Цель:

- разъяснить действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы, ввести понятие силы Лоренца, ознакомиться с практическим применением силы Лоренца.

- развивать наблюдательность, способность логически мыслить, умение делать выводы, обобщения, развивать познавательные способности.

- воспитывать коллективизм, находчивость, формирование научного мировоззрения, воспитание навыков учебного труда.

Оборудование: таблицы, учебник, сборники задач.

Тип групповой консультации: комбинированная.

Знать: буквенное обозначение и единицы измерения силы Лоренца, формулу силы Лоренца, формулу радиуса обращения заряженной частицы в магнитном поле.

Уметь: определять направление силы Лоренца, пояснять практическое применение силы Лоренца.

                               Ход груповой консультации:

                                              План:

1. Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу.
2. Направление силы Лоренца.
3. Обобщенная сила Лоренца.
4. Работа силы Лоренца.
5. Движение заряженной частицы (вектор скорости перпендикулярен вектору магнитной индукции).
6. Движение заряженной частицы при( вектор скорости параллелен вектору магнитной индукции).
7. Общий случай движения заряженной частицы в однородном магнитном поле.
8. Применение силы Лоренца.

1. Организационный момент.
2. Мотивация учебной деятельности (сообщение темы, цели, знать, уметь, плана работы)
3. Изучение нового материала.

Создание проблемной ситуации: Мы с вами раньше уже нашли силу,которая действует на проводник с током в магнитном поле.Как выяснилось, магнитное поле взаимодействует только с проводниками, по которым течет ток, не оказывает действия на проводник без тока.

Проблемный вопрос: Действует ли магнитное поле на заряженные частицы?

Магнитное поле действует не на материал проводника, а на заряженные частицы (электроны или ионы) которые в нем перемещаются.

Найдем силу, которая действует на заряженную частицу, которая движется в магнитном поле.

1. Электрический ток представляет собой совокупность упорядоченно движущихся  заряженных частиц. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током- это результат действия поля на заряженные движущиеся частицы внутри проводника. Эту силу можно найти при помощи силы Ампера. F_a=ILBsina     I=q₀nVS       F_a=q₀nVSLBsina (N=nSL)

F_a=q₀NVBsina               F_л=F_a/N=|q₀|VBsina

Определение: Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называется силой Лоренца.

Если вектор скорости перпендикулярен вектору магнитной индукции, то F_л=qVB-максимальное значение.

Если V=0 или вектор скорости параллелен вектору магнитной индукции, то F_л=0.

2. Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: если вытянутые пальцы левой руки расположить по направлению движения положительного заряда( против движения отрицательного) так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, то отогнутый на 90⁰ большой палец укажет направление действующей на заряд силы Лоренца.

Рассматриваем примеры решения графических задач (по рисункам на доске)

3. На электрический заряд действует не только магнитное, но и электрическое поле.

F=F_эл+F_л или F_л=qE+qVB-это обобщенная сила Лоренца.

4. Из курса физики мы знаем, что A=Fscosa   Т.к. вектор силы Лоренца перпендикулярен вектору скорости, то cosa=0, поэтому А=0.

Из механики известно: если вектор скорости перпендикулярен вектору силы, то точка движется по окружности. Электрический заряд в магнитном поле будет двигаться по окружности( магнитная сила является центростремительной)

Вывод: Хотя магнитное поле и действует на частицу с некоторой силой, но оно изменяет только направление движения частицы и не изменяет ее кинетическую энергию.

5. Вектор скорости перпендикулярен вектору магнитной индукции- в этом случае сила Лоренца имеет максимальное значение.

F_л=qVB; а_ц=V²/R- центростремительное ускорение.

Тело движется по окружности радиуса R

По второму закону Ньютона: F_л=ma_ц:  qVB=mV²/R  ; R=mV/qB

T=L/V=2пR/V=2пm/qB

Период обращения заряженной частицы Т по окружности не зависит от скорости, с которой частица попадает в магнитное поле.

Физический смысл: более быстрые частицы движутся по окружности большего радиуса.

6. Если вектор скорости параллелен вектору магнитной индукции, угол а=0 при этом Сила Лоренца=0, т.е. магнитное поле не оказывает силового действия на частицу.
7. Рассмотрим общий случай, когда вектор скорости направлен под углом а к вектору магнитной индукции. (Этот вопрос можно дать в качестве индивидуального д/з  некоторым учащимся для развития их творческих способностей или рассмотреть на индивидуальной консультации)

Аналогия с решением задач: разложение движения тела, брошенного под углом к горизонту, на равноускоренное движение по вертикали и равномерное движение по горизонтали.

V_||=Vcosa       V_{перпендик.}=Vsina

qVBsina=mV²/R    отсюда R=mVsina/qB

частица участвует в двух движениях( равномерном вдоль поля и по окружности в поперечной области), движется по спирали. R-радиус спирали.

Найдем шаг спирали ( расстояние по оси спирали, на которое частица перемещается за один оборот: h=V_||T=Vcosa2пm/qB

Частные случаи:

- если а=п/2, то cosa=0, h=0-окружность

-если а=0, то R=0-прямая

Решение задач: Сборник задач Рымкевича №№=897-900.

8. Применение силы Лоренца. (Выступления учащихся с сообщениями)

Кратко обобщаем и записываем.

Действие магнитного поля на движущийся заряд широко используется в современной технике:

А) телевизионные трубки ( кинескопы), летящие к экрану электроны отклоняются магнитным полем;

Б) масс- спектрометры- позволяют разделять заряженные частицы по их удельным зарядам;

В) циклотроны- ускорители заряженных частиц;

Г) определение знака заряда;

Д) исследования в ядерной физике( камера Вильсона);

Е) М Г Д- генераторы.

4.Подведение итогов (возвращение к проблемному вопросу, что нового узнали, чему научились)

5. Домашнее задание: Прочитать параграф 71,ответить на вопросы после параграфа;из упражнения №23 решить одну задачу на выбор.

6. Контрольный срез по теме в двух вариантах,разноуровневый.

                                                     Вариант №1

Начальный уровень ( по 0,5 б.):

1. Сила Лоренца – это сила, с которой магнитное поле действует на…

А) движущийся электрический заряд.

Б) проводник с током,
В) неподвижный электрический заряд.

Г) свой вариант.

2. Как изменится сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в однородном магнитном поле, если заряд частицы уменьшится в 2 раза?

А) уменьшится в 2 раза;  Б) увеличится в 2 раза;

В) не изменится;                Г) свой вариант.

3. Какой буквой обозначается сила Лоренца?

А) В;    Б) F_л  ;  В) F_А  ;  Г) А.

4. Направление силы Лоренца определяется с помощью:

А) правила буравчика;   Б) правила левой руки;

В) правила правой руки;  Г) свой вариант.

Средний уровень: ( по 1.5 б.):

5.Какая сила действует на протон, который движется со скоростью 10Мм/с в магнитном поле с индукцией 2 Тл перпендикулярно к линиям индукции?

А) 60 мкН; Б) 0,16нН; В) 3,2 пН  Г) 0,2МН

6.Электрон пролетает между полюсами электромагнита. Куда направлена сила Лоренца, которая действует на электрон? ( сделать рисунок)

А) от нас перпендикулярно плоскости рисунка;  Б) вверх;

В) к нам перпендикулярно плоскости рисунка;   В) вниз.

Достаточный уровень: ( 3 б.):

7.Электрон движется в однородном магнитном поле со скоростью 10⁶м/с перпендикулярно к магнитному полю индукцией 2 Тл. Определить силу, которая действует на электрон, и радиус окружности, по которой он движется. ( m_e=9.1 10^-31кг; q_e=-1.6 10^-19Кл)

Высокий уровень: (4б.):

8.Электрон, ускоренный разностью потенциалов U=1000 В, влетает в однородное магнитное поле с индукцией В=1,19 10^-3Тл перпендикулярно к линиям индукции. Определить радиус кривизны траектории электрона и период его обращения по окружности.

                                         Вариант №2

Начальный уровень  ( по 0,5 б.):

1. Какую физическую величину обозначают F_л?

А) Силу Ампера;  Б) Силу Лоренца;  В) силу Кулона;  Г) свой вариант.

            2. На движущуюся заряженную частицу в магнитном поле действует:

А) Сила Ампера; Б) сила Архимеда; В) сила Лоренца;  Г) свой вариант

       3. Какое соотношение является математическим выражением модуля силы Лоренца?

А) F=mg  ;   Б) F= |q|B V sina  ;    F= B I L sina ;     F= q L sina

4.Единицей измерения силы Лоренца в СИ является:

А) Дж;   Б) Ф;    В) Н;   Г) Тл

Средний уровень: ( по 1,5 б.):

5.Чему равна сила Лоренца, действующая на электрон, влетевший в однородное магнитное поле с индукцией В=2,5 м Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 15 10⁵м/с? ( q=-1.6 10^-19Кл)

А) 50 МН;  Б) 25мН;  В) 0,6 10^-15Н;  Г) 3 пН

6.Положительно заряженная частица пролетает между полюсами электромагнита. Куда направлена сила Лоренца, которая действует на эту частицу?  (сделать рисунок)

А) вверх;  Б) от  нас перпендикулярно плоскости рисунка;

В) вниз;  Г) к нам перпендикулярно плоскости рисунка.

Достаточный уровень: ( 3 б.):

7.В однородном магнитном поле протон движется со скоростью 10⁸м / с перпендикулярно к  магнитному полю индукцией 1 Тл. Определить силу, которая действует на протон и радиус окружности, по  которой он движется.  (m_p=1,67 10^-27кг; q=1,6 10^-19Кл)

Высокий уровень: (4 б.):

8.В камере Вильсона, помещенной в однородное магнитное поле с индукцией В=1,5Тл, а-частица, влетев перпендикулярно к линиям индукции, оставляет след в виде окружности радиуса R=2.7м. Определить импульс и кинетическую энергию частицы. Масса а-частицы 6,7 10^-27кг, ее заряд           3,2 10^-19Кл.