Глава M. Методика

M.3. Методика работы с компьютерным курсом

M.3.2. Н. Н. Гомулина. Методика проведения компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов»

Оборудование для демонстрационного эксперимента: ленты из фольги, штатив, ключ, цветные соединительные провода, источник постоянного тока на 12 В.

Оборудование для фронтального эксперимента: проволочные мотки, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Безусловно, компьютерные лабораторные работы рекомендуется проводить только после реальных физических экспериментов.

Подготовить и провести демонстрационный эксперимент «Взаимодействие двух параллельных токов» с лентами из фольги, подробно разобранный в книге «Демонстрационный эксперимент по физике. Том 2» ¹ [1, С.76-78]. При этом целесообразно показать взаимодействие токов на двух опытах, вначале на двух параллельных проводниках с током одинакового и противоположного направлений. Вокруг каждого проводника с током обнаруживается магнитное поле (рис. 1). Акцентировать внимание учащихся на то, что силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током являются концентрическими окружностями и лежат в плоскости, перпендикулярной этому проводнику.

Рисунок M.3.2.1. Магнитное поле прямолинейного проводника с током

Затем перейти к фронтальному эксперименту взаимодействия катушек с током, который будут проводить сами учащиеся.

Объяснить учащимся, что первый эксперимент достаточно труден в исполнении и требует тщательной подготовки. Именно поэтому фронтально учащимся предлагается провести эксперимент по взаимодействию двух круговых токов, используя проволочные мотки, ключ, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Отметить направление тока в каждом витке, используя цветные провода. Включив на непродолжительное время ток, пронаблюдать взаимодействие двух катушек с током.

Учащиеся должны зафиксировать притяжение и отталкивание двух катушек с током в зависимости от направления тока. Витки с током одинакового направления притягиваются, а противоположного – отталкиваются.

После первичного формирования представлений о взаимодействии двух проводников с токов, акцентируем внимание учащихся на вопросы:
1) Магнитное поле создается электрическим током каждого проводника. Силовые линии магнитного поля обозначены на рис. 2. красным цветом.
2) Магнитное поле обнаруживается по его действию на электрический ток. Соответствующие силы обозначены как F₁ и F₂ синим цветом.

Рисунок M.3.2.2. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов

Затем рекомендуется вначале ознакомиться с соответствующей интерактивной моделью (рис. 3).

Модель. Взаимодействие параллельных токов

Затем ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе «Взаимодействие параллельных токов»:

1. Каковы направления тока в проводах и индукции магнитного поля от проводов, если параллельные провода притягиваются?
А) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Б) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
В) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
Г) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Д) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в ту же сторону.

2. Как взаимодействуют параллельные проводники с током, если токи протекают в разных направлениях, и как направлена индукция магнитного поля от каждого из проводов?
А) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в разные стороны.
Б) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
В) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
Г) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов направлены в разные стороны.
Д) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов параллельны направлению соответствующих токов.

3. По двум параллельным проводам в одном направлении протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами увеличить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

4. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 2 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

5. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи в разных направлениях. Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника.
А) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в ту же сторону, что и соответствующий ток.
Б) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в противоположную сторону к соответствующему току.
В) Векторы индукции магнитного поля от каждого проводника направлены в одну сторону по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Г) Индукция магнитного поля от каждого проводника направлена в разные стороны по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Д) Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника невозможно.

6. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза, а силу тока в одном из проводов увеличить в 4 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Увеличится в 8 раз.
Верные ответы: 1 – А, 2 – В, 3 – Б, 4 – А, 5 – В, 6 – Д. При решении учащимися соответствующих контрольных вопросов статистика верных и неверных ответов будет внесена в журнал достижений.

После этого провести компьютерные эксперименты по определенным заданиям и проверить свои решения. Компьютерные эксперименты к лабораторной работе, по которым можно провести соответствующий компьютерный эксперимент, специально составлены как задания с числами, соответствующими интерактивной лабораторной работе.

Рисунок M.3.2.3. Изменение картины силовых линий магнитного поля двух проводов с током

Эксперимент № 1. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи 1 А и 2 А в разных направлениях. Расстояние между проводниками 0,8 м. Определить величину и направление индукции магнитного поля на расстоянии 0,8 м от каждого проводника. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Индукция магнитного поля направлена в одну сторону. От первого тока B₁₂ = 2,5·10^–7 Тл, от второго тока B₂₁ = 5·10^–7 Тл.

Эксперимент № 2. Сила тока в проводниках, расположенных параллельно на расстоянии 1 м друг от друга, равна соответственно 1 А и 2 А. Токи протекают в одном направлении. Определить индукцию магнитного поля на расстоянии 1 м от каждого проводника. Во сколько раз по модулю индукция от второго проводника больше индукции от первого проводника? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ. Индукция магнитного поля B₁₂ = 2∙10^–7 Тл, B₁₂ = –4∙10^-7 Тл.
Ответ. В 2 раза.

Эксперимент № 3. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, течет ток соответственно 2 А и 1,5 А в разных направлениях. Определить, во сколько раз изменится сила взаимодействия, если расстояние увеличить в 2 раза. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 2 раза.

Эксперимент № 4. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, протекают токи в одном направлении. Сила тока в проводниках 2 А. Во сколько раз изменится сила взаимодействия проводников, если расстояние увеличить в три раза? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 3 раза.

Все действия учащихся с заданиями к лабораторной работе также фиксируются в журнале достижений курса «Открытая Физика 2.6».

Умения учащихся творчески использовать полученные знания по теме «Взаимодействие параллельных токов» могут быть продемонстрированы на заданиях проблемного и творческого характера, которые предлагается составить самостоятельно. Примеры таких ожидаемых заданий:

• В каком случае совпадают направления векторов магнитной индукции B₁ и B₂ при взаимодействии двух параллельных проводов с током?
• Могут ли силы, действующие на два параллельных проводника с током быть разными по значению? А по направлению?
• Как изменяется при взаимодействии двух параллельных током при увеличении расстояния между ними в 2 раза индукция магнитного поля и сила взаимодействия двух проводников?

В тетрадях для лабораторных работ у учащихся после выполнения компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов» должны быть записи:

• По проведению фронтального эксперимента.
• Данные из журнала достижений по ответам на контрольные вопросы.
• Данные из журнала достижений по проведению компьютерных экспериментов.

Отметка за выполнение компьютерной работы ставится по журналу достижений индивидуально каждому учащемуся.