Ампер күші. Электроқозғалтқыштың әрекет принципі. Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері. Лоренц күші.

	ШЖҚ «Талдықорған медицина колледжі» МКК ГКП на ПХВ «Талдыкорганский медицинский колледж»		САПА ФОРМАСЫ ФОРМА КАЧЕСТВА
			Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы Методическая разработка теоретического занятия
	F-05-06-05	Рев. 01 Ревизияның басталу мерзімі  10.04.2015           01.Рев. Дата ввода ревизии   10.04.2015		Бет  1-8 Страница 1 из 8

Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы

Пән: Физика және астрономия

Тақырыбы :  Ампер күші. Электроқозғалтқыштың әрекет принципі. Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері. Лоренц күші.

Мамандық:  0302000 - «Мейірбике ісі»

Курс: І

                                                                                                                ЦӘК отырысында

                                                                                                        қаралып талқыланды

                                                                                               Хаттама №____

                                                                                                       «___»_______2016 ж.

                                                                                                            ЦӘК төрайымы ______

Әдістемелік нұсқа жұмыс бағдарламасына сәйкес  құрастырылған:  Уразбаева Г.Т.

Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы  

Тақырыбы: Ампер күші. Электроқозғалтқыштың әрекет принципі. Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері. Лоренц күші.

Сабақтың мақсаты:

білімділік -   Ампер күші, Лоренц күші туралы жалпы мәлімет беру;

тәрбиелік - алған білімдерін тиянақтай отырып , тапқырлыққа , ізденіп шешім қабылдауға , ауызбіршілікке , ойын жинақтай білуге , біріне –бірі көмектесуге баулу, еңбексүйгіштікке тәрбиелеу.

дамытушылық - жаңа тақырып бойынша алған білімдерін қолданып, өз ойын айта білуге, жүйелі түрде ойлауға,ізденуге бағыттау , білімге деген құштарлығын арттыру.

Сабақтың түрі: аралас сабақ

Сабақтың әдісі: түсіндіру, сұрақ - жауап

Сабақтың уақыты: 2 сағат

Сабақты өткізу орны: дәрісхана

Пәнішілік байланыс: Электромагниттік индукция заңы.

Пәнаралық байланыс:  химия

Сабақтың жабдықталуы: үлестірмелі материалдар, сызбалар

Пайдаланылған әдебиеттер:

негізгі Б. Конграт, В. Кем, Н.Қойшыбаев, «Физика 11»

қосымша С. Ж. Асфендияров

Оқушы білуі тиіс:

-          Ампер және Лоренц күштерін қолдана алу;

-          Токтардың өзара әрекетін қарастыра білу.     

Сабақтың хронокартасы және құрылымдық-логикалық сызбасы

І Ұйымдастыру кезеңі – 3-5 мин

ІІ Үй тапсырмасын тексеру – 15-20 мин

ІІІ Жаңа тақырыпты түсіндіру – 30-45 мин

ІҮ Жаңа тақырыпты бекіту – 10-15 мин

Ү Қорытындылау – 3-5 мин

ҮІ Үйге тапсырма – 3-5 мин

Сабақ барысы

І Ұйымдастыру кезеңі

       Сәлемдесу, студенттердің сабаққа даярлықтарын тексеру.  

ІІ Үй тапсырмасын тексеру

1.      Физикалық диктант

1.      Соленоид  дегеніміз..............

2.      Соленоидтың және тұрақты магниттің күш сызықтары....................

3.      Магнит ағынының ХЖ-дегі өлшем бірлігі...............

4.      Фуко тоқтары дегеніміз не...........................

5.      Магнит индукциясының формуласы........

ІІІ Жаңа тақырыпты түсіндіру

Магнит өрісі қасиеттерінің бірі ол тогы бар өткізгішке әсер етеді. Осы әсерлесу бағынатын заң француз физигі Андре Мари Ампермен (1820) тәжірибе жүзінде дәлелденді.

Магнит өрісіндегі  тогы бар өткізгіштің түзу бөлігіне әсер ететін күш, магниттік индукцияның шамасына (В), бөліктің ұзындығына (l), ток күшіне (I) және токтың бағыты мен индукция векторының арасындағы бұрыштың (a) синусына тура пропорционал:

F_А = B×l×I×sin a.                                                                     (1)

Ампер күші өткізгішке де, магниттік индукцияның векторына да перпендикуляр. Бұл перпендикулярдағы бағыт сол қол ережесі бойынша анықталады (1-сурет).

1-сурет. Ампер күшінің бағыты

сол қол ережесі

Егер сол қолды магниттік индукцияның векторы «алақанға енетіндей етіп», ал созылған төрт саусақты токтың бағытын көрсететіндей етіп орналастырсақ, онда 90° қайырылған бас бармақ Ампер күшінің бағытын көрсетеді.

Лоренц күші

Магнит өрісінде тогы бар өткізгішке әсер ететін Ампер күші, оның қозғалыстағы еркін зарядтарына әсер ететін күштердің қосындысынан тұрады.  Магнит өрісінде қозғалатын зарядқа әсер ететін күшті есептеуге арналған формуланы голланд физигі Хендрик Лоренц қорытып шығарды. Магнит өрісінде қозғалатын зарядталған бөлшектерге әсер ететін күшті  Лоренц күші (F_Л) деп атайды.

Лоренц күшінің шамасы магниттік индукцияның (B) зарядтың қозғалыс жылдамдығына (v), заряд шамасына (q) және қозғалыс бағыты мен индукция векторының арасындағы бұрыш (a) синусының көбейтіндісіне тең (2-сурет):

F_Л = B×v×q×sin a .                                                       (2)

Лоренц күші жылдамдық векторына да, магниттік индукция векторына да  перпендикуляр. Оң зарядтар үшін Лоренц күшінің бағыты оң қол ережесі бойынша(9.6-сурет) анықталады, ал теріс заряд үшін қарсы  бағытта.

2-сурет. Лоренц күшінің бағыты

Үшөлшемді суреттер (9-5  және 9-6) Ампер және Лоренц күштері үшін әрқашан ыңғайлы емес. Мына жағдайда, магнит өрісі токтың бағытына немесе бөлшек қозғалысының бағытына перпендикуляр  (a = 90°) болса, жазықтығы магнит өрісіне перпендикуляр болатын екі өлшемді суретті пайдаланады. Бұл жағдайда магниттік индукция векторын белгілеу үшін 9.7-суретте көрсетілген екі символды пайдаланады.

2-сурет. сурет жазықтығына перпендикуляр вектордың бейнесі

a = 90° жағдайы үшін Ампер және Лоренц күштерінің жазық суреттерін орындаймыз

3-сурет. Ампер және Лоренц күштерінің екі өлшемді суреттердегі бейнеленуі

Теріс заряд үшін Лоренц күшінің бағытын анықтау үшін біз алғашында сол қол ережесін қолданатынымызды, содан кейін күш бағытын өзгертетінімізді, еске саламыз.

Электромагниттік индукция, Фарадей тәжірибесі.

Магнит ағыны

Электр тогының магнит өрісін туғызыатындығы, физиктерге магнит өрісінің де белгілі бір жағдайларда өткізгіштерде электр тогын туғызуы мүмкін деген болжам жасауға түрткі болды.   Мұндай жағдайлар 1831 ж. ағылшын физигі Майклом Фарадейдің басында болды, ол төмендегідей құбылыстарды байқады (Фарадей тәжірибелері).

1. Айнымалы магнит өрісінде тыныштықта тұрған тұйық контурда токтың пайда болуы.

Фарадей ішінде тұрақты магнит қозғалып тұрған соленоидта электртогының пайда болатындығын байқады. Ток магнитті соленоидтан суырған кезде де пайда болды. Екі жағдайда да соленоид қозғалмайды, ал магнит өрісі өзгереді.

2. Тұрақты магнит өрісінде қозғалатын тұйық контурда токтың пайда болуы, мұнда контур арқылы өтетін күш сызықтарының саны өзгереді. 

Фарадей контур арқылы өтетін күш сызықтары санының өзгеруі, токтың пайда болуының қажетті шарты деп тапты. Мысалға, егер жақтау магниттік индукция сызықтарына параллель қозғалса, ток пайда болмайды, бірақ контур  өрісте айналған кезде пайда болады.

Магнит өрісінде токтың пайда болуы электромагниттік индукция деп аталды. Бұл құбылыстың сандық зерттеулері арнайы шама — магнит ағынын енгізуді талап етті.

Магнит ағыны

Индукциясы  магнит өрісінде ауданы S бір орамды контур орналассын, оның нормалі  ()  векторымен қандай да бір a бұрышын жасасын  (9.9-сурет).

9.9-сурет. Контур беті арқылы магнит ағынының жүруі

Магниттік индукцияның контур ауданына және контур нормалі мен  векторының арасындағы бұрыш косинусының көбейтіндісіне тең скалярлық шама  магнит ағыны деп аталады.

Ф = В×S×cos a.

Магнит ағынының ХЖ-дегі өлшем бірлігі — вебер: Вб = Тл×м².

1 Вб – бұл, өрістің магниттік индукциясы 1 Тл болғанда, 1 м² беттің ауданын магниттік индукция перпендикуляр бағытта қиып өтетін магнит ағыны.  

Бірнеше орамнан тұратын контур үшін, толық ағын бір орам арқылы өткен ағынның орам санына N көбейтіндісіне тең.

Ф = N×В×S×cos a.                                                       (9.6)

Тәжірибе көрсеткендей, тұйықталған өткізуші контур арқылы өткен магнит ағынының кез келген өзгерісінде онда электр тогы пайда болады. Сондықтан электромагниттік индукцияның анықтамасы нақтыланды.

Электромагниттік индукция деп, магнит ағынының өзгеруі кезіндегі тұйық контурда токтың пайда болу құбылысын атайды.

ІҮ Жаңа тақырыпты бекіту

Есеп шығару

1. Лоренц және Ампер күштері

1-мысал. Біртекті магнит өрісіндегі бөлшек өзінің жылдамдығы магниттік индукция сызықтарына перпендикуляр болатындай қозғала бастайды. Бұл жағдайда ол шеңбер бойымен бір жазықтықта қозғалады. Лоренц күші центрге тартқыш күштің рөлін атқарады:

Сайып келгенде, бөлшек шеңбер бойымен қозғалады. Радиус (R) пен айналу  периоды (Т) келесі  формулалармен анықталады

R = mv/Bq;                Т = 2pm/Bq.

Оң және теріс бөлшектердің айналу бағыты қарама-қарсы.

2-мысал. Өткізгіш жіңішке сымға горизонталь ілінген, оған ток беріледі. Магнит өрісі өткізгішке горизонталь  перпендикуляр бағытталған. Токты қосқан кезде не байқалады? — Ампер күші берілген жағдайда вертикаль жоғары немесе вертикаль төмен бағытталады.  Сымдардың кернеуі сәйкесінше кемиді немесе артады.

9.4-есеп. Біртекті  магнит өрісінде ауданы S = 50 см²  орам орналасқан. Орам жазықтығына  перпендикуляр магнит өрісінің бағытымен  a = 60^о бұрыш жасайды. Магнит өрісінің индукциясы В = 0,2 Тл. Орамды өріске қосқаннан кейінгі Dt  = 0,02 с. ішінде пайда болатын индукция ЭҚК-нің  Е шамасын табыңыз.

Шешуі

Е = DФ/Dt = BScos a/Dt = 0,025 В = 25 мВ

Жауабы: Е = 25 мВ.

9.5-есеп. Катушка орналасқан магнит өрісі оның осінің бойымен бағытталған және Dt = 0,01 с ішінде артады. Осы кезде катушкада  Е = 200В ЭҚК пайда болады. Егер катушкада n = 2000 орам бар болса, ондағы бір орамнан кейінгі магнит ағынының өзгерісін DФ анықтаңыз.

Шешуі

DФ = 10^–3 Вб = 1 мВб.

Жауабы: DФ = 10^–3 Вб = 1 мВб.

9.6-есеп. Біртекті магнит өрісінде күш сызықтарына перпендикуляр орналасқан, ауданы S = 10 см²  жазық орам орналасқан. Орамның кедергісі  R = 0,01 Ом. Егер өріс 2 Тл/с жылдамдықпен артатын болса, орамда қандай ток пайда болады?

Шешуі

Ауыстыру жасау қажет S = 10 см² = 10×10^{-4 м2}. Сонымен қатар, өріс жылдамдығының артуын стандарт символдарға ауыстырамыз: DВ = 2 Тл, Dt = 1 с.

Е = ÷DФç/Dt;    I = E/R = ÷DФç/DtR.

Ф = BS ® DФ = DB×S ® I = DB×S/DtR = 0,2 А.

Жауабы: I = 0,2 А.

Ү Қорытындылау   

Сұрақ-жауап:

Магнит өрісіндегі тогы бар өткізгішке әсер ететін күшке арналған Ампер заңы
Ампер күшінің бағытын анықтауға арналған сол қол ережесі
Магнит өрісінде қозғалатын зарядқа әсер ететін Лоренц күші
Электромагниттік индукция құбылысы
Магниттік ағын

ҮІ Үйге тапсырма     Р.Башарұлы, Г. Байжасарова, «Физика11» 48-53 бет