11 клас (9 клас) Урок вивчення нового матеріалу "Сила Лоренца"

Урок з фізики

для 11 класу

СИЛА ЛОРЕНЦА

Мета уроку:

навчаюльна: сформувати поняття про силу Лоренца, нагадати учням правило лівої руки;

розвивальна: формувати вміння осмислювати інформацію і робити логічні висновки; розвивати творчий потенціал учнів; розвити абстрактне, логічне мислення, навчити знаходити причинно-наслідкові зв’язки, сформувати науковий світогляд;

виховна: зацікавити предметом, заохотити до дослідницької і творчої роботи учнів.

Тип: урок отримання нових знань з елементами проблемного навчання.

Обладнання: осцилограф (електронно-променева трубка), постійний магніт, дошка, підручник.

№	Етап	Методи, засоби, прийоми	Хронометраж
І.	Організаційна частина	Фронтальна перевірка домашнього завдання	3 хв.
ІІ.	Актуалізація	В ході вивчення нового матеріалу
ІІІ.	Вивчення нового матеріалу	Проблемний демонстраційний експеримент, проблемна евристична бесіда, ІІ рівень проблемного навчання	35 хв.
IV.	Закріплення матеріалу	Фронтальне опитування	5 хв.
V.	Домашнє завдання		2 хв.

І. Організаційна частина

1.                   Привітання
2.                   Запис відсутніх
3.                   Перевірка виконання домашнього завдання

ІІ. Проблемний демонстраційний експеримент

За допомогою електронно-променевої трубки демонструємо, що пучок електронів зміщується, якщо біля неї розмістити магніт. Увімкнувши електронно-променеву трубку до живлення спочатку слід відкалібрувати її – розмістити пляму електронів на екрані строго по центру. Після цього слід взяти два сильних постійних магніти. Визначити їх полюси та розмістити так, щоб пучок електронів в трубці потрапив у магнітне поле цих постійних магнітів, що перпендикулярне до напряму руху електронів. Див. рис. 1(а)

Після помітити та звернути увагу учнів, що пучок електронів відхилився від початкового положення. Див. рис 1(б).

Проблемне питання: чому пучок електронів змістився при наявності магніту?

(Скоріше за все, учні не дадуть відповіді через недостачу знань. На цьому етапі слід перейти до бесіди)

ІІІ. Проблемна евристична бесіда

1. Чому пучок електронів змістився при наявності магніту?

Допоміжні питання до учнів:

1.                   Чи діє МП на ЗЧ? (Діє)
2.                   На нерухомі ЗЧ? (Не діє)
3.                   На рухомі ЗЧ? (Діє)
4.                   Що таке сила Ампера? (сила, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі)
5.                   Що таке струм? (рухомі ЗЧ)

Отже, МП діє на рухомі ЗЧ.

Далі слід записати тему уроку на дошці «Сила Лоренца» та запропонувати учням замалювати в зошит рис. 1 і 2, що були заздалегідь намальовані вчителем на прихованій стороні дошки або на плакаті. Також занести до конспекту, що МП діє на рухомі ЗЧ.

2. Як аналітично вивести закон Лоренца?

Можна запросити до дошки учня, інші учні записують виведення формули та коментарі в зошит.

Якщо сила Лоренца – це сила з якою МП діє на одну частинку, то справедлива рівність:

де сила Ампера та сила струму розписуються так:

Остаточно:

Для фізико-математичного класу:

3(а). Який напрям сили Лоренца?

Рис. 3

Малюємо на дошці та коментуємо рис. 3. Записуємо до конспекту учня правило лівої руки:

Якщо ліву руку розташувати так, щоб лінії індукції МП входили в долоню, а чотири пальці вказували напрям руху позитивної ЗЧ, то, відігнутий на 90 градусів, великий палець вкаже напрям сили Лоренца.

3(б). Чи завжди сила Лоренца діє на ЗЧ?

Допоміжні питання до учнів:

1.                   Чому дорівнює sin 0˚? sin 90˚? sin 180˚? (0, 1, 0)
2.                   Чому дорівнює сила Лоренца, якщо ЗЧ входить в МП перпендикулярно? ()
3.                   Коли сила Лоренца максимальна? (ЗЧ входить в МП перпендикулярно)
4.                   Коли сила Лоренца дорівнює нулю? (ЗЧ влітає під кутом 0˚ або 180˚)

4(а). Яка траєкторія руху ЗЧ, що влетіла в МП перпендикулярно до ліній індукції МП?

Уявимо собі заряд е, що влітає в однорідне магнітне поле зі швидкістю перпендикулярної до В. Див. рис. 4. Під дією сили Лоренца, за ІІ законом Ньютона, заряд набуває постійної за величиною нормальне прискорення:

Рис. 4

де кут між і В прямий.

 Який рух з постійним за величиною нормальним прискоренням? – Рівномірний рух по колу, радіус якого визначається умовою . Підставляючи сюди значення для і розв’язуючи результуюче рівняння відносно , отримуємо:

 Висновок задиктувати учням до конспекту:

Отже, у випадку, коли вектор є перпендикулярним до В, то заряджена частинка рухається по колу, радіус якої залежить від швидкості частинки, магнітної індукції поля і відношення заряду частинки е до її маси m. Відношення е/m називається питомим зарядом.

4(б). Чи виконує сила Лоренца роботу?

Допоміжні питання до учнів:

1.                   Як ви можете розрахувати роботу, що виконує сила по переміщенню МТ? , де — переміщення частинки, здійснене під дією сили F, а  — кут між напрямами сили й переміщення).
2.                   Покажіть вектор переміщення частинки на рис.4. (Він співпадає з вектором швидкості)

Висновок задиктувати учням до конспекту:

Оскільки сила Лоренца перпендикулярна (рис. 4) до напряму швидкості руху частинки , то  і робота сили Лоренца дорівнює нулю. Хоча магнітне поле й діє на частинку з деякою силою, але воно змінює тільки напрям руху частинки й не змінює її кінетичної енергії.

Для фіз.-мат. класу:

5. Як рухається ЗЧ, що влітає в МП під кутом?

 Знайдемо час t , який витрачає частинка на один оберт. Для цього розділимо довжину кола на швидкість частинки . В результаті чого отримаємо:

Період обертання частинки по колу не залежить від швидкості, він визначається тільки питомим зарядом частинки и магнітною індукцією поля.

З’ясуємо характер руху зарядженої частинки у випадку, коли її швидкість утворює з напрямком однорідного магнітного поля кут , відмінний від . Розкладемо вектор на дві складові: - перпендикулярну до В і - паралельну до В (рис. 5). Легко бачити, що:

,   

Сила Лоренца дорівнює:

і лежить в площині, перпендикулярній до В. Створюване цією силою прискорення є для нормальним. Складова сили Лоренца в напрямку до В дорівнює нулю, тому вплинути на величину ця сили не може. Таким чином, рух частинки можна представити як накладання двох рухів: 1) переміщення вздовж напрямку В с постійною швидкістю і 2) рівномірного обертання на площині, що є перпендикулярною до вектора В.

Рис. 5

Траєкторія руху являє собою спіраль, вісь якої співпадає з напрямком В (рис. 5). Крок спіралі можна знайти, помноживши на період обертання Т, що визначається формулою:

 Напрямок, в якому закручується спіраль, залежить від знака заряду частинки. Якщо заряд додатній, то спіраль закручується проти часової стрілки. Спіраль, по якій рухається негативно заряджена частинка, закручується за часовою стрілкою (вважається, що ми дивимося на спіраль вздовж напрямку В); частинка при цьому летить від нас, якщо , і на нас ).

IV. Закріплення матеріалу

Фронтальне опитування по основним питанням уроку.

V. Домашнє завдання

Запропонувати учням записати в щоденники домашнє завдання з дошки.

Задати вивчити параграф підручника присвячений силі Лоренца та розв’язати 2 елементарні задачі, що базуються на основі формул, що виведені на уроці. Для фіз.-мат. класу задач більше – 4-5.