Урок "Сила Лоренца. Застосування сили Лоренца"

Тема: Сила Лоренца.

Мета:

Сформувати в учнів знання про дію магнітного поля на рухомі заряджені частинки, ввести поняття сили Лоренца, ознайомити з практичним застосуванням сили Лоренца.

Розвивати спостережливість, здатність логічно мислити, вміння робити висновки, узагальнення, розвивати пізнавальні здібності, навички працювати з науково-популярною літературою та комп’ютером, використовувати ресурси мережі інтернет;

Виховувати бажання пізнавати навколишній світ, уміння критично оцінювати і використовувати різноманітну інформацію,цікавість до фізики як науки;естетичне сприйняття світу.

Підкреслити зв'язок фізики з мистецтвом;

Тип і модель уроку:

урок комбінований з елементами проектної технології та самостійної дослідницької роботи, інформаційно-пошуковий.

 Обладнання: презентація «Сила Лоренца» , кінофрагмент «Полярне сяйво», підручник фізики 11 клас.

        Привітання.

А зараз я запрошую всіх розслабитися і поринути у світ незбагненної краси.

Фрагмент відеофільму: «Полярне сяйво.», який  на фоні музики супроводжується рядками.

Це просто диво! Краса! Велич! ПІВНІЧНЕ СЯЙВО!
Описувати його словами - справа невдячна. Ні в одній мові для цього не знайдеться достатньої кількості відповідних слів. Спочатку рідкісні різнокольорові сполохи то тут, то там спалахують на зоряному небі.
Потім вони починають з'являтися частіше, немов кольоровим прожектором висвітлюючи чорноту ночі, стають ширшими і яскравішими... І ось…О, Боже, ЯКА КРАСА! По всьому небу від краю до краю, переливаючись всіма кольорами веселки, палахкотить величне північне сяйво! І вже, немов велика кольорова завіса, воно закриває півнеба, граючи хвилями і, поступово перетворюючись на стрічку, як би «витікає» в бік. Така завіса прозора, і крізь неї можна РОЗРІЗНЯТИ ЗІРКИ. З'являються нові стрічки, ніби  танцюючи в нічному небі... Але проходить дві-три хвилини і світіння розпливається, немов тане... І іноді розсипається на частини, затухаючи.... В нічній тиші, спостерігаючи за грою фарб, всі стояли тихо, немов не дихаючи, ніби вийшли у двір не тільки подивитися, але і ПОСЛУХАТИ його.  Так, так, саме ПОСЛУХАТИ! Здавалося, що ти чуєш, як “шарудить” сяйво, перегортаючи сторінки... Як світломузика природи....

(так описував  північне сяйво Смирнов О.І. )

3. Оголошення теми і мети уроку . Слайд 2.

4. Актуалізація опорних знань.

Самостійна робота  «Заповнити пропуски».  Слайд 3.

Для того, щоб відповісти на питання : «Чим же обумовлена ця краса»,

ми повинні вияснити все про силу Лоренца.

- Що ви можете сказати про провідник зі струмом , який знаходиться в магнітному полі?

 - Що являє собою електричний струм цьому провіднику?

5. Вивчення нового матеріалу з поетапним закріпленням.

Нідерландський фізик Г. А. Лоренц (Слайд 4.) пояснив існування сили Ампера тим, що магнітне поле діє на рухомі заряди в провіднику зі струмом. Оскільки ці заряди вирватись із провідника не можуть, загальна сила , яка діє на них, прикладена до провідника. Таким чином, сила Ампера являється рівнодійною всіх сил, що діють на кожну частинку.

Сила, яка діє на рухому заряджену частинку зі сторони магнітного поля - сила Лоренца.

Нам відомо, що силу Ампера визначають за формулою:  F_А=B· I ·l ·sin α. (Слайд 5). .Оскільки сила струму дорівнює: I = e ·n·v·S. де e - заряд електрона, n – концентрація зарядів,  v – швидкість дрейфу електронів у провіднику, S- площа поперечного перерізу провідника.

Тоді маємо : F_А= e ·n·v·S·B·l ·sin α.

Врахувавши, що n = , де N – кількість заряджених частинок, V - об´єм провідника, отримаємо : F_А= e · ·v·S·B·l ·sin α. Оскільки  S·l=V, то маємо :   F_А= e ·N·v·B ·sin α. Отже сила Лоренца дорівнює:F_л = = e ·v·B ·sin α або       F_л =  q ·v·B ·sin α

Слайд 6.

 -Запишіть у зошити формулу для сили Лоренца.

де q - заряд частинки
V - швидкість заряду
B - індукція магнітного поля
 - кут між вектором швидкості заряду і вектором магнітної індукції.

Проаналізуємо формулу:

1. Який висновок можна зробити з того, що F v?
2. Чому дорівнює сила Лоренца, яка діє на заряд, що рухається вздовж силових ліній магнітного поля ?
3. Який напрям матиме сила Лоренца ?
4. Сформулюйте правило для визначення сили Лоренца (правило «лівої руки»).
5. Беручи до уваги правило «лівої руки» для визначення напряму сили Лоренца, який напрям матиме сила Лоренца щодо напряму швидкості заряду і напряму вектора індукції магнітного поля?
6. Якого вигляду має бути траєкторія руху зарядженої частинки, на яку діє сила Лоренца і кут між вектором швидкості та вектором індукції становить 90?

Напрямок сили Лоренца визначається за правилом лівої руки. Слайд 7.

Розглянемо рух зарядженої частинки в магнітному полі.

Можливі випадки руху зарядженої частинки в однорідному магнітному полі (Слайди 8 -12):

1. Частинка влітає в магнітне поле паралельно лініям магнітної індукції.
2. Частинка влітає в магнітне поле перпендику­лярно до ліній магнітної індукції.
3. Частинка влітає в магнітне поле під деяким кутом α до ліній магнітної індукції.

6. Закріплення вивченого матеріалу.

 Тепер дайте відповіді на питання, які  бачите на екрані.

Самоперевірка.

Слайди 13-18.

Розв’яжемо задачу.

Рухаючись перпендикулярно до ліній магнітного поля , електрон влітає в магнітне поле зі швидкістю  10 Мм/с. Знайти індукцію поля, якщо електрон  описав  коло радіусом 1 см.

7. Застосування сили Лоренца.

Слайд 19.

Особливості руху частинок у магнітному полі знайшли практичне застосування в багатьох приладах та установках. Більш детально про це розповість….

Учнівські повідомлення

1.Електронно – променеві трубки.

2.МГД-генератори.

3.Прискорювачі елементарних частинок (циклотрон, бетатрон, синхрофазотрон).

4.Мас-спектрометри.

5. Магнітні пастки.

Слайди 20-28.

8. Полярне сяйво - прояв дії сили Лоренца.

 Повернемося, до питання, яке нас зацікавило на початку уроку. В чому причина полярного сяйва?          

Ми переглянули презентацію про практичне застосування сили Лоренца.

В останніх слайдах річ йшла про магнітні пастки, які використовуються в техніці для магнітної термоізоляції високотемпературної плазми. В цьому випадку ми маємо справу з неоднорідним магнітним полем. В магнітних  пастках частинки рухаються  по спіралі.

 Наша Земля - це гігантський магніт.   Слайд 29.                                     

Швидкі заряджені частинки з космосу (головним чином сонячний вітер, в основному електрони і протони) «захоплюються» магнітним полем Землі і утворюють так звані радіаційні пояси, в яких частинки, як в магнітних пастках, переміщуються туди і назад по гвинтових траєкторіях між північним і південним магнітними полюсами за часом порядку долі  секунди. Лише в полярних областях деякі із частинок вторгаються у верхні шари атмосфери. В результаті гальмування заряджених частинок поблизу полюсів, а також їх зіткнень з молекулами атмосферного повітря виникає електромагнітне випромінювання, що спостерігається, зокрема, у вигляді полярних сяйв. Слайд 30.

Спектральний склад випромінювання залежить від енергій заряджених частинок та складу повітря.

Радіаційні пояси Землі простягаються від відстані близько 500 км до десятків земних радіусів.

- Як ви думаєте, чи бувають полярні сяйва на інших планетах? Чим це обумовлено?

Слайди 30-31.

Полярні сяйва на Сатурні, Урані, Юпітері.

9. Підсумок уроку. 

Інтерактивна технологія «мікрофон».

Що ми сьогодні зробили на уроці?

Чи виконали завдання уроку?

Що було найцікавішим для вас?

Оцінки за урок.

10. Домашнє завдання.

Опрацювати § 12. Виконати : Вправу 12(2,4)

Слайд 32