Цели и задачи урока: выделить и изучить новое физическое явление — действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу; сформировать умения решать задачи на использование формулы силы Лоренца.
I. АКТУАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ.
В начале урока необходима актуализация знаний о силе Ампера.
Двое учащихся выполняют тестовое задание у доски.
В это время с классом организуется фронтальный onрос:
- Какое физическое явление описывается силой Ампера?
- От чего зависит действие магнитного поля на ток?
- Что такое элемент тока?
- Как формулируется закон Ампера?
- Можно ли утверждать, что сила прямо пропорциональна вектору магнитной индукции?
- В каких случаях приведенная формула несправедлива? (Ответ. Магнитное поле неоднородно, проводник длинный и непрямолинейный, ток непостоянный.)
II. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА.
- Учитель ставит учебную проблему: определить силу, действующую со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Идея получения формулы силы Лоренца такова: нам известен закон Ампера, но электрический ток — это движущиеся заряженные частицы, отсюда сила Лоренца — это сила Ампера, действующая на ток, образованный движением одной заряженной частицы.
- Задание: с помощью учебника получить формулу для силы Лоренца.
- Коллективно выполняется анализ полученной формулы: а) как направлена сила Лоренца (см. рис. 24 учебника); б) меняет ли она скорость заряженной частицы (см. рис. 25 учебника); в) при каком движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца максимальна.
- Учитель демонстрирует действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы: к электронно-лучевой трубке (или экрану осциллографа при выключенной развертке) подносят магнит, наблюдают отклонение луча.
- Вопросы для организации беседы: что представляет собой электрический луч? Каково направление движения положительного заряда? Как расположено внешнее магнитное поле? Предположите, как будет отклоняться на экране след электронного луча.
- Применение закона (выражения для силы) Лоренца. При этом используется рисунок 27 учебника и таблица масс-спектрографа.
III. Отработка изученного материала продолжается при решении задач. Типичная задача подробно, с использованием беседы, решается на доске и в тетрадях.
Задача (С, № 1098). Электрон движется в вакууме в однородном магнитном поле с индукцией 5 • 10 Тл. Скорость электрона равна 10 км/с и направлена перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, и радиус окружности, по которой он движется.
Анализ физического явления. В задаче рассматриваются два физических объекта — электрон и однородное магнитное поле. Поле не меняется, электрон движется. Кроме магнитного поля, на электрон действует еще Земля, но этим действием мы пренебрегаем. (Как это доказать?)
Далее выполняют рисунок и с его помощью уточняют представление о характере движения электрона. Это равноускоренное движение по окружности. Роль центростремительной силы играет сила Лоренца. При выполнении рисунка отмечается, что электрон моделируется материальной точкой.
Идея решения заключается в использовании формулы для силы Лоренца и описании движения по окружности вторым законом Ньютона.
Решение. Для угла 90° сила Лоренца вычисляется так:
Fл= eBv = 1,6 × 10 -19 Кл × 5 × 10 -3 Тл × 1,0 × 107 м/с = 8 • 10-15 Н.
Для нашего движения — движения материальной точки по окружности — записываем основное уравнение динамики:
Анализ решения. Изменится ли решение, если принять, что линии вектора магнитной индукции направлены к нам? Как будет двигаться электрон в этом случае? Точные или приближенные значения силы и радиуса получены при решении задачи? (Ответ. Приближенные.) Почему?
IV. Домашнее задание: § 6, С, № 1097.
Смотрите также уроки физики нового типа, традиционные уроки физики в 9 классе, 10 классе и 11 классе, проблемное обучение.