Магнитные явления · урок 3 из 6

Магнитное поле тока. Электромагниты

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика», Москва – 2025 · строка R05 · PHY8-058

Паспорт: R05 «2.3 Магнитные явления» (6 ч), урок 3/6, единицы R05.6 «Магнитное поле электрического тока», R05.7 «Применение электромагнитов в технике», R05.8 «Действие магнитного поля на проводник с током». Тип урока — Н.
Хронометраж: цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · поле прямого тока и катушки 8 (сл. 4–6) · опыт с катушкой 5 (сл. 7–8) · электромагнит и применение 7 (сл. 9–11) · поле действует на ток 6 (сл. 12–13) · закрепление 8 (сл. 14–16) · рефлексия и ДЗ 5 (сл. 17).
Если не хватает времени: сл. 11 (реле) — кратко, сл. 13 (правило левой руки) — только один случай.
Оборудование для демонстраций: источник тока, ключ, реостат, амперметр, провод, магнитные стрелки, катушка с сердечником, скрепки или гвозди, подковообразный магнит, лёгкий алюминиевый стержень на гибких проводах.

R05.6–R05.8

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Описывать магнитное поле тока

линии вокруг провода и катушки, их направление

Объяснять устройство электромагнита

и как усилить его действие

Приводить примеры применения

подъёмный кран, реле, звонок, МРТ, поезд

Определять направление силы

с которой магнитное поле действует на проводник с током

Предметные результаты ФРП (8 класс): REQ-1.1 «использовать понятия», REQ-1.4 «описывать изученные свойства тел и физические явления…», REQ-1.14 «характеризовать принципы действия изученных приборов и технических устройств…» (в перечне — электромагнит), REQ-1.2 «различать явления по описанию… и на основе опытов», REQ-1.9 «проводить опыты по наблюдению физических явлений», REQ-1.16 «приводить примеры практического использования физических знаний». Элементы содержания EL-7.16, EL-7.17, EL-7.22.
Вопрос классу перед уроком: где дома может «прятаться» электромагнит? Ответы записать на доске и вернуться к ним на сл. 10.

повторение: R05.3, R05.5

Вспомним

Опыт Эрстеда: ток поворачивает стрелку

Как обнаружить магнитное поле?

Как взаимодействуют полюсы магнитов?

Ток создаёт магнитное поле. Какой у него вид — и как сделать его сильнее?

6 мин вместе с целями. Провод натянут над стрелкой вдоль неё (с севера на юг). При замыкании стрелка поворачивается почти поперёк провода, при размыкании — возвращается. Демонстрацию лучше показать вживую.
Ответы: поле обнаруживают по действию на магнитную стрелку или железные опилки; одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые притягиваются.
Цвета: в школьных магнитах России северный полюс N — синий, южный S — красный; так же на всех рисунках урока.
Последний вопрос — проблема урока.

R05.6

Новое · магнитное поле тока

Вокруг провода с током — магнитное поле

Магнитные линии прямого тока — замкнутые окружности вокруг провода.

Демонстрация: провод пропущен вертикально через картон, на картон насыпают железные опилки и замыкают ключ, слегка постукивая по картону. Опилки выстраиваются концентрическими окружностями. Магнитные стрелки, расставленные вокруг провода, встают по касательным к окружностям.
Вопрос: где поле сильнее — вблизи провода или вдали? (Вблизи: там опилки выстраиваются чётче.)
Обозначения: точка в кружке — ток идёт к нам (видим «острие стрелы»), крестик — ток от нас («оперение»). Направление магнитной линии — то, куда указывает северный (синий) конец стрелки.
Типичная ошибка: рисовать линии как лучи, выходящие из провода. Линии замкнуты и не имеют начала и конца.

R05.6

Направление магнитных линий

Меняем направление тока — меняется направление линий

Опыт: меняем полюсы источника — стрелки вокруг провода поворачиваются на 180°. Направление магнитных линий связано с направлением тока.
Правило буравчика (правого винта): если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока, то вращение его ручки совпадает с направлением магнитных линий. Вариант — правая рука: большой палец по току, согнутые четыре пальца показывают направление линий. В учебниках подробно — в 9 классе; здесь — как инструмент для рисунков.
Вопрос: штопор «вкручиваем» в доску (от нас) — ручка вращается по часовой стрелке. Значит, при токе от нас линии идут по часовой.

R05.6

Новое · катушка с током

Катушка с током — как полосовой магнит

Внутри катушки линии прямые и густые: поле сильное.

Ток в другую сторону — полюсы катушки меняются местами.

Рисунок — разрез катушки вдоль оси: в верхнем ряду витков ток идёт к нам, в нижнем — от нас. Вокруг каждого витка — свои окружности; внутри катушки они складываются, и линии идут вдоль оси от S к N.
Вне катушки линии выходят из северного конца и входят в южный — как у полосового магнита. Подвешенная катушка с током поворачивается и устанавливается по линии «север — юг», как стрелка компаса.
Правило правой руки для катушки: обхватить катушку так, чтобы четыре пальца шли по току в витках, — отогнутый большой палец укажет на северный полюс N.
Опыт ФРП: к катушке подносят полосовой магнит; при одном направлении тока катушка притягивает его, при другом — отталкивает.

R05.6 · опыт

Опыт

От чего зависит магнитное действие катушки

Порядок опыта

Соберите цепь по схеме.
Реостатом меняйте силу тока $I$ , считайте скрепки $n$ .
Возьмите катушку с бóльшим числом витков $N$ .
Выньте сердечник.
Поменяйте полюсы источника, поднесите стрелку.

Вид деятельности ФРП: «Проведение опытов, демонстрирующих зависимость силы взаимодействия катушки с током и магнита от силы и направления тока в катушке». Можно фронтально (группы по 3–4) или демонстрацией.
Обозначения по ГОСТ: источник (длинная черта «+»), ключ, катушка (полуокружности), черта рядом с катушкой — железный сердечник, амперметр в кружке, реостат — прямоугольник со стрелкой.
Техника безопасности: сила тока — не больше, чем указано на катушке; при большом токе катушка нагревается. Цепь собирают и разбирают при разомкнутом ключе.
Вопрос: почему амперметр включён последовательно? (Он измеряет ток, идущий через катушку.)

R05.6 · опыт

Результаты опыта

Больше ток и витков — сильнее магнит

$I$ , А	0,5	1	1,5	2
$N = 50$	2	4	6	8
$N = 100$	4	8	12	16
без сердечника	0	0	1	1

$n$ — число удержанных скрепок

Ток в другую сторону — стрелка поворачивается другим концом: полюсы поменялись.

Числа — учебные, типичные для школьной катушки с сердечником; в классе получатся свои. Главное — вывод: при увеличении силы тока в 2 раза число скрепок растёт примерно в 2 раза; при увеличении числа витков в 2 раза — тоже примерно в 2 раза.
Без сердечника та же катушка почти ничего не держит: железный сердечник намагничивается и усиливает поле во много раз.
Вопрос: сколько скрепок удержит катушка 100 витков при 1,25 А? (По графику ≈ 10.)
Вывод записать в тетрадь: магнитное действие катушки усиливается при увеличении силы тока, числа витков и при введении железного сердечника.

R05.7

Новое · электромагнит

Электромагнит = катушка + железный сердечник

Как усилить электромагнит

I ↑

сила тока

N ↑

число витков

Fe

сердечник

Ток выключили — магнит «отпустил». Силой и полюсами легко управлять.

Электромагнит — катушка с железным сердечником внутри. Сердечник делают из мягкого железа: оно быстро намагничивается при включении тока и почти полностью размагничивается при выключении.
Главное отличие от постоянного магнита: действием электромагнита можно управлять — включить и выключить, изменить силу (реостатом), поменять полюсы (направлением тока).
Вопрос: почему подъёмный электромагнит нельзя заменить постоянным магнитом? (Груз не удалось бы отпустить в нужном месте.)
Если магнитная стрелка подносится к концу сердечника — пусть класс по рисунку назовёт, какой конец стрелки притянется к правому концу (южный, красный: разноимённые полюсы притягиваются).

R05.7

Применение в технике

Где работают электромагниты

Подъёмный кран

металлолом, листы стали

Реле

слабый ток управляет сильным

Звонок, замок

дверной звонок, домофон

Сепаратор

отделяет железо от руды и мусора

МРТ

медицина: снимок органов

Маглев

поезд на магнитной подушке

Вид деятельности ФРП: «Анализ ситуаций практического применения электромагнитов (в бытовых технических устройствах, промышленности, медицине)». Для каждого устройства спросить: что притягивает электромагнит и почему важно, что его можно выключить?
Подъёмный электромагнит переносит стальной лом и листы; при выключении тока груз падает. Магнитный сепаратор отделяет железные примеси (руда, зерно, мусор при переработке). Дверной звонок: электромагнит притягивает молоточек, цепь размыкается, молоточек отскакивает — и так много раз в секунду. Электромагнитный замок домофона держит дверь, пока идёт ток.
МРТ (магнитно-резонансная томография): мощный электромагнит создаёт сильное поле, в котором получают снимки органов. Маглев: электромагниты поднимают поезд над путём, трения о рельсы нет.
Вернуться к списку с доски (сл. 2): что ещё нашли ученики? (Динамик, наушники, электромагнитный клапан стиральной машины.)

R05.7

Как это работает

Электромагнитное реле

По шагам: 1) ключ в цепи управления замкнут — по обмотке идёт слабый ток; 2) сердечник намагничивается и притягивает железный якорь; 3) контакты на конце якоря замыкаются — включается рабочая цепь с мощной нагрузкой (лампа, двигатель); 4) ключ разомкнули — пружина возвращает якорь, рабочая цепь разомкнута.
Зачем: малым током и безопасным напряжением управлять большим током (стартер автомобиля, станки, светофоры, бытовая техника).
Обозначения в цепях — ГОСТ: источник (длинная и короткая черты), ключ, лампа (кружок с крестом). Зелёный якорь — положение «притянут».
Можно пропустить, если не хватает времени: оставить одну фразу про реле со сл. 10.

R05.8 · опыт

Новое · опыт

Магнитное поле действует на проводник с током

Что наблюдаем

Ток есть — стержень отклоняется.
Ток в другую сторону — отклоняется в другую сторону.
Перевернули магнит — тоже в другую.
Больше ток — отклоняется сильнее.

Оборудование: подковообразный магнит, лёгкий алюминиевый стержень на двух гибких проводниках, источник тока, ключ, реостат. Вид деятельности ФРП: «Изучение действия магнитного поля на проводник с током».
Рисунок — вид сбоку: стержень перпендикулярен рисунку, ток в нём от нас (крестик). Магнитные линии между полюсами идут от N к S. Стержень выталкивается из промежутка между полюсами — влево.
Вывод: направление силы зависит от направления тока и от направления магнитных линий. Без тока или без магнита стержень не отклоняется.
Если ток не меняется, а стержень не движется: проверить, что стержень лёгкий, а провода гибкие. Ток кратковременно, источник быстро разряжается.
Связь со следующим уроком: на этом явлении основан электродвигатель (PHY8-059).

R05.8

Направление силы

Куда толкает поле: правило левой руки

Рисунки — вид сбоку, как на сл. 12: магнитные линии идут сверху вниз (от N к S). При токе от нас сила направлена влево, при токе к нам — вправо. Это и есть результат опыта: смена направления тока меняет направление силы.
Правило левой руки: расположить левую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока, — тогда отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы. На рисунке справа ладонь обращена к нам, линии идут «в рисунок» (крестики), ток вверх — сила влево.
Сила перпендикулярна и проводнику, и магнитным линиям. Если проводник расположен вдоль линий, поле на него не действует.
В учебниках правило подробно изучают в 9 классе; формулу силы (сила Ампера) в 8 классе не вводим.

R05.6–R05.8

Осторожно

Типичные ошибки

Неверно	Верно
линии прямого тока — лучи от провода	замкнутые окружности вокруг провода
электромагнит действует и без тока	ток выключили — железо почти размагнитилось
сила направлена вдоль линий поля	сила перпендикулярна и линиям, и проводнику
для силы — правая рука	сила — левая рука; линии вокруг тока — буравчик

R05.6–R05.8

Закрепление

Решите

1базаТок в прямом проводе идёт от нас. Как направлены магнитные линии: по часовой стрелке или против?

2базаНазовите три способа усилить магнитное действие катушки с током.

3базаПолюсы источника поменяли местами. Что стало с полюсами катушки?

4повыш.Провод с током к нам — между полюсами: N сверху, S снизу. Куда направлена сила?

5повыш.Почему сердечник электромагнита делают из мягкого железа, а не из закалённой стали?

6практикаПри

I = 1

А электромагнит держит 8 скрепок. Сколько удержит при

I = 1, 5

А, если

n \sim I

?

Ответы: 1) по часовой стрелке (правило буравчика). 2) Увеличить силу тока, увеличить число витков, вставить железный сердечник. 3) Поменялись местами: где был N, стал S.
4) Вправо (правило левой руки: линии сверху вниз входят в ладонь, обращённую вверх, четыре пальца — к нам, большой палец — вправо; совпадает с сл. 13). 5) Мягкое железо после выключения тока почти размагничивается, и электромагнит отпускает груз; закалённая сталь осталась бы постоянным магнитом.
6) Сила тока выросла в 1,5 : 1 = 1,5 раза, скрепок тоже в 1,5 раза больше: 8 · 1,5 = 12 скрепок. Задания 1–3 — все; 4–6 — по готовности; 5–6 можно перенести в ДЗ.

R05.6–R05.7 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 4: вставьте пропуски

4Если по проводу пропустить электрический ток, вокруг провода возникает (А)___. Катушка с током ведёт себя как (Б)___. Если изменить направление тока в катушке, её полюсы (В)___. Если вставить в катушку железный сердечник, её магнитное действие (Г)___.

А	Б	В	Г

Список

электрическое поле
магнитное поле
полосовой магнит
электроскоп
меняются местами
остаются прежними
усиливается
ослабевает

Формулировка как в ОГЭ: «Прочитайте текст и вставьте на место пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами».
Ответ: А — 2, Б — 3, В — 5, Г — 7, в бланк: 2357.
Критерии: 2 балла — все 4 позиции верно; 1 балл — допущена одна ошибка; 0 баллов — две и более ошибки.
Ловушки: «электрическое поле» (А) — у неподвижных зарядов; «электроскоп» (Б) — прибор для зарядов, а не магнит.

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Как выглядят линии поля прямого тока?
Из чего состоит электромагнит?
От чего зависит направление силы?

Домашнее задание

Нарисуйте линии поля провода: ток к нам и от нас
2 устройства дома с электромагнитом: зачем он там?
* Почему кран отпускает груз при выключении тока?
Тренажёр: reknow.ru/8/physics/8_physics_magnitnye.htm

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-058 · Магнитное поле тока. Электромагниты. Действие поля на ток

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R05 «2.3 Магнитные явления», 6 ч · урок 3/6 · тип Н
Единицы → слайды	R05.6 «Магнитное поле электрического тока» → 2, 4–8, 14–16 · R05.7 «Применение электромагнитов в технике» → 2, 9–11, 14–17 · R05.8 «Действие магнитного поля на проводник с током» → 2, 12–15 · повторение R05.3, R05.5 → 3
Результаты	REQ-1.1, REQ-1.4 → 4–6, 16 · REQ-1.2, REQ-1.9 → 3, 7, 8, 12 · REQ-1.11 → 8 · REQ-1.14 → 9, 11 · REQ-1.15 → 7, 11 · REQ-1.16 → 10 · REQ-1.6 → 13–15 · REQ-1.13 → 7 · EL-7.16, EL-7.17, EL-7.22
Вне урока	электродвигатель постоянного тока и его применение — PHY8-059; формула силы Ампера, правила буравчика и левой руки в полном объёме — 9 класс; электромагнитная индукция — R06
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending