Конспект урока физики в 11 классе по теме: « Действие магнитного поля на движущийся заряд»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН

ОТДЕЛ ОБРАЗОВАНИЯ КАЯКЕНТСКОГО РАЙОНА

МКОУ «Сагасидейбукская СОШ»

Исмаилова Иразибат Ибрагимовна

учитель физики

Конспект

урока физики в 11 классе  по теме:

« Действие магнитного поля на движущийся заряд»

 ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ЗАРЯД. СИЛА ЛОРЕНЦА.

Тип урока: урок усвоения нового материала

Продолжительность урока: 45 минут.

Цели урока

Обучающие: выделить и изучить новое физическое явление — действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, сформировать умения решать задачи на использование формулы силы Лоренца.

Развивающие:  сформировать представление о силе, которая действует на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля; научить вычислять радиус окружности, по которой движется заряженная частица в магнитном поле; выяснить, где применяется сила Лоренца.

Воспитательные: воспитание аккуратности, терпения, добросовестности, достижение сознательного усвоения учебного материала учащимися, формирование умения работать самостоятельно.

Оборудование: компьютер, проектор, экран,   компьютер, диск с программой «Открытая физика».

Программное обеспечение урока

Стандартное приложение Windows – программа MS Access 2003

Методическое обеспечение урока

§  Компьютерная презентация «Условия выбора и простые логические выражения »

§  Однотабличная  БД «Реки», созданная в программе MS Access 2003

Литература, использованная при подготовке к уроку

§  И.Г. Семакин  Л.А. Залогова  Информатика и ИКТ. Базовый курс 9 класс. – М. БИНОМ. Лаборатория Базовых Знаний, 2009 год

§  И.Г. Семакин, Г.С. Вараксин   Структурированный конспект базового курса. – М. Лаборатория Базовых Знаний, 2003 год

Эпиграфы: Не стыдно не знать, стыдно не учится. (русская пословица)

                    Тот, кто владеет информацией, тот владеет миром. Ротшильд.

Ход урока

Этап организация начала урока: создание положительного настроя на урок, постановка целей.

Этап актуализация знаний: В начале урока необходима актуализация знаний о силе Ампера.

Двое учащихся выполняют тестовое задание у доски.

 В это время с классом организую фронтальный onрос:

1. какое физическое явление описывается силой Ампера?

2. От чего зависит действие магнитного поля на ток?

3. Что такое элемент тока?

4. Как формулируется закон Ампера?

5. Можно ли утверждать, что сила прямо пропорциональна вектору магнитной индукции?

6. В каких случаях приведенная формула несправедлива? (Ответ. Магнитное поле неоднородно, проводник длинный и непрямолинейный, ток непостоянный).

3. Этап изучение новой темы:

Учитель ставит учебную проблему: определить силу, действующую со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Идея получения формулы силы Лоренца такова: нам известен закон Ампера, но электрический ток — это движущиеся заряженные частицы, отсюда сила Лоренца — это сила Ампера, действующая на ток, образованный движением одной заряженной частицы.

Сила, которая действует на единичную, движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля назвали силой Лоренца. В честь основателя электронной теории голландского физика Х. Лоренца.

Формулу силы Лоренца можно найти с помощью силы Ампера.

Так как Fл= F/N” где F- сила Ампера, N – число заряженных частиц

I = q n V S – сила тока; F= |I| ΔL В QUOTE ; Подставим выражение для силы тока и получим:

F=|q| n V S ΔL Bsinα = V |q| N В sinα; где N = n S ΔL- число заряженных частиц в единице объема.

Значит , на каждую движущуюся заряженную частицу магнитное поле действует с силой Лоренца:

Fл= F/N = |q| V B QUOTE , где α- угол между вектором скорости и вектором

Сила Лоренца магнитной индукции

Направление силы Лоренца определяют с помощью правила левой руки.

Ладонь левой руки располагают так, чтобы составляющая магнитной индукции входила в ладонь, четыре, вытянутые пальца, показывали направление движения положительного заряда

(против движения отрицательного), то тогда отогнутый на 90˚большой палец укажет направление

действующей на заряд силы Лоренца

На заряженную частицу одновременно действуют магнитное и электрическое поля, значит полная сила будет равна: F̄= F̄ЭЛ+F̄Л Под действием силы Лоренца не меняется модуль ее скорости, а меняется только направление скорости частицы.

Демонстрация наблюдения силы Лоренца с помощью осциллографа и постоянного магнита.

Рассмотрим, как движется заряженная частица в однородном магнитном поле.

Частица в магнитном поле движется по окружности радиусом – r. Определим его.

Если посмотреть на рисунок и вспомнить 2 – ой закон Ньютона, то

mV2/r = |q| V B; отсюда найдем r= mV/ |q|B

Применение силы Лоренца.

1). Телевизионные трубки (кинескопы)

2). Масс – спектрографы (приборы, позволяющие разделять заряженные частицы по их удельным зарядам)

Задание: с помощью учебника получить формулу для силы Лоренца.

Коллективно выполняется анализ полученной формулы: а) как направлена сила Лоренца (см. рис. 24 учебника); б) меняет ли она скорость заряженной частицы (см. рис. 25 учебника); в) при каком движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца максимальна.

Учитель демонстрирует действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы: к электронно-лучевой трубке (или экрану осциллографа при выключенной развертке) подносят магнит, наблюдают отклонение луча. Использование действия магнитного поля на движущийся заряд. Действие магнитного поля на движущийся заряд широко используют в современной технике. Достаточно упомянуть телевизионные трубки (кинескопы), в которых летящие к экрану электроны отклоняются с помощью магнитного поля, создаваемого особыми катушками.



Сила Лоренца используется и ускорителе заряженных частиц (циклотрон) для получения частиц с большими энергиями. Циклотрон  состоит из двух полых полуцилиндров (дуантов) 3, находящихся в однородном магнитном поле (рис. 1.26). Между дуантами   создается   переменное электрическое поле. Согласно формуле (1.6) при увеличении скорости частицы / радиус окружности (траектории 2), по которой движется частица, увеличивается. Период обращения частицы не зависит от скорости (см. формулу (1.7)), и, следовательно, через полпериода, вследствие изменения направления электрического поля, частица снова оказывается в ускоряющем ее поле и т. д. На последнем витке частица вылетает из циклотрона.

На действии магнитного поля основано также и устройство приборов, позволяющих разделять заряженные частицы по их уденьиым зарядам, т. е. по отношению заряда частицы к ее массе, и по полученным результатам точно определять массы частиц. Такие приборы получили название масс-электрографов.

Вопросы для организации беседы: что представляет собой электрический луч? Каково направление движения положительного заряда? Как расположено внешнее магнитное поле? Предположите, как будет отклоняться на экране след электронного луча.

Применение закона (выражения для силы) Лоренца. При этом используется рисунок 27 учебника и таблица масс-спектрографа.

Этап закрепление изученного материала:

Задача № 1.

Определить, используя рисунок направления В, FЛ, V; применяя правило левой руки.

Задача № 2. Электрон под действием однородного магнитного поля обращается по окружности радиуса R с периодом Т. Какими станут значения радиуса окружности и периода обращения электрона при увеличении индукции магнитного поля в 2 раза?

Решение. R= mV/ |q| B; Если В в 2 раза увеличится, то R в 2 раза уменьшится, так как эти величины находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга. Период при этом уменьшится в 2раза, так как увеличится скорость (зависимость прямо пропорциональная) и частица за меньший промежуток времени будет проходить расстояние по окружности.

     Отработка  изученного материала продолжается при решении задач. Типичная задача подробно, с использованием беседы, решается на доске и в тетрадях.

Задача (С, № 1098). Электрон движется в вакууме в однородном магнитном поле с индукцией 5 • 10 Тл. Скорость электрона равна 10 км/с и направлена перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, и радиус окружности, по которой он движется.

Анализ физического явления. В задаче рассматриваются два физических объекта — электрон и однородное магнитное поле. Поле не меняется, электрон движется. Кроме магнитного поля, на электрон действует еще Земля, но этим действием мы пренебрегаем. (Как это доказать?)

Далее выполняют рисунок и с его помощью уточняют представление о характере движения электрона.  Это равноускоренное движение по окружности. Роль центростремительной силы играет сила Лоренца. При выполнении рисунка отмечается, что электрон моделируется материальной точкой.

Идея решения заключается в использовании формулы для силы Лоренца и описании движения по окружности вторым законом Ньютона.

Решение. Для угла 90° сила Лоренца вычисляется так:

F_л= eBv = 1,6 × 10 ^-19 Кл × 5 × 10 ^-3 Тл × 1,0 × 10⁷ м/с = 8 • 10^-15 Н.

Для нашего движения — движения материальной точки по окружности — записываем основное уравнение динамики:

Анализ решения. Изменится ли решение, если принять, что линии вектора магнитной индукции направлены к нам? Как будет двигаться электрон в этом случае? Точные или приближенные значения силы и радиуса получены при решении задачи? (Ответ. Приближенные.) Почему?

5.  Итог урока:

- общий вывод по уроку

- впечатление от использования компьютера

6.  Домашнее задание: § 6, С, № 1097. №851, 855