Сила лоренца движение заряженных частиц в магнитном поле конспект

Обновлено: 02.07.2024

Цель урока: Способствовать формированию понятия силы посредством, изучения действия магнитного поля на электрический заряд.

Цель, проговариваемая для учащихся: Сегодня на уроке мы изучим ещё одну силу, которая действует со стороны магнитного поля на единичный движущийся электрический заряд.

Задачи: А) дидактические: Способствовать формированию научной картины мира на основе представлений магнитного поля. Изучить понятие силы Лоренца, её математической формулы и её действия на электрический заряд.

Б) Воспитательные: В ходе беседы, способствовать воспитанию культуры вести диалог с докладчиками, оппонентами и др.

В) Развивающие: продолжить развитие компетентности учащихся, помогающий быть наиболее деятельным, значимым в современном мире. Способствовать развитию аналитического мышления, умение синтезировать, анализировать и обобщать полученные знания.

А) по источникам знаний: словесные, наглядные, практические;

В) по дидактическим задачам: изучение новой темы.

Г) по характеру познавательной деятельности: частично-поисковый;

Д) по степени расчленения знаний: сравнительный, аналитический, обобщающий;

Е) по характеру движения мысли от незнания к знанию : индуктивный.

Проблема урока: вывод формулы силы Лоренца с использованием формул силы Ампера и силы тока.

Тип урока: комбинированный урок.

Отклонение электронного пучка в кинескопах телевизоров осуществляют с помощью магнитного поля, которое создают специальными катушками. В ряде электронных приборов магнитное поле используется для фокусировки пучков заряженных частиц.
Действие магнитного поля на движущийся заряд широко используют в современной технике. Например измерение массы частицы в приборах, позволяющих разделять заряженные частицы по их зарядам. Такие приборы называются масс-спектрограф.
В созданных в настоящее время экспериментальных установках для осуществления управляемой термоядерной реакции действие магнитного поля на плазму используют для скручивания ее в шнур, не касающийся стенок рабочей камеры. Движение заряженных частиц по окружности в однородном магнитном поле и независимость периода такого движения от скорости частицы используют в циклических ускорителях заряженных частиц — циклотронах.

А) по источникам знаний: словесные, наглядные, практические;

1. Организационный момент (2 мин).

2. Актуализация знаний (8 мин).

3. Сила Лоренца (17 мин).

4. Диагностика (15 мин.)

5. Домашнее задание (3 мин).

1. Организационный момент

Приветствие, подготовка к уроку.

2. Актуализация знаний (репродукция ранее изученного материала).

устно: (устно раскрыть основные понятия, написанные на доске)

Сила, масса, ускорение
Второй закон Ньютона
Электрический заряд;
Электрический ток;
Сила тока;
Магнитное поле;
Магнитная индукция;
Линии магнитной индукции;
Сила Ампера;
Правило правой руки;
Правило левой руки;

3. Изучение новой темы

Сила Лоренца . (Учитель, с помощью наводящих вопросов подводит учащихся к понятию Силы Лоренца)

А) Электрический ток – это совокупность упорядоченно движущихся заряженных частиц. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы. Давайте выведем формулу, по которой находится сила, действующая на единичный заряд.

Б) Сила Лоренца – это сила, с которой магнитное поле действует на единичный движущийся электрический заряд.

Сила Ампера – это сила, с которой магнитное поле действует на электрический ток:

где В- магнитная индукция, I- сила тока, -элемент тока, а угол α - угол между векторами В и .

С другой стороны

, где N –число заряженных частиц

имеем, , а , где q 0 – заряд одной частицы,

а есть скорость заряда v.

Угол α – угол между векторами В и v

Собираем формулу силы Лоренца

В) Итак, от каких величин зависит сила Лоренца? Является ли она частным проявлением силы Ампера? Каков угол между скоростью частица и силой Лоренца? Какую работу совершает сила Лоренца?

Направление силы Лоренца.

А) Направление вектора силы Лоренца определяется правилом левой руки, в нем за направление тока нужно брать направление вектора скорости положительного заряда Для случая движения отрицательно заряженных частиц четыре пальца следует располагать противоположно направлению вектора скорости.

Б)самостоятельно сформулируйте правила для данных рисунков.

4. Диагностика (закрепление нового материала решением задачи и устного повторения основных понятий).

Циклотрон предназначен для ускорения протонов до энергии 5 МэВ. Определить наибольший радиус орбиты, по которой движется протон, если индукция магнитного поля 1Тл.

Е= 5 МэВ 8 ·10 -13 Дж;

Используем второй закон Ньютона:

F рез =F Лоренца =qvB , a центр = ,

qvB= , R= , где v определяем из формулы энергии E= ,

2) устно: (устно раскрыть основные понятия, написанные на доске)

Сила, масса, ускорение
Второй закон Ньютона
Электрический заряд;
Электрический ток;
Сила тока;
Магнитное поле;
Магнитная индукция;
Линии магнитной индукции;
Сила Ампера;
Правило правой руки;
Правило левой руки;
Сила Лоренца

Домашнее задание: Прочитать параграф 5-7, выучить определения.

Подведение итогов урока, выставление оценок.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Сила Ампера. Сила Лоренца.Правила левой руки.

Методический материал помогает учащимся разобраться со сложными правилами и формулами.

Презентация к уроку в 9,11 классе "Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Сила Лоренца"

Презентация по теме "Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Сила Лоренца" может быть использована при объяснении нового материала в 9 и 11 классе.

урок в 9 классе по теме "Сила Ампера. Сила Лоренца""

Конспект урока "Сила Ампера. Сила Лоренца" 9 класс, общеобразовательный.

самостоятельная работа по теме "Сила Ампера. Сила Лоренца" 9 класс

самостоятельная работа по теме "Сила Ампера. Сила Лоренца" 9 класс состоит из 8 вариантов. Пять заданий в кадом варианте.

Магнитное поле иего характеристики. Сила Ампера. Сила Лоренца

Лекционный материал по теме магнитное поле, предназначен для подготовки к учебному занятию.

Контрольная работа по физике 11 класс по теме "Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца"

Контрольная работа составлена в форме ЕГЭ. Состоит из трех частей.

Презентация к уроку "Сила Ампера, сила Лоренца" (9 класс)

Презентация позволяет не использовать для объяснения обычную доску, а показать и объяснить детям все рисунки в хорошем качестве.Может быть использована, как краткий конспект для повторения по теме.

Магнитное поле действует с силой на движущиеся заряженные частицы, в то числе и на проводники с током.
Какова же сила, действующая на одну частицу?

1.
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца в честь великого голландского физика X. Лоренца, создавшего электронную теорию строения вещества.
Силу Лоренца можно найти с помощью закона Ампера.

Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной Δl, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся в этом участке проводника:

Так как сила (сила Ампера), действующая на участок проводника со стороны магнитного поля
равна F = | I | BΔl sin α,
а сила тока в проводнике равна I = qnvS
где
q - заряд частиц
n - концентрация частиц (т.е. число зарядов в единице объема)
v - скорость движения частиц
S - поперечное сечение проводника.

тогда получаем:
На каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, равная:

где α — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции.

Сила Лоренца перпендикулярна векторам и .

2.
Направление силы Лоренца

Направление силы Лоренца определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера:

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90° большой палец укажет направление действующей на заряд силы Лоренца F_л.

3.
Если в пространстве, где движется заряженная частица, существует одновременно и электрическое поле, и магнитное поле, то суммарная сила, действующая на заряд, равна: = _эл + _л где сила, с которой электрическое поле действует на заряд q, равна F_эл = q.

4.
Cила Лоренца не совершает работы, т.к. она перпендикулярна вектору скорости частицы.
Значит сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости.
Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.

5.
Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле

Есть однородное магнитное поле , направленное перпендикулярно к начальной скорости частицы .

Сила Лоренца зависит от модулей векторов скорости частицы и индукции магнитного поля.
Магнитное поле не меняет модуль скорости движущейся частицы, значит остается неизменным и модуль силы Лоренца.
Сила Лоренца перпендикулярна скорости и, следовательно, определяет центростремительное ускорение частицы.
Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что

В однородном магнитном поле заряженная частица равномерно движется по окружности радиусом r.

Тогда радиус окружности, по которой движется частица, равен:

Время, за которое частица делает полный оборот (период обращения), равно:

6.
Использование действия магнитного поля на движущийся заряд.

Действие магнитного поля на движущийся заряд используют в телевизионных трубках-кинескопах, в которых летящие к экрану электроны отклоняются с помощью магнитного поля, создаваемого особыми катушками.

Сила Лоренца используется в циклотроне - ускорителе заряженных частиц для получения частиц с большими энергиями.

На действии магнитного поля основано также и устройство масс-спектрографов, позволяющих точно определять массы частиц..

Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

На данную тему отведен 1 урок. Тип урока: комбинированный. На первом этапе осуществляется проверка пройденного материала: сила Ампера. Выборочно выдаются карточки для индивидуального выполнения. Одна карточка для двух учащихся-работа в паре. С остальными учащимися проводится фронтальная беседа: задаются вопросы, на которые они устно отвечают. Следующий этап-новый материал. Учитель дает объяснение новой темы. учащиеся самостоятельно делают выводы. На закрепление разбираем расчетные задачи. Некоторые задачи учащиеся на основе полученных знаний выполняют самостоятельно. Подводим итоги, рефлексия. Запись домашней работы и оценивание учащихся, работавших в течение урока.

Цель урока: изучение действия магнитного поля на движущийся заряд, ввести понятие сила Лоренца.

Образовательные: изучить поведение движущихся электрических зарядов в магнитном поле;

вывести формулу и правило для определения модуля и направления силы Лоренца.

Развивающие: развитие практических навыков рассчитывать силу Лоренца, определять ее направление.

Воспитательные: привитие наблюдательности, внимания.

Тип урока: Комбинированный.

Методы: словесный, индивидуальная работа, работа в парах.

Организационный момент. (1 мин)

Актуализация знаний. (10 мин). Фронтальный опрос, работа в парах.

Изучение нового материала. (15 мин) Мини-лекция с элементами беседы.

Закрепление. (15 мин) Решение задач.

Итоги урока. (4 мин)

I. Приветствие учащихся. Настрой на урок. Постановка цели и задач.

II . Проверка пройденного материала.

Отдельным учащимся раздаются карточки с индивидуальными заданиями.

Карточка № 1: Пользуясь правилом левой руки, определить направление силы Ампера.

Карточка № 2: Сформулировать условия задачи для каждого случая и решить их. (работа в паре)

Карточка № 3: Решить расчетную задачу. (см. приложение)

С остальными учащимися фронтальная работа.

Что такое магнитное поле? (ответ: Вид материи, с помощью которого осуществляется взаимодействие проводников с электрическим током)

Какие основные свойства магнитного поля?(а) МП действует только на токи и движущиеся заряды; б) замкнутые-из опыта с железными опилками; в) оказывает силовое действие на проводник с током)

Что понимают под силовыми линиями магнитного поля? (линии, вдоль которых в магнитном поле расположены оси маленьких магнитных стрелок, помещенных в данное поле)

Какая сила называется силой Ампера? (Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током).

Как находят направление силы Ампера? ( по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 90 большой палец покажет направление силы Ампера.

А. Источником магнитного поля являются …..(ответ: движущиеся заряды)

Б. Обнаружить магнитное поле можно по. (действию на проводник с током, на движущиеся заряды друг к другу)

В. Если электрический заряд неподвижен, то вокруг него существует. (эл. ток)

Г. Если электрический заряд движется, то вокруг него существует. (ЭП,МП).

Д. Вокруг проводника с током существует..(МП).

Задачи (устно)

1. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле при увеличении индукции в 3 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции.(увеличится в 3 раза).

2. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при увеличении силы тока в проводнике в 2 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции.(увеличится в 3 раза).

3. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза и увеличении силы тока в 3 раза?

(увеличится в 9 раз).

III . Новый материал

Учитель: т.к. магнитное поле действует на ток – движущиеся заряженные частицы, то оно действует и на каждую частицу в отдельности. Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу характеризует сила Лоренца. Запишите тему сегодняшнего урока. (учащиеся записывают дату и тему урока)

Учитель: Хендрик Антон Лоренц (1853–1928) выдающийся голландский физик и математик , развил электромагнитную теорию света и электронную теорию материи, а также сформулировал теорию электричества, магнетизма и света, внёс большой вклад в развитие теории относительности, лауреат Нобелевской премии 1902г

Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называется силой Лоренца.

Учитель: Выведем формулу для расчёта модуля силы Лоренца.

Т.к. она является частью силы, действующей на весь отрезок проводника, находящийся в магнитном поле, то её модуль в N раз меньше силы Ампера.

(Ученики завершают вывод формулы совместно с учителем в тетрадях, проверяют с помощью анимированного слайда .)

F А = В Il sin α

F л = Bq 0 V sin α

Движение заряженной частицы под действием силы Лоренца, если α = 90°

Учитель: Движение заряженной частицы под действием силы Лоренца, если α = 90°

Сила, перпендикулярная скорости, вызывает изменение направления движения, т.е. центростремительное ускорение. Зная формулы расчёта центростремительного ускорения и модуля силы Лоренца, которая его вызывает, и, используя второй закон Ньютона, выведите формулу для расчёта радиуса окружности, по которой будет двигаться частица.

(Ученики завершают вывод формулы в тетрадях совместно с учителем .)

Учитель: Теперь не сложно узнать и период обращения частицы, т.к., где r нами только что найдено. Сделайте вывод: чем определяется период обращения частицы?

T = 2 π mV / BqV =2 π m / Bq

(Предполагаемый ответ: магнитной индукцией поля и удельным зарядом частицы, т.е. не зависит от радиуса окружности, по которой частица движется.)

Учитель: Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки с оговоркой, что заряд должен быть положительным, т.к. за направление тока мы принимаем направление движения положительных зарядов. Если же заряд отрицательный, то направление силы меняется на противоположное.

Если ладонь левой руки расположить так, что четыре вытянутых пальца указывают направление скорости положительного заряда, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на данный заряд.

Учитель: давайте попробуем определить направление силы Лоренца на примере.

IV . На закрепление решаем задачи у доски с полным разбором.

Упражнение 24 (1,3,5)

Самостоятельно разбирают задачи 4,6 (выносим на доску с полным пояснением).

V . Подведение итогов урока.

А) Чем характеризуется действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу?

Б) Какая сила называется силой Лоренца?

В) Как рассчитать силу Лоренца?

Г) Каким образом находят силу Лоренца?

2. Запись домашнего задания.

§ 10.9, упражнение 24 задача № 2.

3. Выставление оценок за урок.

Карточка № 1

Определить направление силы Ампера, используя правило левой руки. (рис. 1)

Карточка № 2

Сформулировать задачу для каждого из приведенных случаев и решить ее.

Карточка № 3

Решите задачу

Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Цель урока: изучение действия магнитного поля на движущийся заряд, ввести понятие сила Лоренца.

Образовательные: изучить поведение движущихся электрических зарядов в магнитном поле;

вывести формулу и правило для определения модуля и направления силы Лоренца.

Развивающие: развитие практических навыков рассчитывать силу Лоренца, определять ее направление.

Воспитательные: привитие наблюдательности, внимания.

Тип урока: Комбинированный.

Методы: словесный, индивидуальная работа, работа в парах.

Организационный момент. (1 мин)

Актуализация знаний. (10 мин). Фронтальный опрос, работа в парах.

Изучение нового материала. (15 мин) Мини-лекция с элементами беседы.

Закрепление. (15 мин) Решение задач.

Итоги урока. (4 мин)

I. Приветствие учащихся. Настрой на урок. Постановка цели и задач.

II . Проверка пройденного материала.

Отдельным учащимся раздаются карточки с индивидуальными заданиями.

Карточка № 1: Пользуясь правилом левой руки, определить направление силы Ампера.

Карточка № 2: Сформулировать условия задачи для каждого случая и решить их. (работа в паре)

Карточка № 3: Решить расчетную задачу. (см. приложение)

С остальными учащимися фронтальная работа.

Какая сила называется силой Ампера? (Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током).

А. Источником магнитного поля являются …..(ответ: движущиеся заряды)

Б. Обнаружить магнитное поле можно по. (действию на проводник с током, на движущиеся заряды друг к другу)

В. Если электрический заряд неподвижен, то вокруг него существует. (эл. ток)

Г. Если электрический заряд движется, то вокруг него существует. (ЭП,МП).

Д. Вокруг проводника с током существует..(МП).

Задачи (устно)

(увеличится в 9 раз).

III . Новый материал

Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называется силой Лоренца.

Учитель: Выведем формулу для расчёта модуля силы Лоренца.

F А = В Il sin α

F л = Bq 0 V sin α

Движение заряженной частицы под действием силы Лоренца, если α = 90°

Учитель: Движение заряженной частицы под действием силы Лоренца, если α = 90°

(Ученики завершают вывод формулы в тетрадях совместно с учителем .)

T = 2 π mV / BqV =2 π m / Bq

Учитель: давайте попробуем определить направление силы Лоренца на примере.

IV . На закрепление решаем задачи у доски с полным разбором.

Упражнение 24 (1,3,5)

Самостоятельно разбирают задачи 4,6 (выносим на доску с полным пояснением).

V . Подведение итогов урока.

А) Чем характеризуется действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу?

Сила Лоренца представляет собой комбинацию магнитной и электрической силы на точечном заряде, который вызван электромагнитными полями. Или другими словами, сила Лоренца – это сила, действующая на всякую заряженную частицу, которая падает в магнитном поле с определенной скоростью. Ее величина зависит от величины магнитной индукции В, электрического заряда частицы q и скорости, с которой частица падает в поле – V. О том какая формула расчета силы Лоренца, а также ее практическое значение в физике читайте далее.

Немного истории

Первые попытки описать электромагнитную силу были сделаны еще в XVIII веке. Ученые Генри Кавендиш и Тобиас Майер высказали предположение, что сила на магнитных полюсах и электрически заряженных объектах подчиняется закону обратных квадратов. Однако экспериментальное доказательство этого факта не было полным и убедительным. Только в 1784 году Шарль Августин де Кулон при помощи своего торсионного баланса смог окончательно доказать это предположение.

Джей Джей Томпсон был первым физиком, кто попытался вывести из уравнения поля Максвелла электромагнитную силу, которые действует на движущийся заряженный объект. В 1881 году он опубликовал свою формулу F = q/2 v x B. Но из-за некоторых просчетов и неполного описания тока смещения она оказалась не совсем правильной.

Формула

Формула для расчета силы Лоренца выглядит следующим образом:

Где q – электрический заряд частицы, V – ее скорость, а B – величина магнитной индукции магнитного поля.

При этом поле B выступает в качестве силы, перпендикулярной к направлению вектора скорости V нагрузок и направлению вектора B. Это можно проиллюстрировать на диаграмме:

Правило левой руки

Правило левой руки позволяет физикам определять направление и возврат вектора магнитной (электродинамической) энергии. Представьте себе, что наша левая рука расположена таким образом, что линии магнитного поля направлены перпендикулярно внутренней поверхности руки (так, что они проникают внутрь руки), а все пальцы за исключением большого указывают на направление протекания положительного тока, отклоненный большой палец указывает на направление электродинамической силы, действующий на положительный заряд, помещенный в это поле.

Вот так это будет выглядеть схематически.

Есть также и второй способ определения направления электромагнитной силы. Он заключается в расположении большого, указательного и среднего пальцев под прямым углом. В этом случае указательный палец будет показывать направление линий магнитного поля, средний – направление движение тока и большой – направление электродинамической силы.

Практическое применение

Сила Лоренца и ее расчеты имеет свое практическое применение при создании как специальных научных приборов – масс-спектрометров, служащих для идентификации атомов и молекул, так и создании многих других устройств самого разнообразного применения. Среди устройств есть и электродвигатели, и громкоговорители, и рельсовые пистолеты.

Также способность силы Лоренса связывать механическое смещение с электрическим током представляет большой интерес для медицинской акустики.

Видео

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

Один комментарий

Павел Чайка ! – так в чем же ПРИРОДА сил Лоренца (да и Ампера)? Ответ вы ни где не найдете, пока не подумаете сами. А вот насчет того, что сила Лоренца не совершает работу = все повторяют это, но сравните сами кинетическую энергию частицы до .. и после, после того как она движется в магнитном поле по кругу: здесь энергия больше, чем вначале.
Я к чему это? Наука зашла в тупик, следовало бы задавать больше вопросов, выяснять суть процессов (а не УРА!, КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА ВСЕ ОБЪЯСНИТ), заставлять ЗАДУМЫВАТЬСЯ над вопросами, а не подавать все готовенькое, и при том искаженное.

Читайте также:

Сила лоренца движение заряженных частиц в магнитном поле конспект

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Сила Ампера. Сила Лоренца.Правила левой руки.

Презентация к уроку в 9,11 классе "Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Сила Лоренца"

урок в 9 классе по теме "Сила Ампера. Сила Лоренца""

самостоятельная работа по теме "Сила Ампера. Сила Лоренца" 9 класс

Магнитное поле иего характеристики. Сила Ампера. Сила Лоренца

Контрольная работа по физике 11 класс по теме "Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца"

Презентация к уроку "Сила Ампера, сила Лоренца" (9 класс)

Немного истории

Формула

Правило левой руки

Практическое применение

Рекомендованная литература и полезные ссылки

Видео

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

Похожие посты:

Один комментарий