Фізика. Повторне видання. 9 клас. Бар’яхтар

Дорогі друзі!

Цього навчального року ви продовжите свою подорож світом фізики. Як і раніше, ви будете спостерігати явища природи, проводити справжні наукові експерименти й на кожному уроці робити власні маленькі відкриття.

Жодна справжня подорож не буває легкою, але ж скільки нового ви дізнаєтеся про світ навколо! А підручник, який ви тримаєте в руках, стане для вас надійним помічником.

Будьте уважними й наполегливими, вивчаючи зміст кожного параграфа, і тоді ви зможете зрозуміти суть викладеного матеріалу та застосувати набуті знання в повсякденному житті.

Зверніть увагу на те, що параграфи завершуються рубриками: «Підбиваємо підсумки», «Контрольні запитання», «Вправа». Для чого вони потрібні і як із ними краще працювати?

У рубриці «Підбиваємо підсумки» подано відомості про основні поняття та явища, з якими ви ознайомилися в параграфі. Отже, ви маєте можливість іще раз звернути увагу на головне.

«Контрольні запитання» допоможуть з’ясувати, чи зрозуміли ви вивчений матеріал. Якщо ви зможете відповісти на кожне запитання, то все гаразд, якщо ж ні, знову зверніться до тексту параграфа.

Рубрика «Вправа» зробить вашу подорож у дивовижний світ фізики ще цікавішою, адже ви зможете застосувати набуті знання на практиці. Завдання цієї рубрики диференційовані за рівнями складності — від доволі простих, що потребують лише уважності, до творчих, розв’язуючи які слід виявити кмітливість і наполегливість. Номер кожного завдання має свій колір (у порядку підвищення складності: синій, зелений, оранжевий, червоний, фіолетовий).

Серед завдань є такі, що слугують для повторення матеріалу, який ви вже вивчали в курсах природознавства, математики або на попередніх уроках фізики.

Зверніть увагу на те, що в підручнику є матеріал, обмежений позначками (*) — він призначений для тих, хто прагне знати більше.

Фізика — наука насамперед експериментальна, тому в підручнику наявні експериментальні завдання та лабораторні роботи. Обов’язково виконуйте їх — і ви будете краще розуміти фізику. Радимо опрацьовувати завдання «із зірочкою», завдяки яким ви навчитеся подавати результати експериментів так, як це роблять справжні вчені.

Матеріали, запропоновані наприкінці кожного розділу в рубриках «Підбиваємо підсумки розділу» і «Завдання для самоперевірки», а також матеріали «До практикумів із розв'язування задач» наприкінці підручника допоможуть систематизувати отримані знання, будуть корисними під час повторення вивченого та в ході підготовки до контрольних робіт.

Після кожного розділу підручника подано теми навчальних проєктів, рефератів і повідомлень, експериментальних досліджень. Зазначимо, що ці теми є орієнтовними. Тож ви можете запропонувати власні теми, а потім якісно їх опрацювати.

В інтернет-підтримці підручника ви знайдете відеоролики, що показують у дії той чи інший фізичний дослід або процес; інформацію, яка допоможе вам у виконанні завдань; тренувальні тестові завдання з комп’ютерною перевіркою.

Для тих, хто хоче більше дізнатися про розвиток фізичної науки й техніки в Україні та світі, знайдеться чимало цікавого й корисного в рубриках «Фізика і техніка в Україні» та «Енциклопедична сторінка».

Цікавої подорожі світом фізики, нехай вам щастить!

Інтернет-підтримка за QR-кодом або посиланням rnk.com.ua/101273

Розділ І. Магнітне поле

• Ви знаєте, що не заблукаєте в лісі, якщо маєте компас, а тепер дізнаєтеся, чи допоможе компас зорієнтуватися на льодових просторах Арктики й Антарктики

• Ви спостерігали, як магніт притягує залізні скріпки, а тепер зможете пояснити, чому він не притягує мідні монетки

• Ви вмієте вимірювати силу струму, а тепер дізнаєтесь про принцип дії амперметра

• Ви постійно користуєтесь електрикою, а тепер дізнаєтесь, як працює генератор електричної енергії

§ 1. Магнітні явища. Дослід Ерстеда. Магнітне поле

Ще в глибоку давнину було помічено здатність деяких залізних руд притягувати до себе залізні тіла. Давні греки називали шматки цих руд магнітними каменями, ймовірно, за назвою міста Магнесія, звідки привозили таку руду. Зараз їх називають природними магнітами. Існують також штучні магніти. Сьогодні ви ознайомитеся з деякими властивостями магнітів, дізнаєтесь про те, що магнітна взаємодія здійснюється через магнітне поле, а також про зв'язок магнітних та електричних явищ.

1. Вивчаємо властивості постійних магнітів

Ще в 5 класі, вивчаючи курс природознавства, ви дізналися про магнітні явища та виявили, що деякі тіла мають властивість притягувати до себе залізні предмети й самі притягуються до них.

• Тіла, які тривалий час зберігають магнітні властивості, називають постійними магнітами.

Першу спробу наукового підходу до вивчення магнетизму здійснив у XIII ст. французький фізик П’єр Пелерен де Марікур (точні дати життя невідомі) у своєму трактаті «Послання про магніт». Більш системно властивості постійних магнітів дослідив Вільям Ґільберт (1544-1603) — англійський фізик і лікар, один із засновників науки про електрику. Наведемо основні із цих властивостей.

* Від голл. noord — північ; zuiden (нім. Süden) — південь.

2. Дізнаємося про дослід Ерстеда і досліди Ампера

Ще вчені Давньої Греції висловлювали припущення, що магнітні й електричні явища пов’язані, проте встановити цей зв’язок учені змогли лише на початку XIX ст.

15 лютого 1820 р. данський фізик Ганс Крістіан Ерстед (1777-1851) демонстрував студентам дослід із нагріванням провідника електричним струмом. У ході досліду вчений помітив, що під час проходження струму магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхиляється від напрямку «північ — південь» і встановлюється перпендикулярно до провідника (рис. 1.1). Як тільки струм припинявся, стрілка поверталася в початкове положення. Так було з’ясовано, що електричний струм чинить певну магнітну дію.

Рис. 1.1. Схема досліду Ерстеда (Тут і далі наявність символа І означає, що в провіднику тече струм; стрілка поряд показує напрямок струму.)

Французький математик і фізик Андре Марі Ампер (1775-1836) уперше почув про досліди Г. Ерстеда 4 вересня 1820 р. і вже за тиждень продемонстрував взаємодію двох паралельно розташованих провідників зі струмом (рис. 1.2). Ампер також показав, що котушки, в яких проходить електричний струм, поводяться як постійні магніти (рис. 1.3). Аналізуючи результати дослідів, учений дійшов висновку: оскільки провідники є електрично нейтральними (вони незаряджені), їхнє притягання або відштовхування не може пояснюватися дією електричних сил, — «поведінка» провідників є наслідком дії магнітних сил.

Рис. 1.2. Схема досліду А. Ампера. Якщо у двох паралельних провідниках течуть струми одного напрямку, провідники притягуються (а); якщо течуть струми протилежних напрямків, провідники відштовхуються (б)

3. Даємо означення магнітного поля

У ході вивчення електричних явищ у 8 класі ви дізналися про те, що в просторі навколо зарядженого тіла існує поле, яке називають електричним, і що саме через це поле здійснюється електрична взаємодія між зарядженими тілами та частинками.

Навколо намагніченого тіла й навколо провідника зі струмом також існує поле — його називають магнітним. Магнітна взаємодія здійснюється з певною швидкістю через магнітне поле (першим такого висновку дійшов англійський фізик Майкл Фарадей (1791-1867)). Розглянемо, наприклад, взаємодію постійного магніту й котушки зі струмом (рис. 1.3, б). Котушка зі струмом створює магнітне поле. Магнітне поле починає діяти на постійний магніт (намагнічене тіло) з певною силою — магніт відхиляється. Магніт теж створює власне магнітне поле, яке, у свою чергу, діє на котушку зі струмом, — і котушка теж відхиляється.

Рис. 1.3. Котушки зі струмом поводяться як постійні магніти

Зазначимо, що магнітне поле також існує навколо будь-якої рухомої зарядженої частинки та навколо будь-якого рухомого зарядженого тіла і діє з певною силою на заряджені тіла та частинки, які рухаються в магнітному полі.

Зверніть увагу: ми не можемо побачити магнітне поле, проте воно (як і електричне поле) є абсолютно реальним — це форма матерії.

Магнітне поле — це форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, рухомих заряджених тіл і частинок та діє на інші намагнічені тіла, провідники зі струмом, рухомі заряджені тіла й частинки, розташовані в цьому полі.

• Поверніться до досліду Ерстеда (див. рис. 1.1) і досліду Ампера (див. рис. 1.2) і поясніть, як здійснюється магнітна взаємодія між магнітною стрілкою та провідником зі струмом; між двома провідниками зі струмом.

Підбиваємо підсумки

Тіла, які тривалий час зберігають свої магнітні властивості, називають постійними магнітами.

Основні властивості постійних магнітів:

• магнітна дія магніту найсильніше виявляється поблизу його полюсів;
• однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні — притягуються; неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом;
• у разі нагрівання постійного магніту до певної температури (точка Кюрі) його магнітні властивості зникають.

Магнітна взаємодія здійснюється через магнітне поле. Магнітне поле — це форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, рухомих заряджених тіл і частинок та діє на розташовані в цьому полі намагнічені тіла, провідники зі струмом, рухомі заряджені тіла й частинки.

Контрольні запитання

1. Назвіть основні властивості постійних магнітів. 2. Опишіть дослід Г. Ерстеда. У чому суть його відкриття? 3. Опишіть досліди А. Ампера. Що вони доводять? 4. Біля яких об’єктів існує магнітне поле? На які об’єкти воно діє? 5. Дайте означення магнітного поля.

Вправа № 1

1. Магнітну стрілку розташували біля штабового магніту (рис. 1). Який полюс магніту є південним, а який — північним?

Рис. 1

2. Сталеву спицю намагнітили та розділили кусачками спочатку на дві, а потім на чотири частини (рис. 2). Яку властивість магнітів демонструє цей дослід?

Рис. 2

3. Чому залізні ошурки, притягнувшись до полюсів магніту, стирчать у різні боки (див. рисунок на с. 6)?

4. Чому звужується струмінь розплавленого металу, коли через нього пропускають струм?

5. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про історію відкриття Г. Ерстеда. Які дослідження він провів, вивчаючи магнітне поле провідника зі струмом? Які результати одержав?

Експериментальні завдання

1. Скориставшись двома-трьома постійними магнітами, наприклад паличками магнітного конструктора, експериментально перевірте деякі властивості магнітів.

2. Візьміть кілька голок із нитками. Складіть нитки в один пучок і повільно піднесіть знизу до голок постійний магніт. Поясніть спостережуване явище (рис. 3).

Рис. 3

Фізика і техніка в Україні

Інститут магнетизму НАН і МОН України (Київ) — провідна наукова установа, що проводить дослідження в галузі магнетизму й магнітних матеріалів. Інститут є базовим у підготовці студентів фізико-математичного факультету НТУ «Київський політехнічний інститут», фізичного та радіофізичного факультетів КНУ ім. Тараса Шевченка.

Організатором і першим директором інституту в 1995 р. став видатний український фізик, академік, Герой України Віктор Григорович Бар’яхтар, відомий своїми фундаментальними роботами в галузі теоретичної фізики, фізики магнітних явищ, фізики твердого тіла, а також дослідженнями екологічних наслідків Чорнобильської катастрофи.

В інституті розроблено матеріали для магнітних сенсорів і реєстраторів інформації, вирощено й синтезовано монокристали, які широко використовують в електроніці. Наукова установа володіє унікальною технологією та обладнанням для напилення тонких наноплівок.

Науково-дослідницький комплекс скануючої растрової та електронної мікроскопії для наноструктурних досліджень Інституту магнетизму віднесено до наукових об'єктів, які становлять національне надбання.