Тема: Сила Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд

Тема:  Сила Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд.

Цель занятия:  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,  рассмотреть действие магнитного поля на проводник с током.

Основные понятия: сила Ампера, сила Лоренца

Методическое обеспечение:  учебник 10 класс

Тип занятия:  лекция

Методы и приемы: беседа, рассказ с применением ПК, обсуждения, презентация

План занятия:

I. Организационный момент.

  Настройка  на данный тип работы, деятельности.  Приветствие преподавателя, доклад дежурных об отсутствующих.

II. Проверка знаний учащихся.

Выполнение теста

III. Изучение нового материала.

Сила Ампера-  это сила, с которой МП действует  на проводник с током.

Сила Ампера имеет:

модуль Fа, который вычисляют по формуле 

  где б – угол между вектором индукции  и направлением тока в проводнике

2. направление в пространстве, которое определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а вытянутые

четыре пальца были направлены вдоль тока, то отведенный на 90˚  большой палец укажет направление действия силы Ампера.

Применение силы Ампера: В магнитном поле возникает пара сил, момент которых приводит катушку во вращение

  Ориентирующее действие МП на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах и вольтметрах.

  Сила, действующая на катушку, прямо пропорциональна силе тока в ней. При большой силе тока катушка поворачивается на больший угол, а вместе с ней и стрелка. Остается проградуироватьприбор – т. е. установить каким

углам поворота соответствуют известные значения силы тока.

Действие магнитного поля на движущийся заряд.

Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:        

Направление силы Лоренца (правило левой руки) Направление F определяется по правилу левой руки: вектор F перпендикулярен векторам В и v..        

Правило левой руки сформулировано для положительной частицы. Сила, действующая на отрицательный заряд будет направлена в противоположную сторону по сравнению сположительным.        

Если вектор v частицы перпендикулярен вектору В, то частица описывает траекторию в виде окружности:

Роль центростремительной силы играет сила Лоренца:        

При этом радиус окружности: ,

а период обращения не зависит от радиуса окружности!        

Если вектор скорости и частицы не перпендикулярен В, то частица описывает траекторию в виде винтовой линии (спирали).        

Действие магнитного поля на рамку с током

На рамку действует пара сил, в результате чего она поворачивается.

Направление вектора силы – правилу левой руки. F=BIlsinб=ma

M=Fd=BIS sinб - вращающий момент        

Устройство электроизмерительных приборов

1.Магнитоэлектрическая система:

1 - рамка с током; 2 - постоянный магнит; 3 — спиральные пружины; 4 — клеммы;

5 — подшипники и ось; 6 — стрелка; 7 — шкала (равномерная)

Принцип действия: взаимодействие рамки с током и поля магнита.

Угол поворота рамки и стрелки ~ I..        

2. Электромагнитная система:

1 - не­подвижная катушка; 2 - щель (магнит­ное поле); 3 - ось с подшипниками;

4 - сердечник; 5 - стрелка; 6 - шкала; 7 — спиральная пружина

Принцип действия: взаимодействие магнитного поля катушки со стальным сердечником, где Fмаг ~ I.        

Использование силы Лоренца

В циклических ускорителях: 1 - вакуум­ная камера; 2 и 3 – дуанты;

4 - источник заряженных частиц; 5 - мишень.

В циклотроне магнитное поле управляет движением заряженной частицы. Период обращения частицы в цикло­троне: .

Т не зависит от R и х!

Электрическое поле между дуантами разгоняет частицы, а магнитное поворачивает поток частиц. В момент попадания частиц в ускоряющий промежуток направление электрического поля меняется так, чтобы оно всегда увеличивало скорость частиц.        

Схема действия масс-спектрографа Для выделения частиц с одинаковой скоростью используют взаимно перпендикулярные магнитные (B1) и электрические (E) поля. Тогда

Т. к. , то удельный заряд , следовательно

можно определить удельный заряд частицы, заряд. массу.        

Движение заряженных частиц в магнитном поле Земли. Вблизи магнитных полюсов Земли космические заряженные частицы движутся по спирали (с ускорением) Одно из основных положений теории Максвелла говорит о том, что заряженная частица, движущаяся с ускорением, является источником электромагнитных волн - возникает т. н. синхротронное излучение. Столкновение заряженных частиц с атомами и молекулами из верхних слоев атмосферы приводит к возникновению полярных сияний.        

IV. Работа по закреплению основных понятий темы.

- Что устанавливает закон Ампера?

- Чему равен модуль силы Ампера?

- Сформулируйте правило, позволяющее определить направление силы Ампера.

- Приведите примеры использования силы Ампера.

1. В однородное магнитное поле внесены проводники с силами тока, направления которых указаны на рис. 2. Определите направления силы, действующей на каждый проводник со стороны магнитного поля.

2. Определить направление тока в проводнике, находящемся в магнитном поле, если действующая на проводник сила имеет направление:

3. Прямой проводник ab длиной l = 0,5 м, массой m = 0,5 г подвешен горизонтально на двух невесомых нитях оа и оb в однородном магнитном поле (см. рис. 4). В = 24,5 мТл и перпендикулярно к проводнику. Какой ток надо пропустить через проводник, чтобы одна из нитей разорвалась, если нить разрывается при нагрузке, равной силе, превышающей Mg - 39,2 мН.

4. Проводник с током I = 1 А, массой m = 20 г и длиной l = 20 м подвешен на двух тонких проволоках и помещен в однородное магнитное иоле с вектором , направленным вертикально (см. рис. 6). Величина индукции тока В = 0,5 Тл. На какой угол от вертикали отклонится проволока, поддерживающая проводник?

5. Рамка площадью S = 25 см2, содержащая N = 100 витков провода, помещена в однородное магнитное поле так, что индукция параллельна плоскости рамки. При величине тока в каждом витке I = 1 А на рамку со стороны магнитного поля действует момент силы М = 5 · 10-3 Н·м. Определить величину В вектора индукции магнитного поля (2 · 10-2 Тл).

6. Прямолинейный проводник с током помещен в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,2 Тл. Найдите величину силы, действующую на проводник, если его длина l = 10 см, величина тока I = 3 А, а направление тока составляет с направлением вектора индукции магнитного поля угол б = 45° (4,2 · 10-2 Н).

7. Жесткая проводящая квадратная рамка лежит на горизонтальной непроводящей поверхности и находится в магнитном поле, линии индукции которого параллельны двум сторонам рамки. Масса рамки m = 20 г, длина ее стороны а = 4 см, величина магнитной индукции В = 0,5 Тл. Какой величины ток следует пропустить по рамке, чтобы одна из ее сторон начала подниматься (I = 5 А)?

V. Задание на дом. повторить конспект и до решать задачи

Рефлексия.

В конце урока проводится рефлексия. Каждый студент вытягивает себе бумажку с фразой, которую надо продолжить.

Вы, знаете, что сегодня на уроке я… Больше всего мне сегодня запомнилось… Самым интересным было…

Потом каждый ученик, по желанию говорит группе, как он продолжил фразу.