Разработка урока физики в 11 классе по теме: "Сила Лоренца"
план-конспект урока по физике (11 класс) по теме

Решение задач на движение заряженной частицы в магнитном поле

          Урок проверки знаний и решения задач по теме «Сила Лоренца»

1.Образовательная задача

• проверка знания закона Лоренца и правила левой руки; основных формул по теме                                                                                          «Магнитное поле» и единиц измерения электродинамических величин;
• доведение до автоматизма навыков определения направления действия силы Лоренца по правилу левой руки; определения формы траектории заряженной частицы; расчета  радиуса орбиты, периода обращения частицы и шага спирали;
• владение навыками и приемами письменной и устной, монологической и диалогической речи ( анализ решения задачи); проверка знаний алгоритма решения задач на движение частицы в магнитном поле.

2. Воспитательная задача.

• формирование представлений о влиянии условий (направления скорости) на характер протекания явления (траекторию движения).
• развитие умения работать индивидуально у доски и в тетради; аккуратно вести записи, общаться с одноклассниками и педагогом.

3. Развивающие задачи.

• развитие речи, мышления, сенсорики; воспитание чувства сопереживания, доброжелательности;
• развитие умений анализировать условие задачи, предсказывать результаты, делать выводы, стоить план решения задачи.

1.Актуализация опорных знаний

1. Проверка основных формул (дописать пропущенные физические величины)

В= F/I… ;  Fл= eB…sinα;  A= …U;  B= μ0μN…/ℓ;  T=2π…/υ; E=F/…; Fa=B……sinα; F=mац=m…/r.

1. Проверка единиц измерения физических величин:

 Тл= Н/А*м;     В= Дж/Кл;     Гн= В*с/А;     Н= кг* м/с2;     Кл=А*с;    Дж=Н*м;                                                                            Вб=Тл*м2

                                 Εi    F  I  Ф

                         q  L  A  B

2. Проверка правила левой руки. 

4. Фронтальный опрос.

1) Как называется сила, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу?

2) От чего зависит модуль силы Лоренца?

3) Как рассчитать модуль Fл?

4) Как определяется направление Fл? Сформулировать?

5) Изменяется ли модуль скорости в магнитном поле? Ее направление?

6) Как будет двигаться частица, если υ║B?

7) Как будет двигаться частица, если υ┴B?

8) Какой будет траектория, если 0°<α<90°?

9) Как поступают, если υ под углом α к В?

10) Как влияет υ║  на движение частицы?

11) Как влияет υ┴   на движение частицы?

12) Какой будет траектория?

2. Решение задач

1) В направлении, перпендикулярном линиям индукции в магнитное поле влетает электрон со скоростью 10 Мм/с, окружность какого радиуса описал электрон, если индукция поля 10мТл?

В=10мТл   10*10-3 Тл           Fл=еυВ                    [r=кг*м/Кл*с*Тл=кг*м*А*м/А*с*с*Н=м]   υ=10Мм/с  10*106 м/с           Fл=mυ/r                   r=9,1*10-31*107 /1,6*10-19*10-2 =5,7*10-3 м.

 е=               1,6*10-19 Кл   eυB=mυ2/r

m=              9,1*10-31 кг     r=mυ2/eυB=mυ/eB

 r-?

T-?

2) Чему равен период обращения электрона по окружности?

Т=2πr/υ=2πmυ/υeB=2πm/eB.     [T=кг/Кл* Тл=кг*А*м/А*с*Н=с]

Т=2*3,14*9,1*10-31 /1,6*10-19*10-2  = 36*10-10 с.

Изменится ли сила Лоренца, если в магнитное поле на тех же условиях влетит протон? Будет ли он двигаться по такой же окружности? С таким же периодом?

3) Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 5 мТл со скоростью 10 Мм/с под углом 30° к вектору индукции. Определить шаг спирали, по которой будет двигаться электрон.

В=5мТл            5*10-3 Тл        υ║= υ*cosα

υ=10Мм/с        10*10-6 м/с      υ┴= υ*sinα

α=60°                                       h= υ║T= υ*cosα*T (1)

h-?                                            T=2πr/υ┴=2πr/υ* sinα (2)

m=9,1*10-3 кг                           Fл=eυBsinα                           eυBsinα= mυ2 sin2α/r

e=1,6*10-19Кл                           F=mυ┴2 /r= mυ2 sin2α/r           r=mυsinα/eB (3)

                                         (3) во (2)

                                         T=2πmυsinα/υsinαeB=2πm/eB (4)

                                         (4) в (1)

                                         h=υcosα*2πm/eB=2πυmcosα/eB

                                         [h=кг* м/с* Кл*Тл=кг*м*А*м/с*А*с*Н= м]

                                         h=2*3,14*9,1*10-31* 107 /1,6*10-19*5*10-3*2=3,6*10-9 м.

Измениться ли шаг спирали, если в магнитное поле влетает протон? А если магнитное поле будет однородным?

Усложним задачу. Рассмотрим движение частицы в электромагнитном поле.

Для начала вспомним, какое влияние оказывает эл. поле на заряженную частицу.

 4) Электрон влетает со скоростью υ0 под углом α<90° к параллельно направленным однородным электрическому и магнитному полям. Напряженность электрического поля Е, индукция магнитного поля В. Сколько оборотов сделает электрон до смены направления движения вдоль полей?

υ0                 υ0║ = υ0*cosα    N= t/T (1)                               (4) в (3)

α<90°     υ0┴=  υ0*sinα    υ= υ0║- at                     T=2πmυ0sinα/υ0sinαeB=2πm/eB(5)

Е                                     0= υ0║- at                                (3) во (2)    

В                                     t= υ0║/a= υ0*cosα/a (2)           t= υ0*cosαm/eE (6)

                                        ma= eE                                     (6) и (5) в (1)                                  

N-?                                  a= eE/m (3)                             N= υ0*cosαm*eB/eE*2πm                              

                                        T= 2πr/ υ0┴= 2πr/ υ0*sinα (3)  

                                        mυ┴/r= eυ┴*B (4)                     N= υ0*cosα*B/ 2πE

                [N= м*Тл*Кл/ с*Н= м*Н*А*с= 1]

Что измениться, если в это поле попадет протон?

 3. Определение алгоритма решения задачи.

                                1. Сделать чертеж.

                                2. Указать силовые линии магнитного поля ( электрического поля)

                                3. Проставить вектор υ0 , разложить его на составляющие.

                                4. Определить вид траектории.

                                5. Составить основное уравнение динамики

                                    с учетом сил, действующих на частицу.

 Задание: По чертежам определить, к какому типу( 1, 2, 3) относится задача.

Самостоятельно:  B= 10мТл

                                 α = 45°

                                 υ= 5 Мм/с

                                1. Fл- ?

                                2. r- ?

                                3. Т- ?

    4. Применение силы Лоренца.

    1) Ускорение заряженных частиц.

    2) Управление электронным пучком.

    3) Определение удельного заряда и масс частиц.

    4) Магнитные ловушки (удерживание частицы в заданном объеме).

    5. Задание на дом:

    6. Подведение итогов урока.