Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Раздел: «Магнитное поле. Электромагнитная  индукция» Дата:  Группа:  Тема:  Колледж: КГКП «Костанайский педагогический колледж» Управления  образования акимата Костанайской области. ФИО преподавателя: Сыздыкова Б.С. Участвовали:  Не участвовали: ­ Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Цели обучения, достигаемые на этом занятии  Цель урока Критерии оценивания Языковые цели Воспитание ценностей Межпредметная связь Обучающиеся должны: знать смысл понятий Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Формирование умения применять правило «левой руки»  для определения направления действия силы  Лоренца, линий магнитного поля, направления скорости движущегося электрического заряда, применять  формулу силы Лоренца при решении задач. уметь находить и использовать информацию, используя различные источники; делать собственные выводы на основе полученной информации; уметь выслушивать других и принимать  во внимание их аргументированные выводы. Обучающиеся: Все: Проявляют знание и понимание основных понятий: сила Лоренца; движение заряженных частиц в  магнитном поле. Большинство: Умеют решать задачи по образцу Некоторые: При решении задач свободно владеют изученным материалом. Предметная лексика и терминология:  Серия полезных фраз для диалога/письма Под действием силы Лоренца заряд движется по дуге окружности, следовательно, он обладает центро­ стремительным ускорением. Құндылық/ ценность: Жалпыұлттық «Мәңгілік Ел» идеясының құндылықтары / Ценности  общенациональной идеи «Мәңгілік Ел»/ «Болашаққа бағдар: Рухани жаңғыру» воспитание доброты, ответственности, настойчивости и познавательной активности обучение на  протяжении всей жизни. Уважение и сотрудничество прививаются на занятии через умение работать в группе. Самопознание ­вопросы из области самопознания. Математика­ выполнение математических Предыдущие знания Ресурсы преобразований и расчётов при решении задач. Действие магнитного поля на проводник с током. Взаимодействие проводников с током Индукция  магнитного поля. Линии индукции магнитного поля Закон Ампера. Принцип суперпозиции магнитных  полей http://class­fizika.ru; https://bilimland.kz; https://videouroki.net; https://physics.ru;  https://infourok.ru Презентация «Жизнь и деятельность Х. Лоренца» Карточки.  Лист оценивания. Смайлики Способы  дифферен циации Оценивание  (метод/  прием/  техника/  стратегия) Словесное одобрение Время /  этапы  урока Начало  урока Организа ционный  момент. Деятельность учителя Ход урока Деятельность учащихся Приветствие преподавателя. Включаются в деловой ритм урока  Приветствие на трех языках:  Сәлематсіз бе, Здравствуйте,Good morning.  «Если в системе ценностей образованность станет главной ценностью, то нацию ждет  успех» (Н.А.Назарбаев  Статья «Болашаққа бағдар: рухани  жаңғыру»  «Взгляд в будущее:  модернизация общественного сознания» ) Ребята, каким должен быть образованный  человек?   «Кто движется вперёд в знаниях, но  отстаёт в нравственности, тот более идёт  назад, чем вперёд» Аристотель Хорошее настроение­первый шаг к удаче. Для установления благоприятной  атмосферы в группе провести  тренинг Сообщения   «Жизнь и деятельность Х. Лоренца» 1.Вектор магнитной индукции. 2.линия, касательная к которой в каждой точке  совпадает с направлением вектора индукции в этой  точке. 3. 4.  5. (ФО) Учитель  наблюдает за  процессом  опроса и даёт  обратную  связь. ФО)  Самооцениван ие по листу  самооценки Ребята  отвечают  на вопросы  по  желанию. В группе  могут  выбрать  вопрос, на  который  хотят  ответить. Проверка домашне го  задания «Комплимент­пожелание» . Обучающиеся могут выразить друг другу  пожелание одним словом, предложением в  повелительном наклонении. Вход на тему занятия и целеполагание.   Стратегия «Парные картинки». Ребята становятся в круг, получают  карточки (можно разделить на группы) На карточках записываются формулы,  законы, приводятся рисунки опытов и  установок. Первый выставляет начальную  карту, под эту карту нужно выставить  соответствующую. Выставление карточек  должно сопровождаться комментариями.  Кто безошибочно выставит свои карточки,  получает балл. 1. Силовой характеристикой магнитного  поля является    2.Линия индукции магнитного поля – это 3.Модуль вектора магнитной индукции  поля, создаваемого бесконечным проводни­ ком с током, равен: 4.магнитная проницаемость вакуума чис­ ленно равна: 5.В магнитном поле прямолинейного про­ водника с током магнитная стрелка в каж­ дой точке будет устанавливаться по каса­ тельной к некоторой окружности. Плос­ кость этой окружности перпендикулярна  проводнику с током, а ее центр лежит на  оси проводника  6.Так как притягиваются разноименные по­ люса магнитов, то северный полюс стрелки  указывает на Южный магнитный полюс  Земли 6.  7.Силовые линии магнитного поля замкну­ ты 8.Линии магнитного поля проводника с  током. 9.Невозможно отделить полюса магнита  друг от друга 10.Магнитные поля, создаваемые разными  источниками в одной точке пространства,  складываются. 11.Два прямых параллельных проводника с током притягиваются друг к другу, если по ним протекают однонаправленные токи, то  есть токи одного направления 12. Проводники отталкиваются, если по  ним протекают токи противоположных на­ правлений 13.Проводник, скрученный в катушку (со­ 7.  8.  9. … леноид), ведет себя подобно постоянному  плоскому магниту 14. Определение полярности магнита 15.  Размерность магнитной индукции  16.Сила, действующая со стороны  магнитного поля на проводник с током 17.Если расположить проводник с током в  магнитном поле так, чтобы направление  тока совпало с направлением вектора ин­ дукции магнитного поля , то при пропуска­ нии тока через проводник последний прак­ тически не реагирует. 18. Если же расположить проводник так,  чтобы направление тока было перпендику­ лярно направлению вектора магнитной ин­ дукции, то проводник максимально сильно  втягивается в пространство между полюса­ ми магнита  19. Сила действия магнитного поля на про­ водник с током. 11. 12.    14. 15. 16.Сила Ампера  17. 18.  19. – угол между направлением тока и направлением  Основная часть  Изучение нового  материал а При подготовке темы обучающиеся  использовали интернет ресурсы: http://class­fizika.ru https://videouroki.net; https://physics.ru;   https://infourok.ru https://bilimland.kz Используются демонстрации физических  явлений. «Если электрический ток представляет собой направ­ ленное движение зарядов, то не будет ли со стороны  магнитного поля действовать такая же сила» ­ пример­ но, так рассуждал Х. Лоренц. В выражение для силы  Ампера вместо силы тока подставим определение силы  тока – отношение перенесенного заряда в проводнике  ко времени, за которое было осуществлено данное пере­ несение. Используется  приём  «Цветные  карточки» для осуществлени я обратной  связи.   Поскольку электрический ток представляет собой  упорядоченное движение заряженных частиц, то это  означает, что магнитное поле, действуя на проводник с  током, действует тем самым на каждую из этих  движущихся заряженных частиц. Таким образом, силу  Ампера,  рассматривать как результат сложения сил,  действующих на отдельные движущиеся заряженные  частицы. Силу, с которой магнитное поле действует на  заряженную частицу, движущуюся в этом поле,  называют силой Лоренца в честь выдающегося  голландского физика Хендрика Антона Лоренца (1853 —1928).  модуль которой можно           Выступать  может вся  группа или  спикер  (один  представит ель или  представит ели  группы) Вектор силы Лоренца перпендикулярен вектору скоро­ сти      Направление силы Лоренца, действующей на  заряженные частицы, как и силы Ампера, определяют  по правилу левой руки: если левую руку расположить  так, чтобы составляющая магнитной индукции,  перпендикулярная скорости упорядоченного движения  заряда, входила в ладонь,   а четыре пальца были  направлены по движению положительного заряда (против движения  отрицательного), то отогнутый на 90о в плоскости  ладони большой палец покажет направление  действующей на заряд силы Лоренца. Отметим, что сила Лоренца зависит от выбора инерциальной системы отсчёта, так как в разных  системах отсчёта скорость движения заряда может  отличаться. Если сила перпендикулярна вектору скорости, то такая  сила называется центростремительной. И тогда под её  действием – тело движется по окружности. Следова­ тельно, сила Лоренца – центростремительная сила: Из­за того, что под действием силы Лоренца заряд дви­ жется по дуге окружности, следовательно, он облада­ ет центростремительным ускорением. Центростреми­ тельное ускорение может быть рассчитано как квадрат  скорости движения, делённый на радиус окружности,  который описывает тело:    Так, согласно второму закону Ньютона сила может  быть определена как произведение массы тела на при­ обретаемое им ускорение:                  Период Т обращения частицы, движущейся по  окружности в однородном магнитном поле: Период обращения частицы не зависит от модуля скорости её движения и радиуса траектории, а  определяется только параметрами частицы (модулем её заряда и массой) и величиной магнитной индукции. Это используют в циклических ускорителях  заряженных частиц —циклотронах. На частицу, движущуюся вдоль линии индукции  магнитного поля, сила Лоренца не действует. Конспект в тетради обуающихся. Если заряженная частица движется в однородном  магнитном поле так, что направление её скорости v  образует с индукцией магнитного поля B угол альфа, то траектория движения частицы  представляет собой винтовую линию. При этом радиус  R винтовой линии зависит от модуля составляющей  скорости v поля, а шаг винтовой линии h — от модуля  составляющей скорости v||, параллельной магнитной  индукции. Таким образом, траектория заряженной  частицы как бы навивается на линии магнитной  индукции. , перпендикулярной индукции магнитного  ⊥ Подобное явление происходит в магнитном поле Земли, которое является защитой для всего живого от потоков  заряженных частиц из космического пространства.  Движущиеся с огромными скоростями заряженные  частицы из космоса «захватываются» магнитным полем  Земли и образуют так называемые радиационные пояса,  в которых частицы перемещаются по винтообразным  траекториям между северным и южным магнитными  полюсами туда и обратно за время порядка долей  секунды.  Лишь в полярных областях некоторая часть частиц  вторгается в верхние слои атмосферы, вызывая  полярные сияния. Поскольку сила Лоренца направлена под углом 90° к  скорости движения заряженной частицы в каждой точке траектории, то работа этой силы при движении  заряженной частицы в магнитном поле равна нулю.  Поэтому кинетическая энергия частицы, движущейся в  стационарном (не изменяющемся во времени)  магнитном поле, не изменяется, т. е. стационарное  магнитное поле нельзя использовать для ускорения  заряженных частиц. Увеличение кинетической энергии  частицы, т. е. её ускорение, возможно под действием  электрического поля (в этом случае изменение  кинетической энергии частицы равно работе сил поля).  Поэтому в современных ускорителях заряженных  частиц электрическое поле используют для ускорения,  а магнитное—для «формирования» траектории  движения заряженных частиц. 1.Силу, с которой магнитное поле действует на заряд,  движущийся в этом поле, называют силой Лоренца.  Модуль силы Лоренца определяют по формуле  Обратная  связь  словесным  поощрением. Первичне закрепле ние 1. Как определить модуль силы,  действующей со стороны магнитного поля  на движущуюся в нём заряженную частицу? 2. Как определяют направление силы  Лоренца? 3. Заряженная частица движется в  однородном магнитном поле со скоростью,  направленной перпендикулярно линиям  индукции. По какой траектории движется  частица? 4. Почему сила Лоренца изменяет  направление скорости движения частицы,  но не влияет на её модуль? 5. От чего зависит период обращения  заряженной частицы в однородном  магнитном поле? Физмину тка Физминутка  2. Направление силы Лоренца определяют по правилу  левой руки: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции, перпендикулярная скорости  движения заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению  положительного заряда (против движения  отрицательного), то отогнутый на 90о в плоскости  ладони большой палец покажет направление  действующей на заряд силы Лоренца. 3. Если в данной инерциальной системе отсчёта  скорость движения заряженной частицы  перпендикулярна индукции магнитного поля, то  траекторией движения частицы в однородном  магнитном поле является окружность. 4. Работа силы Лоренца при движении заряженной  частицы в не изменяющемся во времени магнитном поле равна нулю. Поэтому модуль вектора скорости при  движении частицы не изменяется. 5. Период обращения частицы не зависит от скорости её движения и радиуса траектории, а определяется только  модулем её заряда и массой и значением магнитной  индукции. Выполняют физминутку Закрепле ние н/м Выполнение заданий по методу «Думай,  решай, делись» По   методу   «Думай,   решай,   делись»  решают самостоятельно задачи, обсуждают в группе, делятся с одноклассниками путями решения.  1.Электрон движется в вакууме со скоростью  Приём  «Цветные  карточки» Проводит  физминутк у  желающий  обуч. Студенты,  которые  подняли  зеленую Критерии оценивания:  применить формулу силы Лоренца. Дескрипторы: Проанализировать условие задачи  Перевести данные физических величин в  СИ Записать и преобразовать формулу для  нахождения неизвестной величины Подставить числовые значения и провести  расчеты. Записать ответ. З­всё понятно Ж­Есть  вопросы К­ Не понятно ФО)  Самооцениван ие по листу  самооценки. Активным  группам  выдаются  «Веселые  заряды» 3 • 106 м/с в однородном магнитном поле с магнитной  индукцией 0,1 Тл. Чему равна сила, действующая на  электрон, если угол между направлениями скорости  электрона и линиями магнитной индукции равен 90°? Ответ: 4,.8∙10–14 Н; 8∙ 10–15 Н 2. Сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля, равна 4 Н. Через поперечное сечение  проводника проходит 20 заряженных частиц. Найдите  силу Лоренца. Ответ: 0,2 Н 3.В направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции, влетает в магнитное поле электрон со  скоростью  10 Мм/с  Найдите индукцию поля, если электрон описал в поле  окружность радиусом 1 см. Ответ:0,005 Тл 4.Протон в магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найдите скорость  протона. Ответ: 10 000 м /с карточку  по всем  заданиям,  приходят  на помощь  тем, кто  поднял  карточки  желтого и  красного  цвета. Диалог,  если  некоторым  студентам  потребуетс я  подробная  и  конкретная помощь в  ходе  выполнения задания. 5.Электрон движется в однородном магнитном поле с  индукцией  4 мТл. Найдите период обращения  электрона. Ответ: 9∙10–9 с Подсчитай свои баллы и оцени свою работу! 5 б– «5»; 4 б.­ «4»; 3­ б. – «3»; менее 3 баллов – не  отчаивайся, надо еще все повторить! Оценка__________________ Записывают домашнее задание  Инструкция по выполнению домашнего задания. Приём  «Цветные  карточки» Студент,  один из  наиболее  мотивирова нных (по  желанию)  делает  общий  вывод по  достижени ю цели  занятия. Итоги Конец  занятия Домашне е задание Изучить параграф Ответить на вопросы к параграфу (устно) Решить задачи: №№ 1­3 1. Пылинка с зарядом q =1,6 нКл и массой  m=0,80 мг движется в однородном  магнитном поле, модуль индукции  которого В =1 Тл, перпендикулярно  линиям индукции. Определите период  обращения пылинки. 2. Электрон движется в однородном  магнитном поле по окружности радиусом  R=12 см со скоростью, модуль которой  значительно меньше модуля скорости  света. Определите модуль импульса  электрона, если модуль индукции магнитного поля В =0,02 Тл. Ответ: р =3,8∙10–22  кг* м/ с 3. Электрон, ускоренный из состояния  покоя в электростатическом поле  разностью потенциалов U=270 В, движется  параллельно тонкому длинному прямолинейному проводнику,  находящемуся в вакууме, на расстоянии  r =5 мм от него. Определите модуль силы,  которая начнёт действовать на электрон, если по проводнику пустить  электрический ток силой I =10 А, а также радиус кривизны его траектории в  начале искривлённого участка. Масса электрона mе =9,1∙10–31 кг. Ответ: FЛ =6,2∙10–16 Н, R =0,14 м. Рефлексия учителя по проведенному уроку Рефлексия. Приём «Телеграмма»: обучающимся предлагаю кратко написать самое   важное,   что   уяснил   на   уроке   с   пожеланиями   соседу   по   парте   и   отправить (обменяться).