Программа Десять уроков по магнитному полю (стр. 6 )

Изменится ли направление силы, действующей на проводник с током со стороны магнитного поля при изменении: а) направления тока в проводнике; б) полюсов постоянного магнита? Сформулируйте правило левой руки для заряженных частиц, движущихся в магнитном поле. Изменится ли величина силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, при увеличении силы тока в 2 раза? Почему параллельные провода, по которым текут токи одного направления, притягиваются, а  параллельные пучки электронов, движущихся в одном направлении, отталкиваются?

Опыт 2

Часть 1

Соберите электрическую схему (рис. 2).

Рис. 2

Наблюдая за показаниями миллиамперметра, вдвигайте полосовой магнит в катушку со скоростью v­1. Зафиксируйте  показание миллиамперметра. Снятые данные занесите в табл. 1. Запишите в табл. 1, влево или в вправо отклоняется стрелка миллиамперметра. Укажите направление индукционного тока, возникающего в катушке-мотке (+ или – ). Отметьте в таблице, меняется ли магнитный поток. Повторите пункты 3–6, когда магнит остановился в катушке (v  = 0) и когда магнит выдвигается из катушки. Сделайте вывод, при каком условии в катушке возникает индукционный ток?

Часть 2

Повторите пункты 3-6 при большей скорости движения магнита, чем в первом случае  (v2 >  v1).

Таблица 1

Движение полосового магнита	Скорость движения магнита в катушке	Показания миллиамперметра (mA)	Отклонение стрелки миллиамперметра (влево или вправо)	Направление индукционного тока	Меняется ли магн. поток, пронизывающий катушку? (да, нет)
Вдвигается в катушку	v 1	I1 =
Останавливается в катушке	0	I1 =
Выдвигается из катушки	v 1	I1 =
Вдвигается в катушку	v 2 > v 1	I2 =
Останавливается в катушке	0	I2 =
Выдвигается из катушки	v 2 > v 1	I2 =

Вопросы к опыту  2

При большей или меньшей скорости движения магнита в катушке магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее? Можно ли в этом опыте говорить, что магнитный поток Ф, пронизывающий  катушку-моток, менялся со временем? Какая физическая величина характеризует изменения, происходящие со временем? Запишите выражение для скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку. Зависит ли модуль величины индукционного тока от скорости изменения магнитного потока Ф?  Какова эта зависимость? Выведите математическое выражение для зависимости модуля величины индукционного тока от скорости изменения магнитного потока  I = f(∆Ф/∆t).

Опыт 3.

Соберите электрическую схему (рис. 3).

Рис. 3

Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:
при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2; при протекании через катушку 2 постоянного тока; при увеличении и уменьшении силы тока в катушке 2.

Вопросы к опыту № 3

В каких случаях, указанных в пункте 2, меняется магнитный поток пронизывающий катушку 1? Почему меняется?

2. Установите аналогию в опытах 1 и 2.

Урок №8

Тема:

Сила Лоренца.

Основное содержание учебного материала

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Формула силы Лоренца. Наблюдение действия силы Лоренца. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле.

Цели и задачи урока:

Ї формирование общеучебных навыков работы с компьютером и исследовательских умений (составлять план экспериментального исследования, анализировать и обобщать результаты, делать выводы);

  Ї развитие логического мышления учащихся, по формированию умения строить индуктивные выводы;

  Ї формировать умение свободно работать на компьютере с моделями, собирать натуральные электрические цепи и производить измерения;

  Ї навыки самостоятельной исследовательской работы (ставить цель, формировать задачи, выдвигать и проверять гипотезы, делать выводы);

  Ї продолжить формирование навыков исследовательских умений (составлять план экспериментального исследования, анализировать и обобщать результаты, делать выводы),

  Ї углубление теоретических и практических знаний, формирование умения выдвигать гипотезы, строить логические умозаключения, пользоваться индукцией, дедукцией, методом аналогий и идеализаций;

Организационные формы и методы обучения:

традиционные - беседа на вводном этапе урока;

инновационные - изучение нового учебного материала с помощью компьютера  и демонстрации слайдов

  Ї выполнение эксперимента на компьютерной модели, исследовательский метод.

  Ї тестовая самостоятельная работа

Средства обучения:

инновационные – использование компьютера, компьютерных тестов  и слайдов, компьютерного моделирования.

печатные – конспект темы

План урока:

1. Актуализация знаний и мотивация – 3 мин.

2. Изучение новой темы конспект – 13мин.

3. Компьютерный эксперимент – 10 мин.

4. Просмотр задач с готовыми решениями – 3 мин.

5. Решение тестовых заданий – 10 мин.

6. Подведение итогов – 5 мин.

7. Домашнее задание – 1 мин.

Ход урока:

1. Актуализация знаний и мотивация.

Сообщение новой темы.

2. Изучение новой темы конспект.

  Сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной Дl с силой тока I, находящийся в магнитном поле B,

F = IBДl sin б

может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда.

  Пусть концентрация носителей свободного заряда в проводнике есть n, а q – заряд носителя. Тогда произведение nqхS, где х – модуль скорости упорядоченного движения носителей по проводнику, а S – площадь поперечного сечения проводника, равно току, текущему по проводнику:

I = qnхS.

Выражение для силы Ампера можно записать в виде:

F = qnSДlхB sin б.

Так как полное число N носителей свободного заряда в проводнике длиной Дl и сечением S равно nSДl, то сила, действующая на одну заряженную частицу, равна

FЛ = qхB sin б.

Эту силу называют силой Лоренца. Угол б в этом выражении равен углу между скоростью и вектором магнитной индукции. 

  Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки или по правилу буравчика. Взаимное расположение векторов х, B и F для положительно заряженной частицы показано на рис.1

Рисунок 1

  Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам х и B        

При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.

Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость х лежит в плоскости, перпендикулярной вектору B то частица будет двигаться по окружности радиуса

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы (рис.2).

Рисунок 2.

Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен

Это выражение показывает, что для заряженных частиц заданной массы m период обращения не зависит от скорости х и радиуса траектории R.

  Угловая скорость движения заряженной частицы по круговой траектории

называется циклотронной частотой. Циклотронная частота не зависит от скорости (следовательно, и от кинетической энергии) частицы. Это обстоятельство используется в циклотронах – ускорителях тяжелых частиц (протонов, ионов). Принципиальная схема циклотрона приведена на рис.3.

Рисунок 3.

  Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода в виде полых металлических полуцилиндров ( дуантов). К дуантам приложено переменное электрическое напряжение, частота которого равна циклотронной частоте. Заряженные частицы инжектируются в центре вакуумной камеры. Частицы ускоряются электрическим полем в промежутке между дуантами. Внутри дуантов частицы движутся под действием силы Лоренца по полуокружностям, радиус которых растет по мере увеличения энергии частиц. Каждый раз, когда частица пролетает через зазор между дуантами, она ускоряется электрическим полем. Таким образом, в циклотроне, как и во всех других ускорителях, заряженная частица ускоряется электрическим полем, а удерживается на траектории магнитным полем. Циклотроны позволяют ускорять протоны до энергии порядка 20 МэВ.