Дидактический материал "Магнитное поле"

• " Ж и в ы е з а д а ч и "

• Дидактический материал по теме «Магнитное поле»

• B

• vx

• vx

• FЛ

• Презентация выполнена учителем физики Луганского лицея иностранных языков Кутиной Ириной Анатолиевной

• Задача 1

• Задача 2

• Задача 3

• Задача 4

• Задача 5

• Задачи для самостоятельного решения

• Выход

• Начало

Прямой проводник с током 10 А подвешен на двух пружинах. На отрезок проводника длиной 1,2 м действует однородное магнитное поле с индукцией 160 мТл. На сколько изменится длина пружин, если магнитное поле исчезнет? Жесткость пружин 40 Н/м.

• Прямой проводник с током 10 А подвешен на двух пружинах. На отрезок проводника длиной 1,2 м действует однородное магнитное поле с индукцией 160 мТл. На сколько изменится длина пружин, если магнитное поле исчезнет? Жесткость пружин 40 Н/м.

• Задача 1

• Fу

• FА

• Fу

• FТ

• B

• Выключить поле

• Включить поле

• Fу/

• Fу/

• Δx - ?
• I = 10 A
• ℓ = 1,2 м
• B = 160 мТл
• k = 40 Н/м

• 0,16 Тл

• SI

• 2FУ + FA = FT

• 2FУ/ = FT

• Условие равновесия проводника при наличии магнитного поля:

• Условие равновесия проводника в отсутствие магнитного поля:

• Откуда имеем

• FУ/ - FУ =

• FА

• 2

По закону Гука FУ = k(x – x0) FУ/ = k(x/ – x0) FУ/ - FУ = k(x/ - x) = k Δx

• По закону Гука FУ = k(x – x0) FУ/ = k(x/ – x0) FУ/ - FУ = k(x/ - x) = k Δx

• Пусть x0 – длина нерастянутой пружины, x – длина пружины при наличии магнитного поля, x/ - длина пружины в отсутствие магнитного поля. Тогда искомое Δx = x/ - x.

• FА

• 2

• = k Δx

• Сравнивая с уже полученным соотношением, получим

• FА

• 2k

• Δx =

• Сила Ампера в данном случае FА = B I ℓ , таким образом

• B I ℓ

• 2k

• Δx =

• Δx =

• 0,16 ∙ 10 ∙ 1,2

• 2 ∙ 40

• = 0,024 (м)

• Ответ: Δx = 2,4 см.

• Выбор задачи

Задача 2

• Электрон, который влетел в однородное магнитное поле под углом 60о к линиям магнитной индукции, движется по винтовой линии диаметром 10 см с периодом 60 мкс. Определите скорость электрона.

• B

• vx

• vx

• FЛ

• B

• V

• B

• B

• V

• vy

• FЛ = 0

• B

• B = α

• V

• v

• d

• h

• α

• V - ?
• α = 60o
• d = 10 см
• Т = 60 мкс

• SI

• 0,1 м
• 6∙10 -5 с

• вращательное со скоростью Vх = V sin α и поступательное со скоростью Vу = V cos α

• Период вращательного движения связан с его скоростью

• Т =

• π d

• Vх

• Откуда имеем

• Vх = V sin α =

• π d

• Т

• V =

• π d

• Т sin α

• V =

• π ∙ 0,1

• 6∙10 -5 ∙ sin 60о

• = 6043 (м/с)

• Ответ: V = 6043 м/с.

• Электрон участвует одновременно в двух движениях:

• Выбор задачи

Задача 3

• Протон влетает со скоростью 60 км/с в пространство с электрическим и магнитным полями, направления которых совпадают, перпендикулярно этим полям. Найдите напряженность электрического поля, если индукция магнитного поля равна 0,1 Тл, а начальное ускорение протона, вызванное действием этих полей, составляет 1012 м/с2.

• B

• E

• +

• V

• FК

• FЛ

• F

• aнач =

• F

• mp

• Вкл./выкл. Е

• Вкл./выкл. В

• E - ?
• V = 60 км/с
• B = 0,1 Тл aнач = 1012 м/с2
• mp = 1,67∙10 -27 кг
• qp = 1,6∙10 -19 Кл

• SI

• 6∙104 м/с

• В начальный момент времени, пока скорость протона еще не изменилась, на него действуют электрическая сила

• FК = qp E

• и магнитная сила

• FЛ = qpV B

• Поскольку FК FЛ , то их равнодействующая

• F2 = FК2 + FЛ2

• Эта равнодействующая обеспечивает начальное ускорение F = mp aнач

• Получаем ( mp aнач )2 = (qp E)2 + (qpV B)2

• откуда E =

• mp aнач 2

• qp

• ( )

• - (V B)2

• √

• 1,67∙10 -27 ∙ 1012 2

• 1,6∙10 -19

• ( )

• - (6∙104 ∙ 0,1)2

• √

• E =

• = 104202 (В/м)

• Ответ: E = 104 кВ/м.

• Выбор задачи

Задача 4

• Векторы напряженности однородного электрического поля и магнитной индукции однородного магнитного поля перпендикулярны друг другу. Напряженность электрического поля равна 0,5 кВ/м, индукция магнитного поля 1 мТл. С какой скоростью и в каком направлении должен лететь электрон, чтобы двигаться в этих полях прямолинейно?

• -

• FК

• Е

• -

• В

• FЛ

• V

• Fравнодействующая = 0

• V = const

• V - ?
• E = 0,5 кВ/м
• B = 1 мТл
• E B

• SI

• 500 В/м

• 10 -3 Тл

• Прямолинейное движение электрона в данном случае возможно, если действия электрического и магнитного полей скомпенсированы, т.е.

• Fк = - Fл

• При движении электрона вдоль прямой,

• перпендикулярной обеим полям, эти силы соответственно равны

• Fк = qe E

• Fл = qe V B

• Откуда получаем

• qe E = qe V B

• V =

• E

• B

• V =

• 500

• 10 -3

• = 5∙105 (м/с)

• Ответ: V = 5∙105 м/с

• Выбор задачи

Задача 5

• Прямой проводник весом 0,1 Н подвешен горизонтально на двух тонких проводах. Центральная часть проводника длиной 0,2 м находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл (вектор магнитной индукции направлен вертикально). На какой угол от вертикали отклонятся провода, которые поддерживают проводник, если по нему пропустить ток 2 А ?

• FТ

• 2Fу

• В

• FТ

• Fу

• Fу

• Выключить ток

• Включить ток

• I

• FТ

• FА

• Fу/

• Fу/

• α

• FТ

• FА

• 2Fу/

• α

• α - ?
• P = 0,1 Н
• ℓ = 0,2 м
• B = 0,1 Тл
• I = 2 A

• Условие равновесия при отсутствии тока в проводнике

• 2FУ = FT

• Условия равновесия при включенном токе

• 2FУ/ cos α = FT

• 2FУ/ sin α = FА

• Сила тяжести равна по модулю указанному в условии весу: FT = P

• Из условий равновесия получаем

• Сила Ампера в данном случае равна FА = B I ℓ , тогда

• sin α

• cos α

• FА

• FT

• =

• tg α =

• FА

• P

• =

• α = arctg ( )

• B I ℓ

• P

• α = arctg ( )

• 0,1 ∙ 2 ∙ 0,2

• 0,1

• = 28o

• Ответ: α = 28o

• Выбор задачи

Задачи для самостоятельного решения

• Электрон описывает в магнитном поле винтовую линию с радиусом 4 мм. Найдите шаг винтовой линии, если вектор скорости составляет угол 30о с вектором магнитной индукции.
• Горизонтальный проводник массой 10 г и длиной 10 см висит на гибких проводящих невесомых подвесах. На него действует однородное магнитное поле. Вектор магнитной индукции направлен вертикально, сила тока в проводнике 10 А. Подвесы отклонились на 30о от вертикали (сами подвесы находятся вне магнитного поля). Найдите модуль вектора магнитной индукции.
• Протон разгоняется из состояния покоя в электрическом поле с разностью потенциалов 1,5 кВ и влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям магнитной индукции. В магнитном поле он движется по дуге окружности радиусом 60 см. Определите модуль вектора магнитной индукции.

В однородное магнитное поле индукции В влетает под углом α к полю со скоростью V частица массы m с зарядом q. Найдите радиус и шаг винтовой линии, по которой движется частица.

• В однородное магнитное поле индукции В влетает под углом α к полю со скоростью V частица массы m с зарядом q. Найдите радиус и шаг винтовой линии, по которой движется частица.
• Однозарядные ионы двух изотопов аргона разгоняются в электрическом поле и потом в однородном магнитном поле разделяются на два пучка, которые движутся в вакууме по дугам окружностей с радиусами 7,63 см и 8,05 см. Найдите отношение масс ионов двух изотопов.
• На параллельные горизонтальные рельсы подано напряжение и по проводнику АВ течет ток 1 А. Под действием магнитного поля проводник движется с ускорением 2 м/с2. Найдите индукцию магнитного поля, если площадь поперечного сечения проводника равна 1 мм2, а плотность материала проводника 2500 кг/м3. Трение не учитывайте.

• B

• А

• В

• Выбор задачи