ДЭ 4. Магнитное поле проводника с током (прямого провода и катушки)

Способствует достижению целей:

1. Учащийся должен иметь представление о магнитном поле проводника с током.

2. Учащийся должен владеть экспериментальным умением определять направление магнитного поля проводника с током.

Стрелки магнитные демонстрационные на подставке, реостат со скользящим контактом, источник тока, ключ, провода соединительные, тангенциальный гальванометр, катушка с током (соленоид), железные опилки, лист картона (оргстекла, стекла), веб-камера (видеокамера), компьютер, проектор, демонстрационный экран.

Рисунок 1. Действие электрического тока на магнитную стрелку: а) цепь разомкнута; б) цепь замкнута

а) Демонстрация существования магнитного поля тока (опыт Эрстеда). Над магнитной стрелкой на подставке помещается горизонтально расположенный проводник так, что их направления совпадают (направление север-юг). Проводник выше стрелки на 0,5–1 см и включен в цепь источника тока (рис. 1а)

При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется на некоторый угол (рис. 1б) (в теории располагается перпендикулярно проводнику). При выключении цепи стрелка возвращается в первоначальное положение. Если изменить направление тока в цепи, стрелка повернется в обратную сторону.

Примечание. При проведении опыта необходимо соблюдать меры безопасности. Силу тока в цепи целесообразнее отрегулировать заранее при помощи реостата (1,5–2 А). Чтобы соединительные провода смогли выдержать нагрузку, они должны быть достаточно большого сечения, а контакты надежными. Кроме того, нежелательно оставлять цепь включенной на длительное время

б) Демонстрация магнитного поля прямого проводника с током. Для демонстрации вокруг вертикально натянутого проводника размещаются небольшие магнитные стрелки. При прохождении тока через проводник стрелки поворачиваются и становятся перпендикулярно проводнику. Направление стрелок проверяется правилом правой руки. (Во избежание недоразумений в будущем имеет смысл рассмотреть правило буравчика, так как в 10 классе будет введено правило левой руки).

Если вместо стрелок расположить картонный лист с железными опилками, то при включении тока опилки разместятся по окружностям, центром которых является проводник. Для данной демонстрации также удобно использовать веб-камеру.

в) Демонстрация магнитного поля катушки с током. Тангенциальный гальванометр (рис. 2) представляет собой несколько витков с током, в центре которых расположена магнитная стрелка (компас)

Когда прибор включается в электрическую цепь и в витках идет ток, компас поворачивается. Если поменять направление тока, компас повернется в другую сторону. Направление стрелки проверяется правилом правой руки (правилом буравчика) для соленоида.

Примечание. Вместо тангенциального гальванометра можно использовать витки с током, внутрь которых помещается компас либо магнитная стрелка.

Для получения картины магнитного поля вокруг длинной катушки с током (соленоида) проводится эксперимент с использованием небольших магнитов или железных опилок, аналогично демонстрации силовых линий магнитного поля полосового магнита, только источником поля выступает катушка с током (соленоид).

1. Какими способами можно получить картину линий магнитного поля различных проводников?
2. Как можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого проводником с током?
3. Как с помощью правой руки определить направление линий магнитного поля: а) прямого проводника с током; б) катушки с током