Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Лоренца. Линии магнитной индукции. Картины магнитных полей. Движение заряженных частиц в магнитном поле

Магнитное поле

Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Лоренца

План урока

  • Свойства магнитного поля
  • Вектор магнитной индукции
  • Сила Лоренца
  • Правило левой руки для определения направления действия магнитной составляющей силы Лоренца
  • Примеры решения задач

Цели урока

  • Знать определение и свойства магнитного поля
  • Уметь определять модуль вектора магнитной индукции и находить силу Лоренца
  • Уметь применять правило левой руки для решения задач

Разминка

  • Можем ли мы видеть магнитное поле?
  • Как можно обнаружить магнитное поле?
  • На какие объекты действует магнитное поле?
  • Всегда ли одинаково по величине магнитное поле?

Магнитное поле

 

На предыдущем уроке мы рассматривали взаимодействие двух проводников с токами. Что заставляет их перемещаться в пространстве (отталкиваться или притягиваться)? Согласно теории близкодействия, взаимодействия осуществляются посредством силовых полей, которые образуются вокруг проводников. Вокруг проводников с токами образуется магнитное поле, следовательно, посредством него и осуществляются взаимодействия.


Магнитное поле – это силовое поле, особый вид материи посредством которого осуществляются взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, проводниками с токами и постоянными магнитами.


Таким образом, можно выделить такие свойства магнитного поля: образуется движущимися электрическими зарядами (заряженными телами), проводниками с токами и постоянными магнитами; обнаруживается по действию на движущиеся заряды, проводники с токами и постоянные магниты (магнитную стрелку). 

 

Вектор магнитной индукции

 

Для характеристики действия магнитного поля вводится специальная векторная физическая величина –  вектор магнитной индукции. Это силовая характеристика магнитного поля. Обозначают символом B, измеряют в СИ в тесла (Тл) (в честь великого сербского физика – экспериментатора Николы Тесла (1856–1943)). За направление вектора магнитной индукции принимают направление магнитной оси помещенной в эту точку магнитной стрелки, которая ориентируется только под действием магнитных сил.

 

Для определения модуля вектора магнитной индукции B рассмотрим пробный движущийся заряд q, помещенный в магнитное поле. Со стороны поля на него будет действовать магнитная сила Fm. Опыт показывает, что эта сила будет прямо пропорциональна произведению модуля заряда на скорость частицы и синус угла между векторами B и v:

 

Fm~q·v·sinα

 

Fmax~q·v   при   sinα=1   (α=90°)

 

Одинаковое для всех частиц, пролетающих через данную точку поля, отношение Fmax к произведению q·v может служить характеристикой магнитного поля в этой точке. В СИ это отношение считают равным модулю вектора магнитной индукции.


Модуль вектора магнитной индукции B  в данной точке поля в СИ равен отношению максимального значения модуля действия силы, действующей со стороны магнитного поля на пролетающую через эту точку заряженную частицу, к произведению модуля заряда частицы и модуля ее скорости:

 

B=Fmaxq·v


Если вектор магнитной индукции одинаков по модулю и направлению во всех точках некоторой области пространства, то магнитное поле считают однородным. 

 

Для описания магнитного поля, создаваемого несколькими источниками, справедлив принцип суперпозиции.


Принцип суперпозиции магнитного поля

 

Итоговое значение вектора индукции магнитного поля, создаваемого несколькими источниками в данной точке, равен сумме вектором индукций магнитных полей, создаваемых каждым из источников в данной точке при отсутствии остальных:

 

B=B1+B2++BN


Сила Лоренца

 

Голландский физик Хендрик Лоренц (1853–1928) одним из первых исследовал и описал движение заряженных частиц под действием электрического и магнитного полей. Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу, назвали силой Лоренца. Различают электрическую и магнитную составляющие силы Лоренца.

 

Электрической составляющей силы Лоренца называют силу, с которой на частицу действует электрическое поле: Fэл=q·E, где q – заряд частицы, а E – напряженность электрического поля в данной точке.

 

Магнитной составляющей силы Лоренца называют силу, с которой на частицу действует магнитное поле. Силу Лоренца рассчитывают по формуле: Fm=q·v·B·sinα.

 

Правило левой руки для определения направления действия магнитной составляющей силы Лоренца

 

  1. Ладонь левой руки располагают так, чтобы вытянутые четыре пальца совпадали с направлением вектора скорости положительно заряженной частицы.
  2. Ладонь поворачивают, не изменяя направление вытянутых четырех пальцев так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь.
  3. Большой палец располагают так, чтобы он, оставаясь в одной плоскости с остальными пальцами, был перпендикулярен им. Большой палец показывает направление силы Лоренца.

Если частица отрицательно заряжена, то направление силы Лоренца будет противоположно направлено большому пальцу.

Рис. 1. Правило левой руки для определения направления действия магнитной составляющей силы Лоренца Рис. 1. Правило левой руки для определения направления действия магнитной составляющей силы Лоренца


Пример 1

 

Определите по рисунку направление силы Лоренца, действующую на положительно заряженную частицу движущуюся в магнитном поле.


Решение

 

Давайте выясним, как это определить.

 

1. Скорость частицы направлена согласно рисунку вертикально вниз, следовательно, четыре пальца левой руки располагаем в том же направлении (вертикально вниз).

2. Линии вектора магнитной индукции направлены слева направо, поворачиваем ладонь левой руки так, чтобы вектор B входил в ладонь.

3. Отогнутый на 90° большой палец показывает направление силы Лоренца.

Ответ: к наблюдателю относительно плоскости рисунка.


Упражнение 1

 

Определите по рисунку направление действия силы Лоренца на движущиеся заряженные частицы в магнитном поле (вправо, влево, вверх, вниз, от наблюдателя, к наблюдателю).


Пример 2

 

Определите модуль силы, действующей на электрон, движущийся в однородном магнитном поле перпендикулярно вектору индукции магнитного поля со скоростью, модуль которой v=100 км/с, модуль индукции магнитного поля 0,1 Тл.


Решение

 

1. Для нахождения модуля силы, действующей на электрон, воспользуемся формулой: Fm=q·v·B·sinα.

2. Зная значение заряда электрона (e=1,6·10-19Кл), подставим данные в формулу и проведем вычисления:

 

Fm=-1,6·10-19Кл·105м/с·0,1 Тл·sin90°=1,6·10-15Н.

 

Ответ: 1,6·10-15Н.


Упражнение 2

 

Определите модуль силы, действующей на протон, движущийся в однородном магнитном поле под углом 30° к вектору индукции магнитного поля со скоростью, модуль которой v=105 м/с, модуль индукции магнитного поля 0,2 Тл.


Контрольные вопросы

 

1. Что такое магнитное поле?

2. Чем может быть создано магнитное поле?

3. На какие тела действует магнитное поле?

4. Что такое вектор магнитной индукции?

5. Как определяется модуль вектора магнитной индукции?

6. Когда магнитное поле можно считать однородным?

7. Какую силу называют силой Лоренца?

8. По какой формуле вычисляется магнитная составляющая силы Лоренца?

9. Как определить направление действия силы со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу? 


Ответы

Упражнение 1

 

Влево

 

 

Упражнение 2

 

1,6·10-15Н


Предыдущий урок
Производство, передача и потребление электрической энергии. Трансформатор
Электромагнитные колебания и волны
Следующий урок
Магнитное поле. Магнитное взаимодействие
Магнитное поле
  • Информационное общество
  • А.А. Ахматова. Поэма «Реквием»

    Литература

  • Механические и электромагнитные волны. Механические волны. Звук

    Физика

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке