Lorenca spēks. Problēmu risināšana un vingrinājumi pēc modeļa

Holandiešu fiziķis H. A. Lorents 19. gadsimta beigās. konstatēja, ka spēks, kas no magnētiskā lauka iedarbojas uz kustīgu lādētu daļiņu, vienmēr ir perpendikulārs daļiņas kustības virzienam un magnētiskā lauka spēka līnijām, kurās šī daļiņa pārvietojas. Lorenca spēka virzienu var noteikt, izmantojot kreisās rokas likumu. Ja jūs novietojat kreiso plaukstu tā, lai četri izstiepti pirksti norādītu lādiņa kustības virzienu, un lauka magnētiskās indukcijas vektors nonāk iestatītajā īkšķī, tas norādīs Lorenca spēka virzienu, kas iedarbojas uz pozitīvo lādiņu.

Ja daļiņu lādiņš ir negatīvs, tad Lorenca spēks tiks virzīts pretējā virzienā.

Lorenca spēka moduli var viegli noteikt pēc Amperes likuma un tas ir:

F = | q| vB grēks?,

kur q - daļiņu lādiņš, v - tā kustības ātrums, ? - leņķis starp magnētiskā poli ātruma un indukcijas vektoriem.

Ja papildus magnētiskajam laukam ir arī elektriskais lauks, kas iedarbojas uz lādiņu ar spēku , tad kopējais spēks, kas iedarbojas uz lādiņu, ir:

Šo spēku bieži sauc par Lorenca spēku, un spēku, kas izteikts ar formulu ( F = | q| vB grēks?) tiek saukti lorenca spēka magnētiskā daļa.

Tā kā Lorenca spēks ir perpendikulārs daļiņas kustības virzienam, tas nevar mainīt ātrumu (tas neveic darbu), bet var mainīt tikai tā kustības virzienu, tas ir, tas var saliekt trajektoriju.

Šādu elektronu trajektorijas izliekumu TV attēla caurulē ir viegli novērot, ja tā ekrānā ienesat pastāvīgu magnētu - attēls tiks sagrozīts.

Lādētas daļiņas kustība vienmērīgā magnētiskajā laukā. Ļaujiet uzlādētai daļiņai lidot ar ātrumu v vienmērīgā magnētiskajā laukā, kas ir perpendikulārs sprieguma līnijām.

Spēks, kas iedarbojas uz daļiņu no magnētiskā lauka puses, liks tai vienmērīgi griezties ap apli ar rādiusu r, kuru ir viegli atrast, izmantojot Ņūtona otro likumu, mērķtiecīga paātrinājuma izpausmi un formulu ( F = | q| vB grēks?):

No šejienes mēs saņemam

kur m - daļiņu masa.

Lorenca spēka pielietošana.

Magnētiskā lauka darbība uz kustīgiem lādiņiem tiek izmantota, piemēram, in masu spektrogrāfi, kas ļauj atdalīt uzlādētās daļiņas ar to specifiskajiem lādiņiem, t.i., daļiņu lādiņa un tās masas attiecību un no iegūtajiem rezultātiem, lai precīzi noteiktu daļiņu masas.

Ierīces vakuuma kamera tiek ievietota laukā (indukcijas vektors ir perpendikulārs attēlam). Elektriskā lauka paātrinātās lādētās daļiņas (elektroni vai joni) pēc loka aprakstīšanas nokrīt uz fotogrāfijas plāksnes, kur tās atstāj pēdas, kas ļauj ar lielu precizitāti izmērīt trajektorijas rādiusu. r... Šis rādiuss nosaka jona īpatnējo lādiņu. Zinot jona lādiņu, jūs varat viegli aprēķināt tā masu.

DEFINĪCIJA

Lorenca spēks - spēks, kas iedarbojas uz daļiņu uzlādētu daļiņu, kas pārvietojas magnētiskajā laukā.

Tas ir vienāds ar lādiņa, daļiņas ātruma moduļa, magnētiskā lauka indukcijas vektora moduļa un leņķa sinusa starp magnētiskā lauka vektoru un daļiņas ātruma reizinājumu.

Šeit ir Lorenca spēks, ir daļiņu lādiņš, ir magnētiskā lauka indukcijas vektora modulis, ir daļiņu ātrums, ir leņķis starp magnētiskā lauka indukcijas vektoru un kustības virzienu.

Spēka vienība - N (ņūtons).

Lorenca spēks ir vektoru lielums. Lorenca spēks iegūst vislielāko vērtību, ja daļiņas ātruma indukcijas un virziena vektori ir perpendikulāri ().

Lorenca spēka virzienu nosaka kreisās rokas likums:

Ja magnētiskās indukcijas vektors nonāk kreisās rokas plaukstā un četri pirksti tiek izstiepti strāvas kustības vektora virzienā, tad uz sāniem saliektais īkšķis parāda Lorenca spēka virzienu.

Vienveidīgā magnētiskajā laukā daļiņa pārvietosies pa apli, savukārt Lorenca spēks būs centrālais spēks. Darbs netiks veikts.

Piemēri problēmu risināšanai par tēmu "Lorentz Force"

1. PIEMĒRS

2. PIEMĒRS

Uzdevums

Lorenca spēka iedarbībā m masas daļiņa ar lādiņu q pārvietojas pa apli. Magnētiskais lauks ir vienmērīgs, tā stiprums ir B. Atrodiet daļiņas centripetālo paātrinājumu.

Lēmums

Atcerēsimies Lorenca spēka formulu:

Turklāt saskaņā ar Ņūtona 2 likumu:

Šajā gadījumā Lorenca spēks tiek novirzīts uz apļa centru, un tā radītais paātrinājums ir vērsts uz turieni, tas ir, tas ir centrālais ātrums. Līdzekļi:

1. Aprēķiniet Lorenca spēku, kas iedarbojas uz protonu, kurš pārvietojas ar ātrumu 106 m / s vienmērīgā magnētiskajā laukā ar indukciju 0,3 T perpendikulāri indukcijas līnijām.
2. Vienveidīgā magnētiskajā laukā ar 0,8 T indukciju 1,5 N spēks iedarbojas uz vadītāju ar strāvu 30 A, kura aktīvās daļas garums ir 10 cm. Kādā leņķī pret magnētiskās indukcijas vektoru tiek novietots vadītājs?
3. Kura no elektronu stara daļiņām
tiek novirzīti ar lielāku leņķi tajā pašā magnētiskajā laukā - ātri vai lēni? (kāpēc?)
4. Elektriskā laukā paātrināts ar potenciālu starpību 1,5 105 V, protons ieplūst vienmērīgā magnētiskajā laukā, kas ir perpendikulārs magnētiskās indukcijas līnijām, un vienmērīgi pārvietojas ap apli ar 0,6 m rādiusu. Nosakiet protona ātrumu, magnētiskās indukcijas vektora moduli un spēku, ar kuru magnētiskais lauks iedarbojas uz protonu.

Literatūra: -

Interneta resursi.

Tēmas numurs 10 Elektromagnētiskās vibrācijas.

Problēmu risināšana un vingrinājumi pēc modeļa.

Lasiet teorētisko materiālu, izmantojot vienu no bibliogrāfijā norādītajiem avotiem.

Atrodiet problēmu risināšanas formulas.

Problēmas paziņojumā ierakstiet “Ņemot vērā”.

1. uzdevums. Svārstību kontūrā spoles induktivitāte ir 0,2 H. Strāvas stipruma amplitūda 40 mA. Atrodiet spoles magnētiskā lauka enerģiju un kondensatora elektriskā lauka enerģiju brīdī, kad strāvas momentānā vērtība ir 2 reizes mazāka par amplitūdu. Novērst cilpas pretestību.

2. uzdevums. Rāmim 400 cm 2 platībā ir 100 pagriezienu. Tas griežas vienmērīgā magnētiskajā laukā ar indukciju 0,01 T, un rāmja rotācijas periods ir 0,1 s. Uzrakstiet EMF atkarību no laika, kas rodas kadrā, ja rotācijas ass ir perpendikulāra magnētiskās indukcijas līnijām.

3. uzdevums Transformatora primārajam tinumam tiek piemērots 220V spriegums. Kādu spriegumu var noņemt no šī transformatora sekundārā tinuma, ja transformācijas koeficients ir 10? Vai tas patērēs enerģiju no tīkla, ja tā sekundārā tinums ir atvērts?

Literatūra: - G. Ja. Myakiševs B.B. Buhovceva fizika. Mācību grāmata 11 kl. - M., 2014. gads.

Interneta resursi.

- Landsbergs G.S. Fizikas pamatgrāmata - M. vidusskola 1975.

Yavorskiy B.M. Seleznev Yu.A. Fizikas rokasgrāmata - M. Nauka, 1984.

Uzdevumu risināšana svārstību ķēdes parametru aprēķināšanai.

Lasiet teorētisko materiālu, izmantojot vienu no bibliogrāfijā norādītajiem avotiem.

Atrodiet problēmu risināšanas formulas.

Problēmas paziņojumā ierakstiet “Ņemot vērā”.

1. Kāda kapacitāte jāņem svārstību ķēdē, lai ar 250 mH induktivitāti to varētu noregulēt uz 500 Hz audio frekvenci .

2. Atrodiet spoles induktivitāti, ja sprieguma amplitūda ir 160 V, strāvas amplitūda ir 10 A un frekvence ir 50 Hz .

3. Kondensators ir pievienots standarta frekvences maiņstrāvas ķēdei ar spriegumu 220V. Kāda ir kondensatora jauda, \u200b\u200bja strāva ķēdē ir 2,5 A .

4. Vienā kastē ir rezistors, citā - kondensators, trešajā - induktors. Vadi ir savienoti ar ārējiem spailēm. Kā jūs varat uzzināt, kas atrodas katrā no tiem, neatverot kastes? (Ir norādīti vienāda lieluma un maiņstrāvas sprieguma avoti un spuldze.)

Literatūra: -G. Ja. Myakiševs B.B. Buhovceva fizika. Mācību grāmata 11 kl. - M., 2014. gads.

Interneta resursi.

- Landsbergs G.S. Fizikas pamatgrāmata - M. vidusskola 1975.

Yavorskiy B.M. Seleznev Yu.A. Fizikas rokasgrāmata - M. Nauka, 1984.

Līdzīgi jautājumi

Jaunajiem skolēniem viņi kopā pievienoja 200 biļetes: 74 biļetes uz Lyalkovy teātri. Tagad man ir daļa no reshti cirkā, un visi viņi atrodas kinoteātrī. Skilches ieradās kinoteātrī,
norakstiet tekstu un turpiniet to ar diviem vai trim teikumiem. Ir karsta vasaras diena, tveicīgais gaiss ir aizlikts, zilās bezmākoņu debesis klāj viegla dūmaka.
1. Bumba nokrita no 3m augstuma, atlēca no grīdas un tika noķerta 1m augstumā. Atrodiet ceļu un pārvietojiet bumbu. 2. Pastaigu ekskavatora kustības ātrums ekspluatācijas laikā ir 0,18 km / h. Cik tālu ekskavators pārvietosies pēc 5 minūtēm? 3. Attālums starp A un B pilsētām agri ir 250 km. Tajā pašā laikā divas automašīnas atstāj abas pilsētas viena pret otru, viena ar ātrumu 60 km / h, otra - ar 40 km / h. Cik ilgi viņi tiksies? 4. Materiāla punkta kustību raksturo vienādojums x \u003d -25 + 5t. 5 sekunžu laikā atrodiet punkta sākotnējo koordinātu, ātruma lielumu un virzienu, punkta koordinātu. Uzzīmējiet koordinātu pret laiku. 5. Kurš no ķermeņiem nekustējās? Kurš ķermenis pārvietojās lēnāk? Vai ķermeņi pārvietojās vienā virzienā?
"Galvenie klimata veidošanās iemesli" Izveidojiet diagrammu.
Elipses vietā jums jāievieto vārds: 1) Tiek uzskatīts, ka vilks ir mājas suņa sencis (1) ... ļoti inteliģents dzīvnieks. Vilki pārvietojas iepakojumos, un viņu teritorija var atrasties jebkur (2) ... 40 līdz 400 kvadrātjūdzes. Līdztekus ar smaržu apzīmējot savas teritorijas robežas, viņi (3) ... citi vilki zina, ka atrodas apkārt, rejot un gaudojot. 2) Barā var būt (4) ... līdz 30 vilkiem, lai gan, ja (5) ... barība ir ierobežota, iepakojumā var būt tikai seši vai septiņi dzīvnieki. Medībās viņi kopīgi vajā dzīvnieku, bloķē (6) ... aizbēg un beidzot to noķer. (7) ... veidā viņi (8) ... slazdā lielus dzīvniekus, piemēram, briežus vai aļņus. 3) Ja ir pieejami lauksaimniecības dzīvnieki, viņi (9) ... vilki ar vieglu barības avotu. Tas, protams, rada (10) ... kontaktu ar cilvēkiem. Saindēšanās un nošaušana ir veicinājusi (11) ... vilku populācijas samazināšanos visā pasaulē. Sarkanais vilks tagad ir gandrīz izmiris (12) ... savvaļā, savukārt pelēkais vilks ir (13) ... tā dzīvotne ir samazinājusies līdz dažiem apgabaliem Eiropā, Ziemeļamerikā un Āzijā. (14) ... mani citi lielie zīdītāji, vilks arvien vairāk (15) ... draud no cilvēka darbības.

lādētas daļiņas kustība vienmērīgā magnētiskajā laukā;
lorenca spēka pielietošana.

Atkarībā no materiāla plānošanas šīs tēmas izpēti var piešķirt no 1 līdz 3 nodarbībām, ieskaitot problēmu risināšanas nodarbības.

Nodarbības mērķi

Pētīt lādētas daļiņas kustību vienmērīgā magnētiskajā laukā, izstrādāt problēmu risinājumu par tēmu “Magnētiskā lauka darbība uz kustīgu lādiņu. Lorenca spēks ".

Jauns materiāls šajā stundā tiek pētīts studentu vienlaicīgā darba laikā ar datora modeli. Studentiem vajadzētu saņemt atbildes uz darblapas jautājumiem, izmantojot šī modeļa iespējas.

P / p Nr.	Nodarbības soļi	Laiks, min	Metodes un metodes
1	Laika organizēšana	2
2	Pētītā materiāla atkārtojums par tēmu "Lorenca spēks"	10	Frontāla saruna
3	Jauna materiāla izpēte, izmantojot datora modeli "Lādētas daļiņas kustība vienmērīgā magnētiskajā laukā"	30	Darbs ar darblapu un modeli
4	Mājas darbu skaidrojums	3

Mājas darbs: 6.§, Nr. 849 (Problēmu apkopojums. 10-11 pakāpes AP Rymkevičs - Maskavas Bustard, 2001).

Nodarbības darblapa

Atbilžu paraugs
Modelis "Lādiņa kustība magnētiskajā laukā"

Pilns vārds, klase __________________________________________________

1.	kādos apstākļos daļiņa pārvietojas pa apli? Atbilde: daļiņa pārvietojas pa apli, ja ātruma vektors ir perpendikulārs magnētiskās indukcijas vektoram.
2.	Ar nosacījumu, ka daļiņa pārvietojas pa apli, iestatiet daļiņas ātruma maksimālās vērtības un lauka magnētiskās indukcijas vērtību. Kāds ir apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas daļiņa? Atbilde: R \u003d 22,76 cm.
3.	2 reizes samaziniet daļiņu ātrumu. Nemainiet magnētisko lauku. Kāds ir apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas daļiņa? Atbilde: R \u003d 11,38 cm.
4.	Vēlreiz samaziniet daļiņas ātrumu 2 reizes. Nemainiet magnētisko lauku. Kāds ir apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas daļiņa? Atbilde: R \u003d 5,69 cm.
5.	Kā apļa rādiuss, pa kuru daļiņa pārvietojas, ir daļiņas ātruma vektora lielums? Atbilde: apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas daļiņa, ir tieši proporcionāls daļiņas ātruma vektora lielumam.
6.	Atkārtoti iestatiet ātruma maksimālās vērtības un lauka magnētiskās indukcijas lielumu (daļiņa pārvietojas pa apli).
7.	2 reizes samaziniet magnētiskās indukcijas vērtību. Nemainiet daļiņu ātrumu. Kāds ir apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas daļiņa? Atbilde: R \u003d 45,51 cm.
8.	Vēlreiz 2 reizes samaziniet magnētiskās indukcijas vērtību. Nemainiet daļiņu ātrumu. Kāds ir apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas daļiņa? Atbilde: R \u003d 91,03 cm.
9.	Kā apļa rādiuss, pa kuru daļiņa pārvietojas, ir lauka magnētiskās indukcijas lielums? Atbilde: apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas daļiņa, ir apgriezti proporcionāls lauka magnētiskās indukcijas lielumam.
10.	Izmantojot formulu apļa rādiusam, pa kuru magnētiskajā laukā pārvietojas uzlādēta daļiņa (mācību grāmatas 1.6. Formula), aprēķiniet daļiņas īpatnējo lādiņu (daļiņas lādiņa un tās masas attiecību).

11.

Salīdziniet daļiņas īpatnējo lādiņu ar specifisko elektrona lādiņu. Izdariet secinājumu.

Atbilde: iegūtais rezultāts atbilst elektrona īpatnējā lādiņa tabulas vērtībai.

12.

Izmantojot kreisās puses likumu, datora eksperimentā nosakiet daļiņu lādiņa pazīmi. Izdariet secinājumu.

Atbilde: daļiņas trajektorijas analīze saskaņā ar kreisās puses likumu ļauj teikt, ka tā ir negatīvi lādēta daļiņa. Ņemot vērā iepriekš iegūto pētāmās daļiņas un elektrona specifisko lādiņu vienlīdzības rezultātu, var secināt, ka modelī attēlotā daļiņa ir elektrons.

13. Šajā stāvoklī veiciet šādus eksperimentus: υ x \u003d 5 × 10 7 m / s, υ z \u003d 0 m / s, B \u003d 2 mT. 14.

Aprēķiniet Lorenca spēku, kas iedarbojas uz lādiņu.

15.

Aprēķiniet paātrinājumu, ko dotais spēks piešķir šim lādiņam (saskaņā ar Ņūtona otro likumu).

F L \u003d 1,6 ∙ 10 -14 N,

m \u003d 9,1 ∙ 10 -31 kg.

____________________

a -?

Atbilde: lādiņa paātrinājums ir 1,76 ∙ 10 16 m / s 2.

16.

Aprēķiniet apļa rādiusu, pa kuru daļiņa pārvietojas, izmantojot centripetālā paātrinājuma formulu.

υ \u003d 5 × 10 7 m / s,

a \u003d 1,76 ∙ 10 16 m / s 2.

____________________

R -?