Научно-исследовательский проект по физике на тему: Создание электромагнита и исследование природы его магнитного поля

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Управление образования г.Алматы

Научно-практический центр «Зерде»

«ТамосЭдьюкейшн» физико-математическая школа,

Бостандыкский район, г. Алматы

Лобачёва София

8 класс

Тема:

Создание электромагнита и исследование природы его магнитного поля.

Направление: Научно-технический прогресс, как ключевое звено экономического роста.

Секция: физика - техника

Научный руководитель: Жукова Елена Георгиевна,

учитель физики и информатики

высшей категории

Қазақстан Республикасы Бiлiм және ғылым министрлiгi

Алматы каласы Бiлiм беру басқармасы

«Зерде» ғылыми-тәжiрибелiк орталығы

«ТамосЭдьюкейшн» физика-математикалык мектеп

Алматы қаласы, Бостандық ауданы

Лобачёва София

8 сынып

Тақырыбы:

Электромагнитті тудыру және оның магниттік өрісінің табиғатын зерттеу.

Бағыты: Естествознание

Секция: Физика-техника

Ғылыми жетекшiсi: Жукова Елена Георгиевна,

Физика и информатика пэнiнiн мугалiмi

Алматы каласы

2014 жыл

СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

Лобачёва София, ученица 8 класса

«ТамосЭдьюкейшн» физико-математической школы

Жукова Елена Георгиевна,

учитель физики и информатики ТЭФМШ

Казахстан, Алматы, ул.Каблукова, 129/4

Тел. +7 (727)3951142

Анотация.

Объектами исследования является электромагнит и созданное им магнитное поле.

Целью работы является создание простейшего электромагнита и изменение силы созданного им магнитного поля.

Метод изменения магнитного поля простейшего электромагнита: изменение числа витков его обмотки, изменение силы тока в обмотке.

Прогнозируется, 1) что с увеличением числа витков обмотки электромагнита его магнитное поле усиливается и наоборот;

2) увеличивая(уменьшая) силу тока в цепи магнитное поле электромагнита усиливается (уменьшается);

3) электромагнит с большим стальным сердечником имеет большую силу магнитного поля;

4) электромагнит с большей силой магнитного поля будет иметь большую грузоподъёмность.

Область применения - преподавание естествознания в 5, 6 и физики в7 классах по принципу: равный - равному.

Ключевые слова: сердечник, обмотка, число витков, полосной магнит, полюса магнита, электромагнит, сила тока, магнитное поле, сила магнитного поля, масса тел.

Отзыв

научного руководителя на учебно-исследовательскую работу ученицы 8 класса Лобачёвой Софии на тему «Создание электромагнита и исследование природы его магнитного поля».

Учебно-исследовательская работа Лобачёвой Софии выполнена в рамках курса «Проектная деятельность учащихся средних классов». Работа состоит из трех частей:

1. теоретической - история открытия магнитов и их свойства;

2. практической - создание простейшего электромагнита;

3. проектной - исследование природы магнитного поля, созданного простейшим электромагнитом.

Ценность работы заключается в самостоятельном создании простейшего электромагнита, определения способа исследования природы магнитного поля, созданного электромагнитом в домашних условиях для всех учащихся при изучении курса «Естествознания» в общеобразовательной школе.

При выполнении учебно-исследовательской работы Лобачёва София проявила самостоятельность, творческий подход к выполнению поставленных задач, показав отличные знания и неподдельный интерес к данной теме исследования.

Проект ученицы 8 «Б» класс ТЭФМШ г. Алматы Лобачёвой Софии, соответствует поставленным задачам, цель достигнута, сделаны соответствующие выводы. Работая над проектом, Лобачёва София проявила самостоятельность, заинтересованность в раскрытии темы, была дисциплинирована на протяжении всего рабочего процесса над проектом. Научилась создавать электромагнит собственными руками, ставить эксперименты и анализировать полученные результаты, делать соответствующие выводы и предложения с оценкой их эффективности. Ею изучена тема «Электромагнитные явления» с опережением школьной программы, достигнуты практические результаты, проявлена оригинальность и обоснованность собственных решений. Проект имеет практическую ценность по использованию электромагнита в технике и быту. Оформление проектной работы соответствует всем требованиям, аккуратно оформлен.

Считаю, что разработанные Лобачёвой Софией в ходе учебно-исследовательской работы рекомендации по созданию простейшего электромагнита и исследованию природы его магнитного поля в домашних условиях необходимо применять в дальнейшем при изучении курса «Естествознания» в общеобразовательных школах.

Научный руководитель

Преподаватель физики и информатики ТЭФМШ

Жукова Е.Г. 11 декабря 2014 г.

Оглавление

1. Введение. 6

2. Обзор литературы. 6

   1. История открытия магнитов. 6

   2. Свойства магнитов. 7

   3. Особенности магнитов. 8

   4. Электромагниты. 9

   5. Создание простейших электромагнитов. 10

3. Экспериментальная часть. 12

   1. Эксперимент1. 12

   2. Эксперимент2. 13

   3. Эксперимент3. 14

   4. Эксперимент4. 14

   5. Эксперимент5. 14

   6. Эксперимент6. 15

   7. Эксперимент7. 16

4. Заключение (выводы, рекомендации). 18

5. Список использованной литературы. 19

1. Введение.

Вы не знали, что все человечество, животные и рыбы, моря и горы существуют в мире магнитов? Каждого из нас окружают миллиарды магнитных полей всевозможного назначения. Мы сами, в свою очередь тоже, является магнитами. Курсирующие в нас биотоки создают силовые линии, опоясывающие наше тело. Земля, планеты и солнце - это гигантские магниты, летающие по нашей галактике. Без мира магнита и взаимного притяжения друг к другу всего, что находится на Земле, не было бы жизни, любви, рождения и смерти. Поэтому в магните заключена огромная сила природы.

2. Обзор литературы.

   1. История открытия магнитов.

Более двух тысяч лет назад в малой Азии, у подножья холмов Магнезии, жил пастух с весьма распространенным в этой местности именем Магнус. Однажды, проходя по новому маршруту, со своим стадом он вдруг обнаружил, что неведомые силы будто бы приковывали его к земле. С каждым шагом идти было все труднее и труднее. Посох Магнуса, тоже стал вести себя странно - он начал «приклеиваться» к земле. Так человечество, с помощью простого бедного пастуха совершило открытие магнита. Гвозди на сапогах Магнуса и железный наконечник посоха притянулись к черному камню - магниту. С тех пор этот черный камень стали называть «Камнем Магнуса» или «Магнитом».

• С момента открытия магнита прошло много времени и только в 1269 году рыцарь, красавец-весельчак Пьер из небольшой французской местности Марикур, умный и проницательный человек, увлекающийся астрономией и математикой впервые научно охарактеризовал свойства магнита в своем знаменитом трактате о магните[1].

2.2. Свойства магнитов.

• В настоящее время свойства магнитов достаточно хорошо изучены. Магниты притягивают к себе железо, никель, кобальт и всевозможные стали. Дерево, стекло, пластмасса, бумага, ткань не реагирует на магнит.

• Если положить рядом с магнитом иголку или гвоздь они тоже становятся магнитами! Но когда мы убираем магнит, эти предметы утрачивают свои магнитные свойства. Магниты, сохраняющие свои магнитные свойства, называются постоянными магнитами. Они в доме находятся повсюду. Одни держат закрытыми дверцы холодильников, другие спрятаны в дверном звонке, в телефоне и т. д.

• Магнитная сила магнита действует и сквозь стекло, сквозь воду или бумагу. Благодаря этой способности магниты используются при строительстве подводных сооружений, когда нужно закреплять кабель или держать инструмент под рукой. Магниты могут притягиваться даже на расстоянии. Чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие. Этим пользуются в химических лабораториях, когда нужно перемешать стерильные вещества в небольших количествах.

• Магнитная сила может преодолевать только тонкие соли некоторых материалов, но не преодолевает толстые слои. Сила магнита зависит от размера и формы. Подковообразные магниты сильнее, чем плоские и круглые.

• Если магниты имеют одинаковую форму, то сильнее будет магнит большего размера. Например, магнитная лента магнитофона покрыла крохотными магнитиками, которые в записывающей головке ориентируются таким образом, что воспроизводящая головка дезориентирует их, создавая снова звуковые сигналы[2].

2.3. Особенности магнитов.

• Кто из нас не раз старался приблизить друг к другу 2 магнита? Не получается! Это происходит потому, что у магнита есть два противоположных полюса северный и южный. Противоположные полюса притягиваются, а одинаковые - отталкиваются. Это свойство используется, например, в современных скоростных поездах, где внутри поезда и на рельсах установлены магниты разных полюсов, так что поезд практически парит над рельсами и достигает огромных скоростей.

• Земля тоже ведет себя как большой магнит и ориентирует по линиям своего поля любой свободно движущийся магнит. Это вызвано железом и никелем, находящимся в ядре Земли. Линии магнитного поля идут от одного полюса к другому и ориентируют стрелку компаса по этим линиям. Она стремится занять положение Север-Юг (окрашенный конец указывает на сервер)[3].

2.4. Электромагниты.

• Человек научился не только использовать естественными магнитами, но и делать искусственные. Их изготавливают из стали или особых сплавов. Держать магнит рядом с механическими часами очень рискованно, так как стальная пружина может намагнититься и вывести часы из строя. Если магнит подвергается неоднократным ударам, то он может размагнититься.

• Кроме постоянных магнитов есть электромагниты, которые имеют огромное преимущество: их можно выключить, отключив электроэнергию. Такие магниты запускают турбины, двигатели, дрели, игрушки и многое другое. Электромагнитом называют прибор, который приобретает свойства магнита при прохождении через него электрического тока[4].

• Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

2.5. Создание простейших электромагнитов.

Для изготовления простейшего электромагнита нам понадобятся:

• Медная проволока

• Болт с гайкой

• Две пластиковые шайбы

• Бумажный скотч

• Изолента

• Пара рук и немножко фантазии, если чего-то из перечисленного под рукой не оказалось :)

• 
  
  
  

• 
  
  
  

• 

3. Экспериментальная часть.

   1. Эксперимент1. Определение опытным путём полюсов электромагнита. Замыкаем электрическую цепь. Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении
      через нее электрического тока.

Подносим к концу катушки северный полюс полосного магнита, опилки отталкиваются от него, подносим южный полюс - притягиваются. Следовательно - это северный полюс электромагнита.

Затем отключив цепь меняем полюса на источнике питания и подключив источник питания повторяем опыт, - полюс электромагнита поменялся на южный.

2. Эксперимент2. Определение полюсов полосного магнита. Зная, что нижний полюс электромагнита южный, подносим к нему полосной магнит и определяем его полю. Опилки отталкиваются, значит мы определили южный полюс полосного магнита.

3. Эксперимент3. Опыт с полосным магнитом и магнитной стрелкой доказывает, что одноимённые полюса отталкиваются, а разноимённые полюса притягиваются.

4. Эксперимент4. Определение полюса полосного магнита с помощью магнитной стрелки. Так как стрелка повернулась северным полюсом, значит мы определили южный полюс полосного магнита.

5. Эксперимент5. Опыт с компасом доказывает, что на магнитное поле компаса влияет магнитное поле полосного магнита. Таким образом можно определять залежи полезных ископаемых.

6. Эксперимент6. Изменяя (увеличивая или уменьшая) силу тока в цепи, мы изменяем (усиливаем или уменьшаем) силу магнитного поля электромагнита.

7. Эксперимент7. Изменение грузоподъёмности электромагнита. Опыт доказывает, что грузоподъёмность прямо пропорционально зависит от силы тока в цепи.

№ опыта

I, A

m, г

1

0,4

130

2

0,55

160

3

1,05

185

4

1,2

210

4. Заключение.

Таким образом, технический прогресс и изобретательный ум человека заставил работать силу магнетизма в свое благо. Сейчас трудно найти прибор или механизм, в котором не используются магнитные свойства. Мир магнитов распространяется на компьютеры и стиральные машины, на термоядерные генераторы электроэнергии и нанотехнологии. Мы столетиями изучаем магнит, но, не смотря на значительные знания в этой области, еще не все тайны магнетизма раскрыты. Например, загадочные НЛО тесно связывают с использованием магнитных свойств Земли.

Выполнив экспериментальную часть проекта можно сделать следующие выводы:

1. Можно изменять магнитное поле электромагнита (усиливать или уменьшать), изменяя силу тока в обмотке, наличием стального сердечника или изменяя число витков обмотки электромагнита.

2. Чем больше магнитное поле электромагнита, тем больше его грузоподъёмность.

3. Магнитное поле электромагнита имеет практическое применение в технике и быту.

5. Список использованной литературы.

1. magnitoman.ru/public_card/2389/otkrytie_magnita/

2. dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5789/%D0%9C%D0%90%D0%93%D0%9D%D0%98%D0%A2%D0%AB

3. electrikpro.ru/post-magnit-elmagnit-osob-shng.html

4. class-fizika.narod.ru/8_m3.htm

5. howitworks.iknowit.ru/paper1138.html

6. Лукашик В.И. Физическая олимпиада
   Москва: издательство «Просвещение», 1987
   2. Тарасов Л.В. Физика в природе
   Москва: издательство «Просвещение», 1988
   3. Перельман Я.И. Знаете ли вы физику?
   Домодедово: издательство «ВАП», 1994
   6. Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике 6-7 класс
   Москва: издательство «Просвещение», 1978
   7. Кудрявцев П.С. Курс истории физики
   Москва: издательство «Просвещение», 1981
   8. Ердавлетов С.Р., Рутковский О.О. Занимательная география Казахстана
   Алма-Ата: издательство «Мектеп», 1989.

9. Перышкин А.В. «Физика - 9», Просвещение: - М., 2002.

Алматы

2014 год