Изготовление экспериментальной установки для демонстрации действия силы Ампера на проводник с током

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Максимова М.Б. 1

---

1МБОУ СОШ №2, 9 класс

Лялина О.А. 1

---

1МБОУ СОШ №2

Работа в формате PDF

388 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Цель работы – создать экспериментальную установку которая позволит наглядно показать действие силы Ампера на проводник с током.

Проблема: Как в простом и доступном опыте доказать существование силы Ампера и убедиться, что направление этой силы определяется правилом левой руки?

Задачи:

1. Изучить теоретический материал.

2. Рассмотреть демонстрационный опыт описанный в школьном учебнике по обнаружению действия магнитного поля на проводник с током.

3. Изучить статью В.В. Майера и Е.И. Вараксиной [], в которой предложена простая установка для демонстрации силы Ампера.

4. Подобрать материалы для изготовления прибора описанного в статье

5. Изготовить прибор.

6. Провести ряд опытов по наблюдению действия магнитного поля на проводник с током.

Практическая значимость: установка может использоваться на уроках физики при изучении силы Ампера.

Актуальность:

На основе магнитных явлениях построено действие электротехнических устройств. Все современные электромоторы, генераторы и множество других электромеханических приборов работают по принципу взаимодействия электрического тока с окружающими его магнитными полями. Эти взаимодействия описывает знаменитый закон Ампера, названный так в честь своего первооткрывателя.

В настоящее время изучение практических основ физики, электроники имеет очень большое значение для успешного развития науки. Физическое мышление развивается при изучении физической теории и решении относящихся к ней физических задач. Умение применения физических знаний на практике, опирается на физический эксперимент. В самом деле, как можно рассуждать о теории явления, если мы не можем представить это явление? На каждом уроке физики должны быть опыты, причем не в качестве иллюстрации изучаемой теории, а как основные этапы урока: возможен и доклад учащегося, который заранее подготовил данный опыт, или эксперимент продемонстрированный учителем. Но самый ценный тот эксперимент, что учащийся подготовил самостоятельно, опираясь на помощь учителя. Поэтому изготовление демонстрационных установок по физике является актуальным.

Теоретическая часть

Действие магнитного поля на проводник с током было обнаружено А.А. Ампером (1775— 1836) в 1820 году.

Опыт по наблюдению влияния магнитного поля на проводник с током заключался в том, что подвешенный горизонтально проводник находится в поле постоянного подковообразного магнита (рис.1). Поле магнита сосредоточено в основном между его полюсами, поэтому магнитная сила действует практически только на часть проводника, расположенную непосредственно между полюсами магнита. На проводник действует сила F. Она направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции. Это видно по отклонению проводника. Действие силы зависит от направления тока в проводнике и линий магнитного поля.

По правилу левой руки можно установить направление силы Ампера, действующей на проводники с токами (рис.2).

Сила Ампера

Сила Ампера -  это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током. 

сила Ампера

Модуль силы Ампера  равен произведению модуля индукции магнитного поля, в котором находится проводник с током, длины этого проводника, силы тока  в нем и синуса угла  между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля : 

Этой формулой можно пользоваться: 

• если длина проводника такая, что индукция во всех точках проводника может считаться одинаковой; 

• если магнитное поле однородное (тогда длина проводника может быть любой, но при этом проводник целиком должен находиться в поле).

Для определения направления силы Ампера  применяют правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля  входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока , тогда отогнутый на  большой палец укажет направление силы Ампера .

Поскольку величина  представляет собой модуль компоненты вектора индукции, перпендикулярной проводнику с током, то ориентацию ладони можно определять именно этой компонентой  перпендикулярная составляющая к поверхности проводника должна входить в открытую ладонь левой руки. 

Сила Ампера равна нулю, если проводник с током расположен вдоль линий магнитной индукции, и максимальна, если проводник перпендикулярен этим линиям.

Опыты Ампера показали, что магнитные поля, создаваемые токами в параллельных проводниках, приводят к возникновению силы взаимодействия (силы Ампера). Его открытия стали первыми шагами в развитии электромагнетизма [1].

Изготовление экспериментальной установки

Для изготовления установки нам понадобятся: дюралевые уголки 15х15х100 мм, провода, дюралевая трубочка, длинной -10 см, крокодильчики, источник тока на 9V.

Подготавливаем два одинаковых дюралевых уголка с гладкими ребрами, прямую гладкую дюралевую трубку и батарейку на 4,5В или два больших гальванических элемента на 1,5В. Соедините источник питания с двумя уголками.

Два одинаковых дюралевых уголка размером 15×15×100 мм приклеены двусторонним скотчем к подъемному столику и образуют параллельные рельсы. На горизонтальных полках уголков лежат неодимовые магниты, а на вертикальных находится дюралевая трубка диаметром 5 мм и длиной 100 мм с расположенными на ее концах 5 разноцветными флажками из изоленты. Эти флажки служат индикаторами вращения трубки при движении ее по рельсам. Расстояние от трубки до ближайшей поверхности магнитов не превышает 2–3 мм [2].

Заключение:

Физическое мышление происходит в цикле научного познания, в нем оно и развивается. Поэтому так важна проектная деятельность и важен эксперимент, на результатах полученных в ходе эксперимента строится физическая теория. Именно это имел в виду В. Г. Разумовский, рассматривая «превращение школьного физического эксперимента из средства наглядности в экспериментальный метод познания» как первоочередную задачу отечественного физического образования [4]. Наиболее простой и эффективный способ решения этой задачи состоит в выполнении учеником внеурочного проектного исследования с целью создания экспериментальной установки для демонстрационных опытов и последующего использования ее на уроках физики

[3].

Список литературы

1. Мякишев Г.Я. Физика.11 класс: учеб. Для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховец, В.М.Чаругин; под ред. Н.А.Парфентьевой.- М.: Просвещение, 2016.- 432 с.

2. Майер В.В., Вараксина Е.И. Развиваем физическое мышление свое и своих одноклассников // Потенциал.- 2022.- № 2. – С.69-77.

4. Разумовский В. Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике: пособ. для учителей. — М.: Просвещение, 1975. — 272 с.

5. Разумовский В. Г., Майер В. В. Физика в школе. Научный метод

познания и обучение. — М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2004. — 463 с.