Lorentzova sila. Reševanje nalog in vaj po modelu

Nizozemski fizik H. A. Lorenz konec 19. stoletja. ugotovil, da je sila, s katero deluje magnetno polje na premikajoči se naelektreni delec, vedno pravokotna na smer gibanja delca in silnice magnetnega polja, v katerem se ta delec giblje. Smer Lorentzove sile lahko določimo s pravilom leve roke. Če postavite dlan leve roke tako, da štirje iztegnjeni prsti kažejo smer gibanja naboja, vektor magnetnega indukcijskega polja pa vstopa v iztegnjen palec, bo to kazalo smer Lorentzove sile, ki deluje na pozitivno napolniti.

Če je naboj delca negativen, bo Lorentzova sila usmerjena v nasprotno smer.

Modul Lorentzove sile je enostavno določiti iz Amperovega zakona in je:

F = | q| vB greh?,

Kje q- naboj delcev, v- hitrost njegovega gibanja, ? - kot med vektorji hitrosti in indukcijo magnetnega polja.

Če poleg magnetnega polja obstaja še električno polje, ki na naboj deluje s silo , potem je skupna sila, ki deluje na naboj, enaka:

.

Pogosto se ta sila imenuje Lorentzova sila, sila, izražena s formulo ( F = | q| vB greh?) se imenujejo magnetni del Lorentzove sile.

Ker je Lorentzova sila pravokotna na smer gibanja delca, ne more spreminjati svoje hitrosti (ne opravlja dela), ampak lahko le spremeni smer svojega gibanja, torej ukrivi trajektorijo.

Takšno ukrivljenost poti elektronov v televizijski slikovni cevi je enostavno opaziti, če na njen zaslon prinesete trajni magnet - slika bo popačena.

Gibanje nabitega delca v enakomernem magnetnem polju. Naj nabit delec prileti s hitrostjo v v enakomerno magnetno polje, pravokotno na napetostne črte.

Sila, s katero deluje magnetno polje na delec, bo povzročila, da se bo enakomerno vrtel v krogu polmera r, ki ga je enostavno najti z uporabo drugega Newtonovega zakona, izraza za namensko pospeševanje in formule ( F = | q| vB greh?):

.

Od tu naprej

.

Kje m- masa delcev.

Uporaba Lorentzove sile.

Delovanje magnetnega polja na gibljive naboje se uporablja na primer v masni spektrografi, ki omogočajo ločevanje nabitih delcev po njihovih specifičnih nabojih, to je po razmerju med nabojem delca in njegovo maso, in iz dobljenih rezultatov natančno določanje mas delcev.

Vakuumska komora naprave je postavljena v polje (vektor indukcije je pravokoten na sliko). Nabiti delci (elektroni ali ioni), pospešeni z električnim poljem, ki opišejo lok, padejo na fotografsko ploščo, kjer pustijo sled, ki omogoča zelo natančno merjenje polmera trajektorije. r. Ta polmer določa specifični naboj iona. Če poznate naboj iona, lahko enostavno izračunate njegovo maso.

OPREDELITEV

Lorentzova sila– sila, ki deluje na točkasto nabit delec, ki se giblje v magnetnem polju.

Enak je produktu naboja, modula hitrosti delca, modula vektorja indukcije magnetnega polja in sinusa kota med vektorjem magnetnega polja in hitrostjo delca.

Tukaj je Lorentzova sila, je naboj delca, je velikost vektorja indukcije magnetnega polja, je hitrost delca, je kot med vektorjem indukcije magnetnega polja in smerjo gibanja.

Enota za silo – N (newton).

Lorentzova sila je vektorska količina. Lorentzova sila ima največjo vrednost, ko so indukcijski vektorji in smer hitrosti delcev pravokotni ().

Smer Lorentzove sile je določena s pravilom leve roke:

Če vektor magnetne indukcije vstopi v dlan leve roke in so štirje prsti iztegnjeni v smeri trenutnega vektorja gibanja, potem palec, upognjen v stran, kaže smer Lorentzove sile.

V enakomernem magnetnem polju se bo delec gibal krožno, Lorentzova sila pa bo centripetalna sila. V tem primeru delo ne bo opravljeno.

Primeri reševanja problemov na temo "Lorentzova sila"

PRIMER 1

PRIMER 2

1. Izračunajte Lorentzovo silo, ki deluje na proton, ki se giblje s hitrostjo 106 m/s v enakomernem magnetnem polju z indukcijo 0,3 tesla pravokotno na indukcijske črte.
2. V enotnem magnetnem polju z indukcijo 0,8 T deluje sila 1,5 N na vodnik s tokom 30 A, katerega dolžina aktivnega dela je 10 cm, pod kakšnim kotom na vektor magnetne indukcije ali je vodnik nameščen?
3. Kateri od delcev elektronskega žarka
odstopati za večji kot v istem magnetnem polju - hitro ali počasi? (Zakaj?)
4. Proton, pospešen v električnem polju s potencialno razliko 1,5 105 V, leti v enakomerno magnetno polje, pravokotno na črte magnetne indukcije, in se enakomerno giblje v krogu s polmerom 0,6 m. Določite hitrost protona , velikost vektorja magnetne indukcije in sila, s katero magnetno polje deluje na proton.

Literatura: -

Internetni viri.

-

Tema št. 10 Elektromagnetna nihanja.

Reševanje nalog in vaj po modelu.

Teoretično gradivo preberite tako, da izberete enega od virov, navedenih v bibliografiji.

Poiščite formule za reševanje problemov.

K izjavi o problemu napišite "Dano".

Naloga 1. V nihajnem krogu je induktivnost tuljave 0,2 H. Amplituda toka je 40 mA. Poiščite energijo magnetnega polja tuljave in energijo električnega polja kondenzatorja v trenutku, ko je trenutna vrednost toka 2-krat manjša od amplitude. Zanemarite upor zanke.

Problem 2. Okvir s površino 400 cm 2 ima 100 obratov. Vrti se v enakomernem magnetnem polju z indukcijo 0,01 Tesla, rotacijska doba okvirja pa je 0,1 s. Zapišite odvisnost EMF od časa, ki se pojavi v okvirju, če je vrtilna os pravokotna na črte magnetne indukcije.

Naloga 3. Primarnemu navitju transformatorja se napaja napetost 220 V. Kakšno napetost lahko odstranimo iz sekundarnega navitja tega transformatorja, če je transformacijsko razmerje 10? Ali bo črpal energijo iz omrežja, če je njegovo sekundarno navitje odprto?

Literatura: - G.Ya. Myakishev B.B. Bukhovcev Fizika. Učbenik za 11. razred. – M., 2014.

Internetni viri.

- Landsberg G.S. Učbenik osnovne fizike - M. Višja šola 1975.

Yavorsky B.M. Seleznev Yu.A. Referenčni vodnik po fiziki - M.Nauka, 1984.

Reševanje nalog za izračun parametrov nihajnega kroga.

Teoretično gradivo preberite tako, da izberete enega od virov, navedenih v bibliografiji.

Poiščite formule za reševanje problemov.

K izjavi o problemu napišite "Dano".

1. Kakšna kapacitivnost je potrebna v nihajnem krogu, da ga lahko z induktivnostjo 250 mH uglasimo na zvočno frekvenco 500 Hz .

2. Poiščite induktivnost tuljave, če je amplituda napetosti 160 V, amplituda toka 10 A in frekvenca 50 Hz .

3. Kondenzator je priključen na tokokrog izmeničnega toka standardne frekvence z napetostjo 220V. Kolikšna je kapacitivnost kondenzatorja, če je tok v tokokrogu 2,5 A .

4. V eni škatli je upor, v drugi je kondenzator, v tretji je induktor. Žice so priključene na zunanje sponke. Kako lahko ugotovite, kaj je v vsakem od njih, ne da bi odprli škatle? (Dani viri enosmerne in izmenične napetosti enake velikosti in žarnica.)

Literatura: - G.Ya. Myakishev B.B. Bukhovcev Fizika. Učbenik za 11. razred. – M., 2014.

Internetni viri.

- Landsberg G.S. Učbenik osnovne fizike - M. Višja šola 1975.

Yavorsky B.M. Seleznev Yu.A. Referenčni vodnik po fiziki - M.Nauka, 1984.

Podobna vprašanja

• Za mlade šolarje je bilo dodanih skupno 200 vstopnic: 74 vstopnic za gledališče Lyalkovsky. Večinoma je del Rashtija v cirkusu, ves pa v kinu. Veliko ljudi je šlo v kino,
• prepišite besedilo in ga nadaljujte z dvema ali tremi stavki. Vroči poletni dan je. Soparen zrak je napolnjen z zatohlostjo. Modro nebo brez oblačka je prekrito z rahlo meglico.
• 1. Žoga je padla z višine 3 m, se odbila od tal in se ujela na višini 1 m. Poiščite pot in gibanje žogice. 2. Hitrost premikanja korakajočega bagra med delovanjem je 0,18 km/h. Kako daleč se bo bager premaknil v 5 minutah? 3. Razdalja med mestoma A in B je zgodnjih 250 km. Istočasno iz obeh mest drug proti drugemu zapeljeta dva avtomobila, eden s hitrostjo 60 km/h, drugi s 40 km/h. Kako hitro se bosta srečala? 4. Gibanje materialne točke opisuje enačba x=-25+5t. Poiščite začetno koordinato točke, velikost in smer hitrosti, koordinato točke po 5 s. Nariši graf odvisnosti koordinate od časa. 5. Katero od teles se ni premaknilo? Katero telo se je gibalo najpočasneje? Ali sta se telesi gibali v isto smer?
• "Glavni vzroki za nastanek podnebja" Naredite diagram.
• Namesto elipse morate vstaviti besedo: 1) Volk se domneva, da je prednik domačega psa (1) ... zelo inteligentna žival. Volkovi potujejo v krdelih in njihovo ozemlje je lahko kjer koli (2) ... 40 do 400 kvadratnih milj. Poleg tega, da z vonjem označujejo meje svojega ozemlja, oni (3)... drugi volkovi vedo, da so v bližini, po lajanju in zavijanju. 2) Trop lahko (4) ... šteje do 30 volkov, čeprav je (5) ... zaloga hrane omejena, lahko v tropu le šest ali sedem živali. Med lovom sodelujejo pri pregonu živali, blokiranju (6) ... pobegu in jo končno ujamejo. Na (7) ... način so (8) ... lovili velike živali, kot so jeleni ali losi. 3) Če so na voljo domače živali, so (9) ... volkovi z lahkim virom hrane. To seveda prinese (10) ... stik z ljudmi. Zastrupitve in odstreli so prispevali (11)... k zmanjšanju populacije volkov po vsem svetu. Rdeči volk je zdaj skoraj izumrl (12) ... divjina, medtem ko je sivi volk (13) ... svoj življenjski prostor zmanjšal na nekaj območij v Evropi, Severni Ameriki in Aziji. (14) ... poleg drugih velikih sesalcev je volk vse bolj (15) ... ogrožen zaradi človekovih dejavnosti.

• gibanje nabitega delca v enotnem magnetnem polju;
• uporaba Lorentzove sile.

Cilji lekcije

Preučite gibanje nabitega delca v enotnem magnetnem polju, vadite reševanje problemov na temo »Vpliv magnetnega polja na gibljivi naboj. Lorentzova sila."

Nova snov v tej lekciji se preučuje, medtem ko učenci sočasno delajo z računalniškim modelom. Učenci morajo dobiti odgovore na vprašanja delovnega lista z uporabo zmogljivosti tega modela.

Domača naloga: § 6, št. 849 (Zbirka problemov. 10–11 razredi. A.P. Rymkevich - Moskovska droplja, 2001).

Delovni list za lekcijo

Vzorčni odgovori
Model "Gibanje naboja v magnetnem polju"

Polno ime, razred ______________________________________________________

Primerjajte specifični naboj delca s specifičnim nabojem elektrona. Potegnite zaključek.

odgovor: dobljeni rezultat ustreza tabelirani vrednosti specifičnega naboja elektrona.

Z uporabo pravila leve roke določite predznak naboja delcev v računalniškem poskusu. Potegnite zaključek.

odgovor: analiza trajektorije delca po pravilu leve roke nam omogoča, da rečemo, da gre za negativno nabit delec. Ob upoštevanju predhodno pridobljenega rezultata o enakosti specifičnih nabojev proučevanega delca in elektrona lahko sklepamo, da je delec, predstavljen v modelu, elektron.

Izračunajte Lorentzovo silo, ki deluje na naboj.

Izračunajte pospešek, ki ga ta sila podeli temu naboju (v skladu z drugim Newtonovim zakonom).

Izračunajte polmer kroga, v katerem se delec giblje, z uporabo formule za centripetalni pospešek.