1-й семестр
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
3. Електромагнітне поле
УРОК 3/30
Тема. Сила Лоренца
Мета уроку: розглянути дія магнітного поля на рухомі заряджені частинки.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань | 4 хв. | 1. Модуль і напрямок сили Ампера. 2. Рамка зі струмом у магнітному полі. 3. Як працює двигун постійного струму. |
Демонстрації | 2 хв. | Дія магнітного поля на рухомі заряди. |
Вивчення | 27 хв. | 1. Модуль і напрямок сили Лоренца. 2. Як рухаються заряджені частинки під дією сили Лоренца. |
Закріплення вивченого матеріалу | 12 хв. | 1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Модуль і напрямок сили Лоренца
З експериментів відомо, що в разі відсутності електричного поля на заряджену частинку може діяти певна сила, якщо частинка рухається.
Силу, з якою магнітне поле діє на заряджені рухомі частинки, називають силою Лоренца 
Якщо пропустити через певну точку магнітного поля різні заряджені частинки в різних напрямках і з різними швидкостями, то можна виявити таке:
– на частинку, що рухається уздовж лінії магнітного поля, сила Лоренца не діє;
– модуль сили Лоренца буде максимальним, якщо частинка рухається перпендикулярно до лінії магнітного поля.
– максимальний модуль сили Лоренца прямо пропорційний модулям заряду частинки й швидкості її руху:
Таким чином, модуль сили Лоренцо дорівнює:
Де B – магнітна індукція поля, у якому рухається частинка; q0 – заряд частинки; 
– швидкість руху частинки; 
– кут між лінією руху частинки й лінією магнітного поля.
Напрямок сили Лоренца, що діє на позитивно заряджену частинку, визначають за допомогою правила лівої руки:
O якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, а чотири витягнутих пальці вказували напрямок швидкості позитивно зарядженої частинки, то відігнутий у площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на частинку.
На рухому негативно заряджену частинку (наприклад, електрон) сила Лоренца діє в протилежному напрямку.
2. Як рухаються заряджені частинки під дією сили Лоренца?
Розглянемо можливі випадки руху зарядженої частинки в однорідному магнітному полі.
1). Швидкість частинки напрямлена уздовж ліній магнітної індукції поля.
У цьому випадку кут між напрямком вектора швидкості 
й вектора магнітної індукції 
дорівнює нулю (або 180°). Оскільки sin = 0, те FЛ = 0. Отже, магнітне поле не діє на частинку й вона рухається рівномірно прямолінійно.
2). Швидкість частинки спрямована перпендикулярно до ліній магнітної індукції поля.
У цьому випадку кут між напрямком вектора швидкості й вектора магнітної індукції поля дорівнює 90°, тому FЛ = B|q0|, оскільки sin = 1. Відповідно до правила лівої руки в будь-якій точці траєкторії руху частинки, сила Лоренцо перпендикулярна до напрямку швидкості її руху. Отже, частинка буде рухатися рівномірно по колу.
Відповідно до другого закону Ньютона, FЛ = mацс. Тоді:
Звідси можна знайти радіус R траєкторії руху частинки й період її обертання:
Період обертання частинки не залежить від швидкості її руху й радіуса траєкторії.
3. Швидкість частинки напрямлена під деяким кутом до ліній магнітної індукції поля.
У цьому випадку швидкість частинки можна розкласти на дві складові: 1 напрямлена уздовж магнітних ліній поля, і її поле не змінює; ±, перпендикулярна до ліній поля, і сила Лоренцо змінює її напрямок, спричиняючи рух частинки по колу.
Таким чином, траєкторія руху частинки – спіраль, крок h (відстань між сусідніми витками) якої визначається складовою Ll: h = LlT, а радіус R витка спирали – складовою ± : R = m±/Bq.
Роботу циклотронів – прискорювачів заряджених частинок – визначає той факт, що період обертання частинки в однорідному магнітному полі не залежить від швидкості й радіуса траєкторії.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Перший рівень
1. Як повинен рухатися електрон в однорідному магнітному полі, щоб на нього не діяла сила Лоренца?
2. Як рухається заряджена частинка в однорідному магнітному полі, якщо початкова швидкість частинки перпендикулярна до ліній магнітної індукції?
3. Від чого залежить напрямок сили Лоренца?
Другий рівень
1. Як зміниться модуль сили Лоренца, якщо: а) збільшити швидкість руху частинки вдвічі; б) змінити кут між напрямком руху й напрямком магнітних ліній від 90 до 30°?
2. Електрон рухається в однорідному магнітному полі. Чому дорівнює робота сили, що діє на електрон?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. Чому дві однойменно заряджені нерухомі частинки завжди відштовхуються, а ті, що рухаються, можуть як відштовхуватися, так і притягатися?
2. Які із частинок електронного променя відхиляються на більший кут тим самим магнітним полем: більш швидкі чи повільні?
3. Яка різниця у відхиленні тим самим магнітним полем струмів в іонізованому газі: а) позитивних і негативних іонів; б) заряджених однократно, двократно й більше?
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Яка сила діє на електрон, що рухається зі швидкістю 60 000 км/с в однорідному магнітному полі з індукцією 0,15 Тл? Електрон рухається перпендикулярно до ліній магнітної індукції поля.
2. Визначте: напрямок руху частинки (рис. 1); знак заряду частинки (рис. 2); напрямок магнітного поля, у якому рухається частинка (рис. 3).
3. На рисунках схематично зображені різні випадки взаємодії зарядженої рухомої частинки і магнітного поля. Сформулюйте завдання в кожному випадку й розв’яжіть її.
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
– Силу, з якою магнітне поле діє на заряджені рухомі частинки, називають силою Лоренца Л.
– Правило лівої руки: якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, а чотири витягнутих пальці вказували напрямок швидкості позитивно зарядженої частинки, то відігнутий у площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на частинку.
– Якщо початкова швидкість руху частинки напрямлена паралельно до ліній магнітної індукції поля, то частинка буде рухатися рівномірно прямолінійно; якщо перпендикулярно до цих ліній – рівномірно по колу радіусом 
якщо під кутом – то рівномірно по спіралі.
Домашнє завдання
1. Підр-1: § 20; підр-2: § 10 (п. 2).
2. Зб.:
Рів1 № 7.2; 7.3; 7.16; 7.17.
Рів2 № 7.18; 7.20; 7.21; 7.28.
Рів3 № 7.54, 7.55; 7.56;7.57.
(2 votes, average: 3,50 out of 5)