Магнитные свойства вещества - МАГНИТНОЕ ПОЛЕ - ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Задачи урока: изучить магнитное поле в веществе; ввести понятие о магнитной проницаемости среды; познакомить с гипотезой Ампера; рассмотреть свойства ферромагнетиков (точка Кюри и др.); раскрыть значение ферритов в науке и технике; продолжить стимулирование самостоятельной познавательной деятельности.

Методические рекомендации

Магнитные свойства вещества рекомендуем изучать на двух уроках. Для расширения кругозора школьников следует организовать самостоятельную подготовку сообщений по темам: устройство памяти ЭВМ с магнитной записью (см.: Мнеян М. Г. Физические принципы работы ЭВМ. — М.: Просвещение, 1987); магнитное поле Земли; история о магнитных минах (см.: Карцев В. П. Магнит за три тысячелетия. — М.: Энергоатомиздат, 1988); свойства и применение ферритов. Ниже обращаем внимание на ключевые моменты при построении названных уроков.

I. В начале урока повторяют решение задач на силу Лоренца. Фронтально обсуждают вопросы: от чего зависит результат действия силы Лоренца? Какая из изученных формул — для силы Ампера или силы Лоренца — носит более общий характер? Какое явление описывает формула для силы Лоренца?

Для создания мотивации возможна постановка экспериментальной задачи: почему изменяются показания демонстрационного вольтметра при приближении к нему коробочки с подковообразным магнитом? Установка простая: источник постоянного тока ВС-24М, вольтметр с добавочным сопротивлением и шкалой на 15 В. Цель исследования: обратить внимание на то, как действует внешнее магнитное поле на работу прибора.

II. Как возникает и каким может быть магнитное поле в средах — вот основная учебная проблема урока. Приведём последовательность её решения.

1. Нам известно, что магнитное поле существует в воздухе. Влияет ли магнитное поле на вещество?

Опыт. В катушку от универсального трансформатора на 120 В, по которой идёт электрический ток, вносят разные материалы и фиксируют изменение магнитного поля около катушки. В качестве индикатора магнитного поля можно использовать магнитный зонд (ДЭ-1, опыт 179), осциллограф с выключенным генератором развёртки, компас или магнитные стрелки. Выводы: а) при внесении многих веществ магнитное поле практически не изменяется; б) при внесении в катушку стального сердечника происходит резкое усиление внешнего магнитного поля.

2. Желательно ввести понятие о магнитной проницаемости µ среды как физической величине, которая характеризует магнитное поле в однородной среде (B) по отношению к магнитному полю в вакууме (B₀). Важно подчеркнуть, что эти поля могут существенно различаться.

Далее следует краткая классификация веществ по их намагничиваемости. Внимание акцентируют на ферромагнетиках.

Таблица 1

Вещества в магнитном поле

Постоянный магнит Создаёт магнитное поле. Имеет два полюса. Взаимодействует с другими магнитами, действует на некоторые вещества. Действует на ток			Гипотеза Ампера Магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри его
Свойства	Тип вещества по магнитным свойствам
Поведение в магнитном поле	Диамагнетик Пример: цинк, висмут	Парамагнетик Пример: натрий, кислород	Ферромагнетик Пример: у стали µ = 8000
Зависимость поля В в веществе от внешнего поля В0			Явление гистерезиса В' — остаточная намагниченность
Природа (механизм) намагничивания

3. Почему тела обладают магнитными свойствами и почему эти свойства изменяются под действием внешнего магнитного поля — следующая учебная проблема.

Учитель рассказывает о гипотезе Ампера, используя таблицу 1, рисунок 1.36 учебника, модель доменной структуры ферромагнетиков.

III. В зависимости от условий следует более или менее подробное рассмотрение применения магнитных свойств вещества. Школьники заранее готовят выступления (например, доклад по рисунку 1.39 учебника). Важно поставить эксперименты. Например: а) исследование свойств магнитных лент: взаимодействие с постоянными магнитами и между собой, стирание записи, отсутствие электрической проводимости феррита при измерении сопротивления омметром; б) исследование на модели ориентации доменов до и во время действия внешнего магнитного поля (ДЭ-1, опыт 181).

Желательно подготовить выступление о магнитном поле Земли, в котором мы все живём. Наша Земля — гигантский магнит, имеющий северный и южный полюсы (рис. 10). Знание структуры магнитного поля Земли очень важно для науки, поэтому в течение суток изо дня в день в магнитных обсерваториях ведутся систематические наблюдения. Первая магнитная карта Земли была составлена в 1701 г. Э. Галлеем, который собрал и систематизировал наблюдения многих мореплавателей за поведением магнитной стрелки.

В настоящее время карта магнитного поля составляется с помощью магнитометров, установленных на искусственных спутниках Земли. Исследованиями было доказано, что Южный магнитный полюс Земли удалён от Северного географического полюса примерно на 2100 км и его координаты — 75° с. ш. и 99° з. д. Северный магнитный полюс находится вблизи Южного географического полюса, а именно на 66,5° ю. ш. и 140° в. д.

Исследования, проведённые с помощью ИСЗ, показали, что собственное магнитное поле Земли представляет собой препятствие на пути потока частиц, непрерывно испускаемых Солнцем. Магнитное поле надёжно защищает Землю от космического излучения, которое оказывает разрушительное воздействие на живые организмы. В периоды высокой солнечной активности идущий от Солнца поток быстрых частиц возмущает магнитное поле Земли. Из-за этого возникают полярные сияния, а также магнитные бури, нарушающие радиосвязь и меняющие положение магнитной стрелки.

IV. Вопросы для обобщения изученного: существуют ли магнитные поля в веществе (природе)? Какое это имеет значение для науки, техники, практической жизни? Что такое магнитная аномалия? Какова природа магнетизма? Какие аргументы можно привести в доказательство гипотезы Ампера?

Домашнее задание: § 6; на повторение — упр. на с. 26 (ЕГЭ); индивидуально — П., № 606.