Конспект урока физики

План урока

Тема: Сила Ампера.

Цель урока : Показать действие силы Ампера, научить определять ее направление и модуль

Задачи: 1.образовательная:  выяснить физический смысл силы Ампера ,научить определять модуль и направление силы  Ампера

            2. развивающая: развивать логическое мышление.

            3. воспитательная: воспитывать аккуратность и последовательность действий.

                           Содержание урока:

1.Орг.\момент

Приветствие и сообщение темы и целей урока.

2. Актуализация знаний:

   Перед началом изучения нового материала повторим домашнее задание:

  1.Чем создается магнитное  поле?  2.Какие  взаимодействия называют магнитными? 3.Укажите способы определения направления  вектора магнитной индукции? 4. Что называют линиями магнитной индукции? 5. Какие поля называют вихревыми?

3. Объяснение нового материала:

  Перед объяснением нового материала демонстрируется опыт взаимодействие проволочного мотка стоком и магнита. Перед учащимися ставится проблема -объяснить возможность этого взаимодействия. В ходе обсуждения приходим к выводу: взаимодействуют магнитные поля проводника с  током и магнита, магнитное поле магнита действует на проводник с током. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, открыл А. Ампер поэтому ее принято называть силой Ампера. Сила Ампера имеет направление, которое определяется по правилу левой руки (формулируется правило),  модуль определяется по формуле: F=B I l sinА

Затем демонстрируется презентация по определению направления силы Ампера

4.Закрепление: 1.Чему равен модуль силы Ампера? 2.Сформулируйте правило (пользуясь учебником стр.14) для определения направления силы  Ампера. 3.Выполнить из  «Задачника-10-11кл.» А.П.Рымкевича  №840, №839(в,г)

5.Домашнее задание: параграф 3,№839(а,б)

CИЛA AMПEPA. CИЛA ЛOPEHЦA. ПPИMEPЫ PEШEHИЯ ЗAДAЧ ПO ФИЗИKE.

Сила Лоренца действует на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Fл=Bqv⋅sin α
B -магнитная индукция, единица измерения Тесла [Тл]
q - заряд частицы, единица измерения Кулон [Кл] \)
v - скорость частицы
α- угол между вектором магнитной индукции B→ и вектором скорости частицы v→

Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу .

Если вектор магнитной индукциии входит в ладонь левой руки, а четыре пальца сонаправлены с направлением вектора скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 900 большой палец показывает направление силы Лоренца действующей на эту частицу.

Зaдaчa 1 Oпpeдeлить cилу, c кoтopoй oднopoднoe мaгнитнoe пoлeдeйcтвуe тнa пpoвoдник длинoй 20 cм, ecли cилaтoкa в нeм З00 мA, pacпoлoжeнны йпoд углoм 45⁰ к вeктopу мaгнитнoй индукции. Maгнитнaя индукция cocтaвляeт 0,5 Tл.

Зaдaчa 2 Пpoвoдник c тoкoм 5 A нaxoдитcя в мaгнитнoм пoлe c индукциeй 10 Tл. Oпpeдeлить длину пpoвoдникa, ecли мaгнитнoe пoлe дeйcтвуe тнa нeгo c cилoй 20 H и пepпeндикуляpнo пpoвoднику.

ЗaдaчaЗOпpeдeлить cилу тoкa в пpoвoдникe длинoй 20 cм, pacпoлoжeннoму пepпeндикуляpнo cилoвым линиям мaгнитнoгo пoля c индукциeй 0,06 Tл, ecли нa нeгo co cтopoны  мaгнитнoгo пoля дeйcтвуeт cилa 0,48 H.

Зaдaчa 4 Пpoвoдник длинoй 20 cм c cилoй тoкa 50 A нaxoдитcя в oднopoднoм мaгнитнoм пoлe c индукциeй 40 мTл. Kaкую paбoту coвepшит иcтoчник тoкa, ecли пpoвoдник пepeмecтитcя нa 10 cм пepпeндикуляpнo вeктopу мaгнитнoй индукции (вeктop мaгнитнoй индукции пepпeндикуляpeн нaпpaвлeнию тoкa в пpoвoдникe).

Зaдaчa 5 Пpoвoдник длинoй 0,15 м пepпeндикуляpeн вeктopу мaгнитнoй индукции oднopoднoгo мaгнитнoгo пoля, мoдулькoтopoгo B=0,4 Tл. Cилa тoкa в пpoвoдникe  8 A.  Haйдитe paбoту, кoтopaя  былa coвepшeнa пpи пepeмeщeнии пpoвoдникa нa 0,025 мeтpa пo нaпpaвлeнию дeйcтвия cилы Aмпepa.

Зaдaчa 6 Oпpeдeлить cилу, дeйcтвующую нa зapяд 0,005 Kл, движущийcя в мaгнитнoм пoлe c индукциeй 0,ЗTл co cкopocтью 200 м/c пoд углoм 45o к вeктopу мaгнитнoй индукции.

Зaдaчa 7 Kaкoвa cкopocтьзapяжeннoгoтeлa, пepeмeщaющeгocя в мaгнитнoм пoлe c индукциeй 2 Tл, ecли нa нeгo co cтopoны мaгнитнoгo пoля дeйcтвуeт cилa З2 H. Cкopocть и мaгнитнoe пoлe взaимнo пepпeндикуляpны. Зapяд тeлa paвeн 0,5 мKл.

Зaдaчa 8 Oпpeдeлить цeнтpocтpeмитeльную cилу, дeйcтвующую нa пpoтoн в oднopoднoм мaгнитнoм пoлe c индукциeй 0,01 Tл (вeктop мaгнитнoй индукции пepпeндикуляpeн вeктopу cкopocти), ecли paдиуc oкpужнocти, пo кoтopoй oн движeтcя, paвeн 5 cм.

Зaдaчa 9 C кaким уcкopeниeм движeтcя элeктpoн в oднopoднoм мaгнитнoм пoлe (вeктopмaгнитнoй индукции пepпeндикуляpeн вeктopу cкopocти) c индукциeй 0,05 Tл, ecли cилa Лopeнцa, дeйcтвующaя нa нeгo, paвнa 5x10-1З H. (Taк кaк cилaЛopeнцa являeтcя oднoвpeмeннo и цeнтpocтpeмитeльнoй cилoй, и элeктpoн движeтcя пo oкpужнocти, в зaдaчe тpeбуeтcя paccчитaть цeнтpocтpeмитeльнoe уcкopeниe, кoтopoe пpиoбpeтaeт элeктpoн в peзультaтe дeйcтвия цeнтpocтpeмитeльнoй cилы.)

Задача 10. (Сила Лоренца)
Пылинка, имеющая заряд q=10^-6 Кл движется в магнитном поле с индукцией B=20 Тл . Скорость пылинки перпендикулярна линиям магнитной индукции и равна 100 м/с Вычислить значение силы Лоренца, действующей на пылинку со стороны магнитного поля. Дать ответ в миллиньютонах.

Дано:  v=100 м/с
q=10^-6 Кл
B=20 Тл
α=90⁰

Fл−?

Fл=Bqv⋅sin α Fл=20 Тл⋅10^-6 Кл⋅100 м/с⋅sin 90⁰=2⋅10^-3 Н=2 мН Ответ:  Fл=2 мН

Задача 11. Альфа-частица движется в магнитном поле с индукцией B=10^-3 Тл перпендикулярно линиям поля, при этом на нее действует сила Лоренца Fл=6,4⋅10^-15 Н. Вычислить скорость альфа-частицы, если ее заряд q=3,2⋅10^-19 Кл. Дать ответ в километрах в секунду. Дано:
B=10^-3 Тл
q=3,2⋅10^-19 Кл Fл=6,4⋅10^-15 Н
α=90⁰ v−?

Решение: Fл=Bqv⋅sin α v=Fл/Bq⋅sin α v=6,4⋅10^-15 Н/10^-3 Тл⋅3,2⋅10−19¹⁹ Кл⋅sin 90⁰=2⋅10⁷ м/с=20000 км/с Ответ:  v=20000 км/с

Задача 12. Протон влетает в магнитное поле со скоростью v=10⁵м/с перпендикулярно линиям индукции, после чего он движется по окружности.Найти радиус этой окружности, если индукция поля B=0,01 Тл.
Заряд протона q=1,6⋅10^-19 Кл Масса протона m=1,6⋅10^-27 кг

Дано:
v=10⁵ м/с
B=0,01 Тл
q=1,6⋅10^-19 Кл
α=90⁰
m=1,6⋅10^-27 кг

R−?

Bqv⋅sin α=mv²/R
RBqv⋅sin α=mv²
R=mv² /Bqv⋅sin α
R=mv/Bq⋅sin α
R=1,6⋅10^-27 кг⋅10⁵ м/с /0,01 Тл⋅1,6⋅10^-19 Кл⋅sin 90⁰=0,1 м

Замкнутый проводник в виде прямоугольной трапеции находится в магнитном поле с индукцией   Тл, направленной перпендикулярно плоскости трапеции от нас. Сопротивление единицы длины проводника   Ом/м. Найти величину и направление тока  , текущего в проводнике при равномерном уменьшении поля до нуля в течение  . Размеры отрезков проводника  .

Для определения направления ЭДС индукции выберем нормаль к плоскости контура, совпадающую по направлению с магнитным полем (от нас). Тогда магнитный поток через контур будет положительным. Выбранной нормали соответствует направление обхода контура по часовой стрелке. Поскольку поле убывает со временем, изменение магнитного потока отрицательно:  . Из закона электромагнитной индукции

вытекает, что ЭДС индукции положительна, т.е. направлена по часовой стрелке. Туда же будет направлен и индукционный ток. Величина тока определяется отношением ЭДС индукции   и сопротивления проводника  . Здесь   — площадь трапеции, а     — ее периметр. Окончательно получаем:

Ток течет по часовой стрелке.

Катушка из   одинаковых витков с площадью   присоединена к баллистическому гальванометру. Вначале катушка находилась между полюсами магнита в однородном магнитном поле с индукцией  , параллельной оси катушки. Затем катушку переместили в пространство, где магнитное поле отсутствует. Какое количество электричества   протекло через гальванометр? Сопротивление всей цепи  .

Магнитный поток, пронизывающий катушку в начальный момент, равен  . Пусть катушка удаляется из магнитного поля за время  . Поскольку изменение магнитного потока за это время  , величина ЭДС индукции  . Ток в цепи  , протекший за время   заряд   Это количество электричества и будет зарегистрировано баллистическим гальванометром, который измеряет прошедший через него заряд.

При равномерном изменении силы тока через проволочную катушку в ней возникает ЭДС самоиндукции Е = 10 В. Катушка содержит N = 1000 витков. Какой заряд q протечет за время   = 0,05 счерез замкнутый проволочный виток, надетый на катушку так, что его плоскость перпендикулярна оси катушки? Сопротивление витка R = 0,2 Ом.

Величина ЭДС самоиндукции равна  , где   — индуктивность катушки. Поскольку   пропорционально числу витков катушки, индуктивность одного витка  . Поэтому индукционный ток в витке  . Заряд, протекший через виток за время  .

По двум вертикальным проводящим рейкам АВ и CD (см. рисунок), находящимся на расстоянии   и соединенным сопротивлением R, под действием силы тяжести начинает скользить проводник, длина которого   и масса  . Система находится в однородном магнитном поле, индукция которого   перпендикулярна плоскости рисунка. Какова установившаяся скорость v движения проводника, если сопротивлением самого проводника и реек, а также трением можно пренебречь? Ускорение свободного падения  .

Предоставленный самому себе проводник начнет под действием силы тяжести двигаться вниз. В результате этого возникнет изменение магнитного потока через контур, образованный рейками, резистором и проводником, и, как следствие, ЭДС индукции и индукционный   ток в контуре. Этот ток, протекая по подвижному проводнику, приведет к появлению силы Ампера  , которая, как нетрудно убедиться, будет направлена против скорости проводника. Таким образом, уравнение движения проводника запишется следующим образом:
Учитывая, что  , а  , где   — ЭДС индукции, находим, что величина силы Ампера пропорциональна скорости проводника  :
Движение проводника установится, т.е. ускорение проводника   обратится в ноль, когда сила Ампера сравняется по величине с силой тяжести. Объединяя записанные выражения, находим, что скорость установившегося движения  .

В магнитном поле с индукцией   = 1 Тл, направленной вертикально вниз, по горизонтальным рельсам равномерно движется проводящий стержень длины   = 0,4 м со скоростью   = 5 м/с. Концы рельсов присоединены к батарее с ЭДС   = 10, 1 В и внутренним сопротивлением   = 0, 1 Ом. Какое количество теплоты   выделится в стержне за время   = 10 с, если его сопротивление   = 10 Ом? Сопротивлением рельсов и соединительных проводов пренебречь.

При движении стержня возникает ЭДС индукции   =  , направление которой, как нетрудно убедиться, при конкретных условиях задачи противоположно направлению ЭДС источника. По закону Ома для полной цепи индукционный ток

Количество теплоты, выделяющееся в стержне за время  . Объединяя записанные выражения, получаем ответ:

Прямоугольный контур .4ВСР перемещается поступательно с постоянной скоростью v в магнитном поле тока  , текущего по длинному прямому проводу ОО’. Стороны AD и ВС параллельны проводу. Определить величину и направление тока, индуцированного в контуре в тот момент, когда сторона AD находится на расстоянии   от провода. AD = ВС = а, АВ = DC = b. Сопротивление контура R.

Линии магнитной индукции, создаваемой током  , текущим в проводе ОО’, представляют собой концентрические окружности, охватывающие этот провод. Следовательно, магнитная индукция перпендикулярна плоскости контура и в занимаемой им области направлена от нас. Величина магнитной индукции в окрестности отрезков контура AD и ВС равна, соответственно:

При движении контура со скоростью   на концах отрезков A.D и ВС возникает ЭДС индукции, обусловленная действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Направления сил Лоренца в обоих отрезках одинаковы: от D к А и от С к В, а величины создаваемых ими ЭДС индукции различны:

Очевидно, что  , поэтому суммарная работа сил Лоренца положительна при обходе контура по часовой стрелке. В этом же направлении будет течь индукционный ток, величина которого

Объединяя записанные выражения, получаем ответ: 

По двум металлическим параллельным рейкам, расположенным в горизонтальной плоскости к замкнутым на конденсатор  , может без трения двигаться проводник массой   и длиной  . Вся система находится в однородном магнитном поле с индукцией  , направленной вверх. К середине проводника перпендикулярно ему и параллельно рейкам приложена сила  . Определить ускорение подвижного проводника. Сопротивлением реек и подводящих проводов пренебречь. В начальный момент скорость проводника равна нулю.

При движении проводника в контуре возникает ЭДС индукции Е, которая в каждый момент времени равна напряжению на конденсаторе  , где   — заряд конденсатора. Индукционный ток   в контуре с одной стороны заряжает конденсатор, с другой — приводит к появлению силы Ампера, действующей на проводник в направлении, противоположном силе  . Следовательно, уравнение движения проводника (второй закон Ньютона) имеет вид:
Поскольку  , ток в контуре  . Здесь точкой обозначена производная по времени и учтено, что ускорение проводника  . Объединяя записанные выражения, получаем ответ:

Катушка индуктивностью   с сопротивлением обмотки   = 2 Ом подключена параллельно с резистором сопротивлением   = 8 Ом к источнику с ЭДС   = 6 В и внутренним сопротивлением   = 0,2 Ом. Какое количество тепла   выделится в сопротивлении   после отключения источника?

При замкнутом ключе через источник течет ток 
Этот ток разветвляется на два тока   и  , протекающих, соответственно, через катушку и резистор   и удовлетворяющих системе уравнений:

Отсюда
После отключения источника (размыкания ключа) возникающая в катушке ЭДС самоиндукции   будет какое-то время поддерживать в цепи, образованной катушкой и резистором  , ток
При этом полная мощность  , выделяющаяся в этой цепи, распределится между катушкой и резистором пропорционально их сопротивлениям:

Следовательно, мощность, выделяющаяся на резисторе, составляет от полной мощности, выделяющейся в этой цепи, следующую долю:

Поскольку данное отношение мощностей не зависит от времени, очевидно, что такую же долю составит и энергия, выделившаяся на резисторе за время существования ЭДС самоиндукции, от полной энергии, выделившейся в цепи. В свою очередь, полная выделившаяся энергия равна энергии   магнитного поля в катушке в момент отключения источника. Таким образом, количество тепла, выделившегося на резисторе   после отключения источника, равно:
Подставляя в это равенство найденный ранее ток через катушку, получаем ответ: