсуждают вопросы: можно ли объяснить отталкивание или притяжение проводников с током электрическим взаимодействием зарядов? Аргументируйте ответ. Каким по аналогии с электростатическим взаимодействием должен быть механизм взаимодействия проводников с током? (Ответ. Первый проводник с током порождает магнитное поле, которое действует на второй проводник, и наоборот.)

2. Для объяснения взаимодействия токов учёными была высказана гипотеза о существовании особого физического объекта — магнитного поля. Следует повторить доказательство этого предположения.

а) Магнитное поле порождается электрическим током, действует на электрический ток и магнитную стрелку. При постановке простейших опытов обсуждают вопросы: почему второй проводник с током не отклоняется, если выключить ток в первом проводнике? (Ответ. Нет магнитного поля, значит, нет и действия.) Будет ли действовать магнитное поле на проводник без тока?

б) Что может служить индикатором магнитного поля? (Ответ. Электрический ток, магнитная стрелка.) По учебнику рассматривают поведение контура с током в магнитном поле.

Будет ли отклоняться магнитная стрелка вблизи проводника, если по нему пропускать электрический ток? Повторяют опыт Эрстеда. Обсуждают вопросы: действие какого объекта приводит к движению магнитной стрелки? (Ответ. Магнитного поля.) Изменяется ли положение магнитной стрелки при включении тока? Аргументируйте ответ.

3. Каковы свойства магнитного поля тока — вторая учебная проблема. С помощью магнитной стрелки экспериментально выделяют: а) существование магнитного поля вокруг любого проводника с током; б) непрерывность и неограниченность магнитного поля; в) ослабление поля при удалении от проводника с током, зависимость свойств поля от силы и направления электрического тока.

Магнитные поля очень разнообразны. Для их подробного изучения надо ввести характеристику магнитного поля.

4. Какова основная характеристика магнитного поля — третья учебная проблема урока.

Свойства магнитного поля проще изучать и использовать, если удачно ввести характеристику поля — вектор магнитной индукции

Далее по учебнику вводят представление о направлении вектора в случае разных полей, а также представление о силовой линии как средстве описания магнитного поля, демонстрируют магнитные спектры разных полей (рис. 1.13—1.16 учебника).

II. Для отработки материала в основном используют качественные и экспериментальные задачи.

1. По проводнику идёт ток так, как показано на рисунке 1. Докажите, что около точки А существует магнитное поле.

2. Выскажите гипотезы, как можно определить полюсы источника питания, если имеются набор проводников, реостат и компас.

3. Будет ли отклоняться магнитная стрелка вблизи проводника, по которому идёт электрический ток, если проводник согнут так, как показано на рисунке 2? Аргументируйте ответ.

III. Итоги урока подводят в виде краткого повторения: какой новый физический объект мы начали изучать? С каким новым видом физических явлений познакомились? (Ответ. С электромагнитными явлениями. Например, это образование магнитного поля около проводника с электрическим током.) Как доказать, что магнитное поле материально? Какое магнитное поле называют однородным? Что значит “вихревое” магнитное поле?

Домашнее задание: § 1; упр. на с. 10 (ЕГЭ); П., № 588, 589.