Использование на уроке наглядности в виде мультимедийной презентации облегчает усвоение учащимися излагаемого материала. Презентация дает возможность компактно излагать учебный материал, что позволяет больше времени уделить закреплению пройденного материала. Применение анимации позволяет показать движение заряда в магнитном поле в динамике. Изучаемый материал связывает полученные теоретические знания с практикой. Разработку и презентацию можно использовать не только в универсальных, но и в профильных классах, так как они содержат материал повышенного уровня сложности.
Цели: изучить новое физическое явление – действие магнитного поля на движущийся заряд, вывести формулу и ввести мнемоническое правило для определения модуля и направления силы Лоренца, показать возможность применения знаний для расчёта периода обращения частицы в магнитном поле, познакомить учащихся с практическим применением действия силы Лоренца в ускорителях.
Оборудование: электронный осциллограф, дугообразный магнит, презентация “Сила Лоренца”, мультимедийный проектор.
Тип урока: формирование новых знаний
Ход урока
Актуализация знаний:
Слайд 1.
- Какими свойствами обладает магнитное поле?
- Что такое сила Ампера?
- Как рассчитать силу Ампера?
- Что такое электрический ток?
Слайд 2.
Учитель: Т.к. магнитное поле действует на ток – движущиеся заряженные частицы, то оно действует и на каждую частицу в отдельности. Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу характеризует сила Лоренца.
Хендрик Антон Лоренц (1853–1928) выдающийся голландский физик и математик , развил электромагнитную теорию света и электронную теорию материи, а также сформулировал теорию электричества, магнетизма и света, внёс большой вклад в развитие теории относительности, лауреат Нобелевской премии 1902г.
Слайд 3.
, так
как является её долей, значит, для определения её направления можно применить то
же мнемоническое правило, что и для определения направления сил Ампера – правило
левой руки, с оговоркой, что заряд должен быть положительным, т.к. за
направление тока мы принимаем направление движения положительных зарядов. Если
же заряд отрицательный, то направление силы меняется на противоположное.
Так как сила, действующая на заряд, оказалась перпендикулярной скорости его движения, то модуль скорости изменяться не будет, а будет меняться направление, т.о. частица будет равномерно двигаться по окружности.
Демонстрационный эксперимент: С помощью прибора для демонстрации движения заряженных частиц под действием силы Лоренца или с помощью электронного осциллографа демонстрируется отклонение электронных пучков магнитным полем.
Слайд 4.
Выведем формулу для расчёта модуля силы Лоренца.
Т.к. она является частью силы, действующей на весь отрезок проводника, находящийся в магнитном поле, то её модуль в N раз меньше силы Ампера. Доведите рассуждение до логического завершения: свяжите силу с параметрами заряженной частицы (зарядом и скоростью)
(Ученики завершают вывод формулы в тетрадях, проверяют с помощью анимированного слайда 4.)
Слайд 5.
Движение заряженной частицы под действием силы Лоренца, если α = 90°
Сила, перпендикулярная скорости, вызывает изменение направления движения, т.е. центростремительное ускорение. Зная формулы расчёта центростремительного ускорения и модуля силы Лоренца, которая его вызывает, и, используя второй закон Ньютона, выведите формулу для расчёта радиуса окружности, по которой будет двигаться частица.
(Ученики завершают вывод формулы в тетрадях, проверяют с помощью анимированного слайда 5.)
Слайд 6.
Теперь не сложно узнать и период обращения частицы, т.к.
, где r
нами только что найдено. Сделайте вывод: чем определяется период обращения
частицы?
(Предполагаемый ответ: магнитной индукцией поля и удельным зарядом частицы, т.е. не зависит от радиуса окружности, по которой частица движется.)
Эти особенности движения зарядов в магнитном поле нашли практическое применение.
Слайд 7.
- Осциллограф
- Кинескоп
- Масс – спектрограф
- Ускорители элементарных частиц (циклотрон, бетатрон, синхрофазотрон)
Движение заряженной частицы под действием силы Лоренца, если α ≠ 90°
(С помощью анимации на слайде учитель объясняет, как движется заряженная частица, если её скорость не перпендикулярна силовым линиям магнитного поля и совместно с учащимися находит шаг винтовой линии.)
Слайд 10.
Самостоятельная работа для учащихся с целью закрепления полученных знаний, в ходе которой они могут пользоваться своими записями, текстом учебника, консультацией учителя
Слайд 11.
Домашнее задание §6, самостоятельная работа № 31 (“Физика. Самостоятельные и контрольные работы” Л.А.Кирик), достаточный уровень № 1–3, 10
Подведение итогов урока.
Литература и использованные материалы:
- Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н.Сотский “Физика.11”, Просвещение, 2008.
- Л.А. Кирик “Физика. Самостоятельные и контрольные работы. 10”, Илекса, 2005.
- Википедия.