Электромагнитные явления. Магнитное поле катушки с током
  главная : карта раздела : автора  
 

Не все то золото, что блестит!

Электромагнитные явления. Магнитное поле катушки с током

Нарушим выбранную нами ранее последовательность рассмотрения слайдов для анализа и начнем с конечного, т.е. с раздела вопросов для самоконтроля и правильных ответов на них.

Слайд В - Рассмотрим первый вопрос и правильный ответ на него. Кстати, обратим внимание на то, что видимо единственно правильный из всех возможных, поскольку иначе было бы сказано - Один из возможно правильных ответов.

Вопрос 1) В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных и тонких проводниках?

Данный вопрос вероятно относится к третьему слайду. Но судя по анимации, очевиден тот факт, что катушка с током, скорее стоит на коротких проводниках, чем висит на длинных и тонких, тем более что подвес как минимум, должен иметь точку, к которой он прикрепляется, а не ливетировать в воздухе. А каким образом может навести наблюдателя на мысль о подвешенной катушке жесткая (иначе, ее плечи не были бы такими выпуклыми) петля, продернутая через ее отверстие вместо сердечника и торчащая вертикально вверх.

Правильный ответ: Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, а другой — к югу.

А если в ответе написать так: "Если катушку с током подвесить на нити, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, а другой — к югу" - и что, если тонкие и гибкие проводники заменить на нить, то ответ уже будет неправильным? А какая разница, в рассматриваемом опыте, на чем висит катушка?

Не знаю кого как, но лично меня не устраивает единственность и однообразие правильного ответа, совпадающего слово в слово с двумя первыми предложениями слайда номер три, поскольку считаю, что вопрос, требующий вызубренной фразы - такая же архаичность, как и запись домашнего задания под диктовку в старших классах или перекличка присутствующих по алфавиту вначале урока.

Отвечающий должен уметь думать самостоятельно и поэтому для разных учеников правильными ответы могут быть разными. Ниже приведено несколько примеров таких ответов:

- "Любая, свободно висящая катушка с током ориентируется вдоль меридиана."

- "Катушка с током в свободном состоянии укажет на меня". Да, не удивляйтесь, и это будет правильным ответом для ученика, сидящего или стоящего в Гринвичской обсерватории, или находящегося в любой другой точке нулевого меридиана.

- атушка, показанная на рисунке справа, даже подвешенная на тонкие и длинные проводники с током, скорее всего будет висеть неподвижно, поскольку ее магнитные поля должны будут компенсировать друг друга, как два противоположно направленных круговых тока "

и даже такой, кажущийся на первый взгляд, неадекватный ответ, будет правильным:
- "Подвешенная на длинную шерстяную нить катушка, замкнутая на гальванический элемент, в совокупности с Солнцем, укажет направление на север " .

осмелюсь предложить, как вариант, еще один невероятный ответ, который будет правильным как минимум в двух случаях:
- "Катушка, подвешенная на длинных и тонких проводниках с током, будет вращаться, то по часовой стрелке, то против нее при любом отклонении центра тяжести чуть в сторону."

И что должен будет делать ученик, написавший один из выше перечисленных ответов? Шлепнуть себя по лбу, восклицая - "тупица", поскольку с правильным ответом сошлось всего одно слово и пытаться выучить на зубок рекомендуемый.

Вопрос 2) Сформулируйте правило правой руки.

Правильный ответ: Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий.

И сразу разбор слайда №5 - на слайде, формулирующем правило правой руки пропущена буква "в" - "направив четыре пальца по току витках"

Вообще-то, правило правой руки универсально и его применяют как для определения направления магнитных линий или тока для катушки, так и для прямого проводника, и новое иностранное слово применять в правиле вовсе необязательно, поскольку его можно подзабыть. Но зато можно попытаться обхватывать что-либо тыльной стороной руки, и если это сделать все равно не получится, так зачем усложнять формулировку вводом чрезмерной информации, упоминая и про ладонь, и про правую руку. Правило должно быть коротким - как в русском, помните "жи-ши пиши через и" .

Применение правила правой руки или буравчика для определения направления магнитных линий по заданному направлению тока в проводнике или катушке и наоборот

поэтому для катушки с током правило правой руки может звучать так:

Если четыре пальца направить по току в катушке, то большой (или как вариант - оставшийся) - укажет направление магнитных линий внутри нее.

и это тоже правило правой руки для катушки:

При обхвате катушки большой палец направьте в сторону магнитных линий внутри нее, оставшиеся - покажут направление тока.

Для проводника с током правило правой руки может звучать так:

Если при обхвате проводника большой палец направить по току - остальные покажут направление магнитных линий

или так:

Обхватите проводник так, чтобы четыре пальца совпали с магнитными линиями - оставшийся покажет направление тока

Вполне закономерным будет и тот факт, что на такие вольные формулировки правила правой руки найдутся противники, утверждающие, что правила должны соответствовать тому, как написано в учебнике. На что могу только заметить, данный учебник был написан еще в прошлом веке, а с той поры концепция образования несколько поменялась, если в то время упор был на зубрежку, то сегодня на первом месте стоит - понимание.

Вопрос 3) Каким (пропущена буква "и") способами можно увеличить магнитное действие катушки с током

Правильный ответ на него тоже неоднозначен, поскольку вместо железного сердечника, правильным будет и стальной сердечник, и сердечник из элетротехнической стали, и ферромагнитный сердечник, причем сам сердечник можно не вставлять в катушку, а намотать катушку на него.

Правильным ответ будет и в том случае если вместо увеличения силы тока взять и увеличить сечение проводника обмотки, а кто - то сочтет нужным уменьшить удельное сопротивление проводника или заменить алюминевый провод на медный, а медный на серебрянный, дорого конечно, но тоже правильно. Как видите и здесть ответ многозначен и не укладывается в шаблон.

Отсюда выводы:

1 - ввожу в строку ответа единицу, и тут же получаю правильный ответ. Любая, уважающая своего пользователя, проверяющая программа, делает так называемую проверку "на дурака" и, к примеру, на ввод числа вместо буквы - намекнет о "неадекватности"

2 - какой смысл в вопросе, имеющем бесконечное множество ответов, которые вы не в состоянии обработать программно для вынесения вердикта о его правильности.

3 - зачем такой самоконтроль, с его текстовыми полями для ввода ответа, если заранее известно, что вводимый ответ совпадет с правильным, только в случае, когда он вызубрен с точностью до каждой запято с одного из предыдущих слайдов

Ниже, в качестве иллюстрации, приведен пример программы для самоконтроля, в поле ответа нужно ввести четырехзначное число, состоящее из номеров соответствующих рисунков:

Слайд №9

Рассказывает о применении электромагнита — и, далее идет подробное описание того как электромагниты используют для подъема и переноски металлических грузов.

Вопрос, а зачем это описывать, словами, если ты работаешь в редакторе flash, имеющем неограниченные возможности все показывать с помощью динамических образов, ну так и покажи или, что еще лучше, даже дай пользователю возможность самому поднять этот груз, затем перенести и положить куда следует.

Далее по тексту: "Еще одно применение электромагнита - использование его в электрическом звонке. При нажатии кнопки цепь звонка замыкается..." - и далее вновь все подробненько описывается, что и как называется и что с чем взаимодействует.

А зачем писать "при нажатии кнопки - цепь звонка замыкается". Вместо этого давайте дадим пользователю возможность нажать эту самую кнопку, замыкающую цепь. А бессмысленную кнопку СТАРТ удалим, и пусть исследователь модели звонка сам увидит, что здесь замыкается, а что с чем взаимодействует.

Не зря же говорится: "Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать " и, тем более, что в руках у нас редактор, который специально заточен для того чтобы не описывать словами, а показывать наглядно! Ну так и надо пользоваться этими возможностями. В качестве примера привожу исправленную интерактивную модель электрического звонка из девятого слайда.

При исправлении модели звонка, рука не поднималась резать, с такой любовью сделанную графику, Например, изящный пальчик, тянущийся к звонку - выкинуть было нелегко, но пришлось. А вот столь симпатичные электромагниты оставил, хотя они совсем не информативны, поскольку для катушки важно направление намотки, а ее то и не видно. Но при этом возник вопрос. Что важнее для интерактивного учебника по технической дисциплине, красота и изящество или схематичная информативность. Спору нет, что лучше, когда это совмещено, но если объединение по какой либо причине невозможно, какой выбор сделать? Для физика, наверное, стоит предпочесть – схематичность с информативностью.

Со временем, возможно, анимирую и модель работающего электромагнита, а может быть автор данного мультимедийного учебника, увидев критические замечания, разработает ее сам, совершенствуя, свое столь нужное учителям и их ученикам, детище...

Слайд №1

1.0 - абсурдность использования редактора векторной графики для передачи текстовой и растровой графической информации, подмена триединой цели на образовательную и другие общие замечания касающиеся первого слайда, с сутью которых можно познакомится здесь

Слайд №2

Черновой набросок альтернативной версии интерактивной анимации "Притяжение металлических предметов к катушке с током".

Изображение катушки и ключа взяты из анализируемой анимации 4.2 с помощью редактора Macromedia Flash Professional 8, командой: файл/импорт/ импортировать на стадию, с последующей переработкой под собственный программный код. От изображения аккумулятора пришлось отказаться по причине обоснованной и указанной здесь .

Слайд №3

Не совсем понятно, зачем в описании говорится, что катушка подвешена на тонких и гибких проводниках, если напряжение на ее концы подается не через то, на чем она висит, а стало быть, и подвешена она может и на непроводящей нити.

С кнопкой ИЗМЕНИТЬ ПОЛЯРНОСТЬ, тоже непонятки, нажимаем на нее при замкнутом ключе, проводники меняются местами и автоматически размыкают ключ. Что не совсем хорошо. Пользователя стоит приучать к правильной последовательности действий, отключи питание и только после этого изменяй полярность подключения, а для того чтобы это осуществить, на кнопку эту надо наложить запрет, т.е. блокировать при замкнутом ключе, или вовсе скрывать. Разомкнул ключ, появилась кнопка смены полярности, замкнул - кнопка исчезла.

Компас кажется слишком уж плоским, напоминает скорее монету, чем инструмент для определения сторон света, и стрелка у него какая-то слишком белесая, и буква Е, для чего - то взяла и перевернулась зеркально от нормального расположения.

Да и с аккумулятором опять проблемы, кстати, у правильно прорисованной батареи при смене полярности отпадает необходимость в переброске проводов, достаточно просто повернуть саму батарею. А вот катушка прорисована очень даже хорошо, сколько же времени было на это потрачено, уйма, наверное.

Слайд №4 - опять статика, и этим все сказано, о ней "родимой" мы уже говорили здесь - статика

Вместо статичного рисунка с "несуразным" заголовком «Магнитные линии магнитного поля катушки с током» предлагаю вставить интерактивный эксперимент, например, по определению зависимости силы магнитного поля катушки с током от расстояния. Отсюда следует, что и лаконичный заголовок «Магнитные линии катушки с током» стоит заменить на: «Исследование зависимости магнитного действия катушки с током от расстояния»

В чем "несуразность" предыдущего заголовка - разговор идет о магнитных линиях, это уже предполагает, что поле не картофельное, а магнитное, и стало быть, для лаконичности, слово сочетание "магнитного поля" можно исключить.

В случае сбоя программы, разомкните и вновь замкните ключ.

Слайд №5 - рассмотрен выше

Слайд №6 - вроде как утверждает, что левая катушка, имеющая большее количество витков обладает большим магнитным полем, чем правая.

Видно, что здесь идет подтасовка научного факта, поскольку для того чтобы сделать однозначный вывод, нужно было взять катушки с одинаковым сечением провода обмотки, а на слайде отчетливо просматривается, что у правой катушки сечение больше как минимум в два раза, а то и больше. Следовательно, и сила тока у второй катушки много больше, а раз так, то сравнивать их действие невозможно...

Для однозначного истолкования результатов опыта, нужно взять не разные катушки, а две одинаковые, и вначале проверить магнитное действие каждой по отдельности, а убедившись, что они одинаковы, подключить их последовательно, тем самым увеличив число витков вдвое.

После этого можно будет сделать правильный вывод о зависимости магнитного поля катушки от количества витков в ней.

Слайд №7 - Зависимость магнитного действия катушки с током от силы тока. Может быть стоило написать чуть короче, например так: Зависимость магнитного действия катушки от силы тока.

Наблюдаемая постановка опыта наводит на мысль, что магнитного поля у катушки до 0.5 А нет, и оно появляется (но не усиливается, поскольку для обнаружения усиления нужно наблюдать постепенное нарастание действия) только после того как сила тока станет больше 0.5 А, и не уменьшается, а исчезает при меньшем значении указанного тока, откуда можно сделать вывод, что магнитное поле отсутствует при силе тока меньше чем 0.5 А. При этом, если будем вставлять пропущенные слова в текст, то получится вот такой вывод: При увеличении силы тока до 0.5А действие магнитного поля катушки отсутствует, а при силе тока больше 0.5А появляется, но не изменяется. Поднимите руку кого устраивает данный вывод. Лично меня нет!

Кстати, на мой взгляд, анимация ошибочно показывает и уменьшение тока, поскольку существует так называемая остаточная намагниченность, то при значениях меньше чем 0.5А гвозди некоторое время будут оставаться "примагниченными", возможно даже, что при малых интервалах времени, вплоть до полного обесточивания цепи.

И еще одно замечание. Стрелка амперметра, изначально не установлена ровно на ноль. После замыкания цепи, даже при минимальном сопротивлении реостата, сопротивление катушки и проводников будет отличным от ноля, следовательно, амперметр должен показывать пусть и незначительное, но все же отклонение стрелки, а этого не происходит. Стрелка начинает сдвигаться от начального положения только после того, как начинаем смещать ползунок реостата...

Как исправить это положение. Может быть стоит попробовать металлические предметы разложить на большие расстояния, и катушку повесить над ними, тогда при замыкании цепи и по мере увеличения тока будут притягиваться все более удаленные предметы, демонстрируя не скачкообразное появление магнитного поля, а его постепенное нарастание, пропорциональное увеличению тока, что и будет соответствовать действительности.

Слайд №8 - Сравнение магнитного действия катушек с сердечником и без него. Сразу же возникает вопрос, а почему возле катушки без сердечника гвозди рассыпаны в два раза дальше, чем возле катушки с сердечником. Понятно, что дальние гвозди «примагнитить» сложнее. Раз у катушки без сердечника гвозди положили дальше, то может появиться сомнение, а может быть у нее и витков меньше, раз нам так желают показать, что ее магнитные свойства проявляются менее заметно. А что, кто их считал, эти витки. Нет так дело не пойдет.

Для получения достоверного вывода о зависимости магнитного действия катушки от наличия сердечника стоит взять не две катушки, а одну, тем самым, исключив возможность различия как в количестве витков, так и в сечении проводника из которого она изготовлена. Рассыпая гвозди примерно по одинаковой площади, проверить ее на магнитное свойство несколько раз вначале без сердечника, а затем с сердечником. После этого можно будет сделать однозначный вывод о существовании зависимости магнитного свойства катушки от сердечника.

Примечание, вставлять и удалять сердечник из катушки, наверное, стоит только при разомкнутом ключе, так, на всякий случай. А раз две катушки мы поменяли на одну, то и заголовок слайда стоит поменять на такой примерно: Изучение зависимости магнитного действия катушки от наличия сердечника.


 
© Северобайкальск, Russia
Александр Козлов, 2018

  Рейтинг@Mail.ru