Д. Г.Евстафьев,
МОУ "Притокская СОШ", п. Романовский,
Александровский район, Оренбургская обл.
Сравнение электрического и магнитного полей
Планконспект урока повторения и обобщения, 11-й класс
Методические рекомендации. Урок проводится после изучения темы «Магнитное поле». Основной методический приём — выделение общих и отличительных черт электрического и магнитного полей с заполнением таблицы. Предполагается достаточно развитое диалектическое мышление, в противном случае придётся делать отступления философского характера. Сравнение электрического и магнитного полей подводит учащихся к выводу об их взаимосвязи, на чём основана следующая тема «Электромагнитная индукция».
Содержание урока
Физика и философия рассматривают материю как основу всего сущего, которая существует в разных формах. Она может быть сосредоточена в пределах ограниченной области пространства (локализована), но может быть, напротив делокализована. Первому состоянию можно поставить в соответствие понятие вещество, второму — понятие поле. Наряду со специфическими физическими характеристиками, эти состояния имеют и общие. Например, есть энергия единицы объёма вещества и есть энергия единицы объёма поля. Свойства материи неисчерпаемы, процесс познания бесконечен. Поэтому все физические понятия надо рассматривать в развитии. Так, например, современная физика в отличие от классической не проводит строгой границы между полем и веществом. В современной физике поле и вещество взаимно превращаются: вещество переходит в поле, а поле переходит в вещество. Но не будем забегать вперед, а вспомним классификацию форм материи. Обратимся к схеме на доске.
МАТЕРИЯ
ПОЛЕ ВЕЩЕСТВО
– гравитационное – твёрдое тело
– электрическое – жидкость
– магнитное – газ
– плазма
Попробуйте по схеме составить краткий рассказ о формах существования материи. (После ответа учащихся учитель напоминает, что свойством этого является сходство характеристик гравитационного и электрического полей, которое было выявлено на предыдущих уроках по теме «Электрическое поле».) Напрашивается вывод: если есть сходство между гравитационным и электрическим полями, то должно быть оно и между полями электрическим и магнитным. Давайте сопоставим свойства и характеристики полей в виде таблицы (см. с. ??), аналогичной той, которую мы делали при сравнении гравитационного и электрического полей.
Электрическое поле | Магнитное поле |
Источники поля | |
Электрически заряженные тела | Движущиеся электрически заряженные тела (электрические токи) |
Индикаторы поля | |
Мелкие листочки бумаги. Электрическая гильза. Электрический «султан» | Металлические опилки. Замкнутый контур с током. Магнитная стрелка |
Опытные факты | |
Опыты Кулона по взаимодействию электрически заряженных тел | Опыты Ампера по взаимодействию проводников с током |
Графическая характеристика | |
Линии напряжённости электрического поля в случае неподвижных зарядов имеют начало и конец (потенциальное поле); могут быть визуализированы (кристаллы хинина в масле) | Линии индукции магнитного поля всегда замкнуты (вихревое поле); могут быть визуализированы (металлические опилки) |
Силовая характеристика | |
Вектор напряжённости электрического поля E. Величина: Направление: ЕCF | Вектор индукции магнитного поля В. Величина: . Направление: определяется правилом левой руки. |
Энергетическая характеристика | |
Работа электрического поля неподвижных зарядов (кулоновcкой силы) равна нулю при обходе замкнутой траектории | Работа магнитного поля (силы Лоренца) всегда равна нулю (vBВ) |
Действие поля на заряженную частицу | |
Сила всегда отлична от нуля: F = qE | Сила зависит от скорости движения частицы: F = qvBsina; не действует на покоящуюся частицу |
Вещество и поле | |
Проводники: e ® ??? ГРИ??? Диэлектрики: e ® ¥. Электреты: e. 1. Сегнетоэлектретики: e > 1. | Ферромагнетики: µ. 1. Диамагнетики: µ < 1. Парамагнетики: µ > 1. |
Заключение
1. При обсуждении источников поля для повышения интереса к предмету хорошо сравнить два природных камня: янтарь и магнит.
Янтарь, тёплый камень удивительной красоты, обладает необычным, располагающим к философическим построениям свойством: он может притягивать! Будучи натёртым, он притягивает пылинки, нити, кусочки бумаги (папируса). Именно по этому свойству ему и давали названия в древности. Так, греки называли его электроном — притягивающим; римляне — харпаксом — грабителем, а персы – кавубой, т. е. способным притягивать мякину. Его считали магическим, лекарственным, косметическим...
Таким же таинственным и полезным считали известный тысячи лет другой камень – магнит. В разных странах магнит называли по-разному, но большая часть этих названий переводится как любящий. Так поэтично древние отметили свойство кусков магнита притягивать железо.
С моей точки зрения эти два особенных камня можно рассматривать как первые изученные природные источники электрического и магнитного полей.
2. При обсуждении индикаторов полей полезно одновременно продемонстрировать с помощью учащихся взаимодействие наэлектризованной эбонитовой папочки с электрической гильзой и постоянного магнита с замкнутым контуром с током.
3. При обсуждении визуализации силовых линий лучше это продемонстрировать, используя проекцию на экран.
4. Деление диэлектриков на электреты и сегнетоэлектрики – дополнительный материал. Электреты – это диэлектрики, длительно сохраняющие поляризацию в отсутствие внешнего электрического поля и создающие собственное электрическое поле. В этом смысле электреты подобны постоянным магнитам, создающим магнитное поле. А ведь это ещё одно сходство! Сегнетоэлектрики – кристаллы, обладающие (в некотором температурном интервале) спонтанной поляризацией. При уменьшении напряжённости внешнего поля индуцированная поляризация частично сохраняется. Для них характерно наличие предельной температуры — точки Кюри, при которой сегнетоэлектрик становится обычным диэлектриком. Опять сходство с ферромагнетиками!
После работы с таблицей коллективно обсуждаются обнаруженные сходства и различия. Сходство лежит в основе единой картины мира, различия объясняются пока на уровне разной организации материи, лучше сказать – степени организации материи. Одно то, что магнитное поле обнаруживается только около движущихся электрических зарядов (в отличие от электрического), позволяет предсказать более сложные методы описания поля, более сложный математический аппарат, применяемый для характеристик поля.
После подведения итогов урока можно рекомендовать дополнительную литературу, а в качестве домашнего задания – подумать о сравнительной характеристике трёх полей: гравитационного, электрического и магнитного.
Дмитрий Георгиевич Евстафьев – учитель физики, окончил в 1978 г. физико-математический факультет Оренбургского государственного педагогического института им. В. П. Чкалова по специальности "физика", педагогический стаж 41 год. С 1965 г работает (с небольшим перерывом) в МОУ "Притокская СОШ", сначала в должности учителя физики, затем - учителя физики и директора данной школы. После выхода на пенсию в 2007 г. продолжает работать в должности учителя физики. За всю трудовую деятельность был трижды награжден Почетными грамотами Оренбургского облОНО. Педагогическое кредо: «Не довольствоваться на достигнутом!" Многие выпускники школы окончили технические ВУЗы, в этом, несомненно, заслуга Дмитрия Георгиевича. Его отец - Георгий Севостьянович, участник Великой Отечественной войны, много лет проработал в должности учителя физики и директора МОУ "Добринская СОШ". Вместе с женой воспитали пятерых детей, трое работают в школах Оренбуржья, а двое - студенты исторического и филологического факультетов Орен-бургского педагогического университета. Сын Сергей - лауреат Президентского гранта в 2006 г., учитель информатики, работает в райцентре - поселке городского типа Новосергиевка. Хобби Дмитрия Георгиевича - пчеловодство.
Основные порталы (построено редакторами)