Постоянные магниты. Магнитное поле Земли

Постоянные магниты

Описанный выше древними учеными камень, притягивающий железо, представляет собой так называемый естественный магнит, встречающийся в природе довольно часто. Это широко распространенный минерал состава: 31% FeO и 69% Fe2O3, содержащий 72,4% железа. Называется он также магнитным железняком, или магнетитом.

Если вырезать из такого материала полоску и подвесить ее на нить, то она будет устанавливаться в пространстве вполне определенным образом: вдоль прямой, проходящей с севера на юг. Если вывести полоску из этого состояния, т. е. отклонить от направления, в котором она находилась, а затем снова предоставить самой себе, то полоска, совершив несколько колебаний, займет прежнее положение, установившись в направлении с севера на юг (рис. 2).

https://pandia.ru/text/78/405/images/image002_96.jpg" align="left" width="196" height="147 src=">Если погрузить эту полоску в железные опилки, то они притянутся к полоске не везде одинаково. Наибольшая сила притяжения будет на концах полоски, которые были обращены к северу и югу.
Эти места полоски, на которых обнаруживается наибольшая сила притяжения, носят название магнитных полюсов.

Полюс, направленный к северу, получил название северного полюса магнита (или положительного) и обозначается буквой N (или С); полюс, направленный к югу»
получил название южного полюса (или отрицательного) и обозначается буквой S (или Ю).
Взаимодействие полюсов магнита можно изучить следующим образом. Возьмем две полоски из магнетита и одну из них подвесим на нити, как уже указывалось выше. Держа вторую полоску в руке, будем подносить ее к первой разными полюсами.

https://pandia.ru/text/78/405/images/image004_53.jpg" align="left" width="183" height="136 src=">Окажется, что если, к северному полюсу одной полоски приближать южный полюс другой, то возникнут силы притяжения между полюсами, и подвешенная на нити полоска притянется. Если к северному полюсу подвешенной полоски поднести вторую полоску также северным полюсом, то подвешенная полоска будет отталкиваться.

Возьмем вместо полосок демонстрационный магнит и панели их оргстекла, с металлическими опилками внутри. Посмотрим, как выглядят линии магнитного поля двух взаимодействующих магнитов. Проводя такие опыты, можно убедиться в справедливости установленной Гильбертом закономерности о взаимодействии магнитных полюсов: одноименные полюсы отталкиваются, разноименные притягиваются.

При помощи простого устройства мы можем рассмотреть спектры магнитных полей.

Если бы мы захотели разделить магнит пополам, чтобы отделить северный магнитный полюс от южного, то, оказывается, нам не удалось бы сделать этого. Разрезав магнит пополам, мы получим два магнита, причем каждый с двумя полюсами. Если мы продолжали бы этот процесс и дальше, то, как показывает опыт, нам никогда не удастся получить магнит с одним полюсом (рис. 3). Этот опыт убеждает нас, что полюсы, магнита не существуют раздельно, подобно тому как раздельно существуют отрицательные и положительные электрические заряды. Следовательно, и элементарные носители магнетизма, или, как их называют, элементарные магнитики, также должны обладать двумя полюсами.

https://pandia.ru/text/78/405/images/image006_39.jpg" alt="Рис." align="left alt=" width="100" height="47"> Описанные выше естественные магниты в. настоящее время практически не используются. Гораздо более сильными и более удобными оказываются искусственные постоянные магниты . Постоянный искусственный магнит проще всего изготовить из стальной полоски, если натирать ее от центра к концам противоположными полюсами естественных или других искусственных магнитов (рис. 3). Магниты, имеющие форму полоски носят название полосовых магнитов. Часто удобнее бывает пользоваться магнитом, напоминающим по форме подкову. Такой магнит носит название подковообразного магнита.

Искусственные магниты обычно изготовляются так, что на их концах создаются противоположные магнитные полюса. Однако это совсем не обязательно. Можно изготовить такой магнит, у которого оба конца будут иметь один и тот же полюс, например, северный. Изготовить такой магнит можно, натирая от середины к концам стальную полоску одинаковыми полюсами.

https://pandia.ru/text/78/405/images/image008_35.jpg" align="left" width="190" height="142 src=">

Однако северный и южный полюсы и у такого магнита неотделимы. Действительно, если его погрузить в опилки, то они сильно притянутся не только по краям магнита, но и к его середине. Легко проверить, что по краям расположены северные полюсы, а южный – посередине.

Наблюдения за магнитными действиями тока привели еще в первой половине прошлого века французского физика Ампера к мысли о том, что особого магнитного поля, необусловленного электрическими токами, вообще не существует. Согласно гипотезе Ампера, магнитные свойства вещества o обусловлены особыми, текущими внутри молекул вещества молекулярными токами. Эти замкнутые молекулярные токи представляют собой, по мысли Ампера, своеобразные элементарные магнитики.

До тех пор пока наши сведения о строении атомов не стали достаточно полными, гипотеза Ампера не имела. под собой твердой опоры. Когда же было установлено, что атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов, то естественно было -, предположить, что движущиеся вокруг ядра электроны и представляют собой те самые элементарные токи, которые и являются элементарными носителями магнетизма. Вращающийся по орбите вокруг ядра электрон обладает некоторым магнитным моментом и представляет собой элементарный магнитик.

В результате

Исследование спектров магнитных полей

1. Магнит обладает в различных частях различной притягательной силой; на полюсах эта сила наиболее заметна.

2. Магнит имеет два полюса: северный и южный, они различны по своим свойствам.

3. Разноименные полюсы притягиваются, одноименные отталкиваются.

4. Магнит, подвешенный на нитке, располагается определенным образом в пространстве, указывая север и юг.

5. Невозможно получить магнит с одним полюсом.

Цель урока : познакомиться с постоянными магнитами, экспериментально определить свойства постоянных магнитов. Научиться применять знания при объяснении явлений, связанных с существованием магнитного поля магнита, решении задач на определение полюсов магнитов по направлению линий магнитного поля.

Задачи урока:

• Образовательная: познакомить со свойствами постоянных магнитов и их применением в технике.
• Развивающая: развивать аналитическое мышление и творческую самостоятельность учащихся при работе в малых группах, умение проводить исследования и анализировать полученные результаты.
• Воспитывающая: воспитывать культуру общения, коммуникативные качества.

Оборудование к уроку : компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация; полосовой магнит (2 шт.), подковообразный магнит, магнитная стрелка на подставке (или компас), стальные скрепки, медный провод, карандаш (2 шт.), ластик, стальной и железный стержни, глобус, железные опилки, наборы магнитов для парной работы учащихся.

Структура урока усвоения новых знаний:

1) Организационный этап.

2) Актуализация знаний.

3) Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

4) Изучение нового материала.

а) Первичное усвоение новых знаний.

б) Первичная проверка понимания.

в) Первичное закрепление.

5) Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

6) Рефлексия (подведение итогов занятия).

Ход урока

1. Организационный момент.

Выполнение тестовых заданий с выбором ответа. Анализ ошибочных решений.

1. Катушка с током представляет собой...
А)...витки провода, включаемые в электрическую цепь.
Б)...прибор, состоящий из витков провода, включаемых в электрическую цепь.
В)...каркас в виде катушки, на который намотан провод, соединенный с клеммами, подключаемыми к источнику тока.

2. Какие полюсы имеет катушка с током? Где они находятся?
А) Северный и южный; на концах катушки.
Б) Северный и южный; на середине катушки.
В) Западный и восточный; на концах катушки.

3.Какова форма магнитных линий магнитного поля катушки с током? Каково их направление?
А) Кривые, охватывающие катушку снаружи; от северного полюса к южному.
Б) Замкнутые кривые, охватывающие все витки катушки и проходящие сквозь ее отверстия; от северного полюса к южному.
В) Замкнутые кривые, проходящие внутри и снаружи катушки; от южного полюса к северному.

4. Электромагнит – это...
А)... катушка с железным сердечником.
Б)... любая катушка с током.
В)... катушка, в которой можно изменять силу тока.

5. От чего зависит магнитное действие катушки с током?
А) От числа витков, силы тока и напряжения на ее концах.
Б) От силы тока, сопротивления провода и наличия или отсутствия железного сердечника внутри катушки.
В) От числа витков, силы тока и наличия или отсутствия железного сердечника.

6. Какое действие надо выполнить, чтобы электромагнит перестал притягивать к себе железные тела?
А) Изменить направление тока.
Б) Разомкнуть электрическую цепь.
В) Уменьшить силу тока.

3. Изучение нового материала. (Приложение 2)

Старинная легенда рассказывает о пастухе имени Магнус. Он однажды обнаружил, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть камнем “Магнуса” или просто “...”. Но известно и другое предание о том, что слово... произошло от названия местности, где добывали железную руду. За много веков до н.э. было известно, что некоторые породы обладают свойством притягивать куски железа.

Магнит. Знали о нем, как видно, исстари. И компасы придумали, и для всяких развлечений и устройств приспосабливали. Да и вы, конечно, баловались с магнитами, заставляя ими “плясать” гвоздики и стальные скрепки.

Учащиеся высказывают свои предположения:

– Тема “Постоянные магниты”.

Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами.

Виды магнитов. Карта. Любой кусок железа или стали становится магнитом, если по нему несколько раз провести в одном направлении концом постоянного магнита. Магниты могут иметь разнообразную форму и размеры. Делятся на искусственные и естественные магниты. Искусственные – сталь, никель, кобальт приобретают магнитные свойства в присутствии магнитного железняка. Богатые залежи магнитного железняка имеются на Урале, на Украине, в Карелии, Курской области.

Фронтальный эксперимент по рядам.

Выясните какие из веществ притягиваются магнитами: картон, медь, алюминий, железо, стекло, сталь, пластмасса. Притяжение магнита к скрепкам. Карандаш и скрепки.

Вывод: не все тела притягиваются к магнитам. Почему?

В начале исследования магнетизма для объяснения свойств постоянных магнитов Ампер выдвинул смелую по тем временам гипотезу о существовании так называемых "молекулярных токов", совокупность которых объясняет магнитные свойства вещества. В настоящее время гипотеза Ампера представляется чуть ли не очевидной, физические механизмы, ответственные за магнитные свойства веществ, изучены значительно более глубоко, чем это было возможно во времена Ампера.

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. Движение электронов представляет собой круговой ток, порождающий магнитное поле.

В магнитах элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковое направление. Они усиливают друг друга, создавая поле вокруг и внутри магнита.

Можно ли разделить магнит только на южный и северный полюс? Почему?

Чтобы сделать понятие поля наглядным, ученым пришло в голову изображать его на картинках - в виде так называемых силовых линий. Там, где эти линии расположены гуще, например, у полюсов магнитов, считают, что поле сильнее. А там, где расходятся друг от друга, поле слабеет. Эти картинки люди научились создавать, внося в магнитное поле крохотные железные опилки. Намагничиваясь, такие опилки, проявляли картину силовых линий.

Экспериментально определим основные свойства постоянных магнитов. (Экспериментальные задания выполняются в парах. На основе проделанных опытов, учащиеся совместно с учителем формулируют основные свойства постоянных магнитов).

“Изучение свойств постоянных магнитов”

Оборудование: полосовой магнит (2 шт.), подковообразный магнит, компас, стальные. Медные, алюминиевые скрепки, ластик, кожа, картон, дерево, стекло, карандаш, пластмасса, железные опилки, наборы магнитов для парной работы учащихся.

Порядок выполнения работы

Исследование взаимодействия одного постоянного магнита с различными веществами.

Выясните, какие из веществ притягиваются магнитами: картон, медь, алюминий, железо, стекло, сталь, пластмасса. Притяжение магнита к скрепкам. Карандаш и скрепки.

Сделайте вывод, все ли тела притягиваются к магниту. Почему?

Исследовать зависимость величины магнитного поля магнита от расстояния до него. Исследовать взаимодействие магнитной стрелки компаса и магнита.

На одном краю стола поместите компас, на другом – магнит. Вблизи компаса не должно быть металлических предметов. После того, как стрелка компаса установится в магнитном поле Земли, начинайте приближать магнит к компасу. По повороту магнитной стрелки определите расстояние, на котором магнитное поле магнита станет “заметным!” для компаса. Повторите опыт, приближая магнит к компасу другим полюсом.

Сделайте вывод о том, как взаимодействует магнитная стрелка компаса и магнит; как изменяется величина магнитного поля магнита с изменением расстояния до него.

Исследование свойств постоянного магнита по спектрам магнитных линий.

Получить с помощью железных опилок и зарисовать магнитные спектры:

1) полосового магнита;

2) дугообразного магнита;

3) двух полосовых магнитов, обращенных друг к другу одноимёнными полюсами”

4) то же – с разноимёнными полюсами. Для этого на магнит положить лист бумаги. Посыпать аккуратно железные опилки, получим картину магнитного поля постоянного магнита. Магнитные линии магнитного поля магнита – замкнутые линии. Нарисовать полученные картинки в тетрадке.

Сделайте вывод, о магнитных линиях и их направлений.

Магнитными свойствами тел:

– разноименные магнитные полюсы притягиваются, одноименные отталкиваются.

– вокруг любого магнита имеется магнитное поле.

– магнит имеет два полюса: северный (N) и южный (S), которые различны по своим свойствам.

– магнитное поле одного магнита действует на другой магнит, и, наоборот, магнитное поле второго магнита действует на первый.

Магниты получили огромную популярность и в настоящее время используются в основных прикладных областях.

• Магнитные носители информации: жесткие диски, дискеты.
• Кредитные, банковские карты имеют магнитную полоску на одной стороне, которая кодирует необходимую информацию.
• Обычные телевизоры и компьютерные мониторы
• Громкоговорители и микрофоны используют постоянный магнит для преобразования электрической энергии в механическую энергию.
• Компас - является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля.
• Игрушки
• Медицинские учреждения используют методы магнитного резонанса для сканирования различных органов в организме человека и для хирургических целей.
• Перелетные птицы обладают способностью видеть магнитное поле Земли. Они ориентируются в любой местности и находят дорогу домой по линиям магнитного поля.

4. Закрепление изученного материала

1. В известном романе Жюля Верна “Пятнадцатилетний капитан” скрывавшийся на судне злоумышленник Негоро, желая сбить корабль с правильного курса, незаметно подложил под судовой компас железный брусок. Злой умысел удался: корабль пошел по неверному пути. Почему? (железный брусок притягивал к себе магнитную стрелку компаса, который при этом давал неверные показания.)
2. Почему удобно пользоваться намагниченной отверткой? (она лучше удерживает железные шурупы)
3. Укажите полюсы магнитов, учитывая, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный его полюс.
4. Можно ли изготовить магнит, имеющий один полюс?
5. Почему суда, предназначенные для изучения магнитного поля Земли, строят из материалов, которые не намагничиваются?

5. Домашнее задание

1. Параграф 16 .
2. Подготовить сообщение на выбранную тему:
3. “Компас, история его открытия”;
4. “Значение магнитного поля Земли для жизни на нашей планете”

Список использованной литературы и интернет источников

1. Лукашик В.И. Сборник задач по физике 7-9 класс: пособие для учащихся общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2005
2. Марон А.Е., Марон Е.А. Сборник качественных задач по физике: для 7-9 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2006
3. Кабардин О.Ф. Физика. 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2015
4. Чеботарева А.В. Тесты по физике. 8 класс: к учебнику А.В. Перышкина “Физика. 8 кл”. – М.: Издательство “Экзамен”, 2010

««Строение атома» 8 класс» - Экспертиза. Ключевое слово – фамилия известного русского химика и композитора. Следователи – обрабатывают весь добытый материал. Периодический закон. Строение атома. Опознание личности. Установление места преступления. Описание орудий преступления. Группа аналитиков важна в любой организации. Фотороботы. Розыск. Класс.

«Физический КВН» - Физический КВН. Знания об электрических явлениях. Инженеры. Участники КВНа.. Разминка. Найди лишнего. Экспериментаторы. Найди правильную дорогу. Представление жюри. Проверьте свой ответ. Приборы. Давайте проверим. Ревизор. Электричество. Команда «Электрон». Найти правильную формулу. Команда «Протон». Жюри.

«Влияние атмосферного давления» - Давление атмосферного воздуха. Как мы пьем. Выводы. Человек не может легко ходить по болоту. Как пьёт слон. Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство. Как мы дышим. Цель проекта. Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле. Кому легче ходить по грязи. Как используется атмосферное давление.

«Принцип работы двигателя внутреннего сгорания» - Легковые электромобили. Поршень движется вверх. Электрический омнибус. Давление на поршень. Работа двигателя внутреннего сгорания. История автомобилей. Устройство двигателя внутреннего сгорания. Первый русский автомобиль «Руссо – Балт» . Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания. Тепловые двигатели. Выпуск продуктов сгорания. Первый русский автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.

«Постоянные магниты, магнитное поле Земли» - Компас. Действие магнитного поля Земли на человека. Искусственные магниты - сталь, никель, кобальт. Магнитное поле Земли. Исследование свойства постоянных магнитов. Земное магнитное поле надежно защищает поверхность Земли. Разноименные магнитные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются. Тела, сохраняющие длительное время намагниченность. Свойства постоянных магнитов. Северное сияние. Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов.

«Свойства электромагнитных излучений» - Источники излучения. Применение в технике. Дно каньона. Основные свойства. Инфракрасное излучение. Волновой и частотный диапазон. Способы защиты. Электромагнитное излучение. Первооткрыватели. Влияние на здоровье человека.

Организационный этап

Сообщение темы и цели урока

Что в черном ящике?

Старинная легенда рассказывает о пастухе имени Магнус. Он однажды обнаружил, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть камнем “Магнуса” или просто “…”. Но известно и другое предание о том, что слово … произошло от названия местности, где добывали железную руду. За много веков до н.э. было известно, что некоторые породы обладают свойством притягивать куски железа.

(Ответы учащихся)

Как вы думаете, что явится предметом изучения, о чём пойдёт речь сегодня на уроке? (Ученики отвечают на поставленный вопрос). Действительно, речь пойдёт о постоянных магнитах, а также о магнитном поле Земли.

Тема урока «Постоянные магниты. Магнитное поле Земли».

Сегодня мы с вами осуществим погружение в мир науки магнетизма, исследований, интересных фактов, связанных с магнетизмом.

Изучение новых знаний и способов действий

Выступление ученика, сопровождаемое демонстрацией слайдовой демонстрации.

Обсуждение возникших вопросов.

• 
  Есть ли ещё способы, кроме нагревания, размагничивания магнита?

• 
  Остаётся ли неизменным положение магнитных полюсов Земли?

Учащиеся закрепляют изученный материал, отвечая на вопросы по карточке.

1. Какие тела называются постоянными магнитами?

2. Какие вещества используют для создания постоянных магнитов?

3. Что называют полюсами магнита? Какими буквами обозначают северный и южный полюса магнита?

4. Можно ли изготовить магнит, имеющий только один полюс?

5. Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов?

6. Какое явление называют магнитной индукцией?

7. Как можно получить представление о магнитном поле магнита?

8. Где находятся Северный и Южный магнитные полюсы Земли?

Выполнение кратковременных экспериментальных заданий

А сейчас вам, ребята, в ходе выполнения экспериментального задания предстоит исследовать некоторые свойства магнитов. Задания и приборы уже лежат на ваших столах. Выполняя задания, будете делать рисунки и соответствующие выводы.

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.

Выводы запишите в тетрадь.

Выводы. Линия посередине магнита, называемая нейтральной, не обнаруживает магнитных свойств. Наиболее сильное магнитное действие обнаруживают полюса магнита.

Задание 2.

Оборудование: иголка, железные опилки, тарелка с водой, пробка.

Возьмите иголку и положите ее на железные опилки. Прилипают ли опилки к иголке?

Поместите иголку на магнит, а затем положите на опилки. Прилипают ли опилки? Запишите выводы в тетрадь.

Подумайте, как сделать из иголки компас, используя емкость с водой? Догадались?

Выполните опыт.

Выводы. В первом случае иголка не прилипла к опилкам. Стоило иголке «пообщаться» с магнитом, как она сама стала магнитом.

Посередине иголки опилок немного, зато концы облеплены так, что получились «ежики».

Если положить иголку-магнит на поплавок и пустить плавать в тарелке с водой, то иголка одним концом «смотрит» на север, а другим - на юг. Получился магнитный компас.

Задание 3.

Оборудование: магнит и магнитная стрелка.

1. Поднесите к синему, а затем к красному концу магнитной стрелки магнит. Что можно сказать о взаимодействии магнитной стрелки и магнита?

2. Сделайте рисунки. Подпишите под ними, в каком случае магнитная стрелка притягивается, а в каком - отталкивается.

Вывод. Одноименные полюсы магнита и магнитной стрелки отталкиваются, разноименные - притягиваются.

(выступления учащихся по результатам эксперимента)

Контроль и взаимопроверка знаний и способов действий
Тест по теме «Постоянные магниты. Магнитное поле Земли»

1 вариант

А. магнитно -твёрдыми.

Б. магнитно -мягкими.

В. постоянными магнитами.

А. Северным. Б. Южным.

А. Из меди. Б. Из стали.

А.магнитами. Б. ферритами.

А. Нет. Б. Да. В. У магнитов вообще нет никаких полюсов

2 вариант

1. Тела, которые длительное время сохраняют намагниченное состояние, называют …

А постоянными магнитами.

Б. магнитно -твёрдыми.

В. магнитно -мягкими.

2. Магнит, подвешенный на нити, устанавливается в направлении север – юг. Каким полюсом магнит повернется к северному полюсу Земли?

А. Южным. Б. Северным.

3. К магниту через стержень притягиваются мелкие железные гвозди. Из какого вещества изготовлен стержень: из стали или меди?

А. Из стали. Б. Из меди.

4.Соединения окислов железа с другими элементами называют …

А. ферритами. Б. магнитами.

5. Можно ли изготовить полосовой магнит так, чтобы на концах его были одноименные полюсы?

А. Да. Б. Нет. В. У магнитов вообще нет никаких полюсов

Ответы к тесту