Презентация по физике на тему «Лекция №1. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Вектор индукции магнитного поля» (11 класс)

Физика. Глава 1: Электродинамика. §1. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Вектор индукции магнитного поля. Действие магнитного поля на проводник с током и движущуюся заряженную частицу. Сила Ампера. Сила Лоренца. Ахмеров Надил Вильданович, преподаватель физики и математики

Требования. 1 Цели и задачи. Цель: формирование представлений о магнитном поле как виде материи и понимания значения магнитных явлений в науке и технике. Задачи:  - рассмотреть действие магнитного поля на проводник с током и на движущиеся заряженные частицы; - научить применять правило левой руки для определения направления силы Ампера; - показать примеры проявления действия магнитных полей на электрические заряды; - развивать познавательный интерес к физике.

Введение. 2 ФИЗИКА Механика Тепловые явления Молекулярная физика Электродинамика Электромагнитные колебания и волны Оптика Атомная физика Электродинамика. Квантовая физика Релятивистская физика

Введение. 3 Электродинамика. Определение №1-1: Электродинамика - раздел физики, в котором изучают электромагнитное (ЭМ) взаимодействие между электрически заряженными телами и частицами. Электродинамика Электростатика Электрический ток (постоянный и переменный), электрическое поле Магнетизм и магнитное поле Электромагнитная индукция Магнитные свойства вещества Электрический ток в средах

Магнитное поле. 4 Магнитное поле. Определение №1-2: Магнитное поле – вид материи, аналогичный электрическому полю. Магнитное поле создается магнитами и токами и действует на магниты и токи. Наверняка вы сталкивались с магнитами: На магниты крепят картинки к холодильнику Наконечник отвертки часто делают магнитным Из магнитов делают компас. Магниты притягивают металлические предметы, а также взаимодействуют друг с другом. Это постоянные магниты. Они проявляют магнитные свойства без каких-либо затрат энергии. Существуют также электромагниты. Они представляют собой спираль из проводника и проявляют магнитные свойства только при включении тока. Оба типа магнитов – это проявления магнитного поля.

Магнитное поле. 5 Магнитное поле. Определение №1-3: Постоянное (или стационарное) магнитное поле - это магнитное поле, неизменяющееся во времени. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами. 2. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током. 3. Магнитное поле вихревое, т.е. не имеет источника.

Магнитное поле. 6 Магнитное поле. Определение №1-4: Магнитное поле характеризуется величиной, называемой магнитной индукцией. Магнитная индукция характеризует силу и направление магнитное поля. Обозначается: В СИ: Тл Направление магнитного поля:

Магнитное поле. 7 Магнитное поле. Определение №1-5: Линия магнитной индукции –это линия, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней.

Магнитное поле. 8 Магнитное поле.

Магнитное поле. 9 Магнитное поле. Определение №1-6: Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока. В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему (рис. верхний). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.   Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток (рис. нижний). Направление линий определяется правилом правого винта:

Магнитное поле. 10 Магнитное поле. Определение №1-7: Правило буравчика (правило винта): Направление силовых линий определяется правилом буравчика: если крутить воображаемый винт в направлении силовых линий магнитного поля, то он будет закручиваться в направлении тока.

Сила Ампера. 11 Сила Ампера. Проводник с током является источником магнитного поля. А если в магнитное поле поместить сам проводник с током? То возникнет взаимодействие магнитной природы. Определение №1-8: Если проводник с током поместить во внешнее магнитное поле, то оно будет воздействовать на проводник с силой Ампера.

Сила Ампера. 12 Сила Ампера. Формула №1.1:

Сила Ампера. 13 Сила Ампера. Определение №1-9: Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

Сила Ампера. * Вопрос: зачем нужна сила Ампера? Ответ: 1. электрокары, трамваи, электропоезда и другой электротранспорт испытывают вращение колес благодаря валу, который вращается под действием силы Ампера Сила Ампера.

Магнитное поле. * Вопрос: зачем нужна сила Ампера? Ответ: 2. Подобным же образом работают электрические замки (дверей лифтов, ворот и т. д.), словом — любые механизмы, где электромагнитное действие приводит к механическому движению. Помимо этого сила Ампера используется в динамиках и громкоговорителях: Сила Ампера.

Сила Ампера. 14 Сила Ампера. Задача №1: определить направление силы Ампера в 6 примерах:

Сила Ампера. 14* Сила Ампера. Задача №2: определить направление силы Ампера в 6 примерах с постоянными электромагнитами:

Сила Ампера. 15 Сила Ампера. Задача №3: определить направление силы Ампера в 6 примерах:

Сила Ампера. 16 Сила Ампера. Задача №4: Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45 градусов к вектору магнитной индукции.  Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

Сила Ампера. 17 Сила Ампера. Задача №4: Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45 градусов к вектору магнитной индукции.  Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

Сила Ампера. 18 Сила Ампера. Задача №5: Проводник с током 5 А находится в магнитном поле с индукцией 10 Тл.  Определить длину проводника, если магнитное поле действует на него с силой 20Н и перпендикулярно проводнику.

Сила Ампера. 19 Сила Ампера. Задача №5: Проводник с током 5 А находится в магнитном поле с индукцией 10 Тл.  Определить длину проводника, если магнитное поле действует на него с силой 20Н и перпендикулярно проводнику.

Сила Ампера. 20 Сила Ампера. Задача №6 (самостоятельно): Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны  магнитного поля действует сила 0,48 Н. Задача №7 (самостоятельно): Проводник длиной 20см с силой тока 50 А находится в однородном магнитном поле с индукцией 40 мТл. Какую работу совершит источник тока, если проводник переместится на 10 см перпендикулярно вектору магнитной индукции (вектор магнитной индукции перпендикулярен направлению тока в проводнике). Задача №8 (самостоятельно): Проводник длиной 0,15 м перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного магнитного поля, модуль которого В=0,4 Тл. Сила тока в проводнике 8 А.  Найдите работу, которая была совершена при перемещении проводника на 0,025 м по направлению действия силы Ампера. 

Сила Лоренца. 21 Сила Лоренца. Определение №1-10: Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Сила Лоренца. 22 Сила Лоренца. Определение №1-10 - вывод формулы силы Лоренца:

Сила Лоренца. 23 Сила Лоренца. Определение №1-11: правило левой руки: Направление этой силы можно определить с помощью правила левой руки:  1. Приложить левую руку так, чтобы скорость была направленна вдоль четырех пальцев.  2. Повернуть руку так, чтобы магнитное поле входило в ладонь.  3. Оттопыренный под прямым углом большой палец укажет направление силы.

Сила Лоренца. 24 Сила Лоренца. Определение №1-12: правило левой руки для двух случаев:

Сила Лоренца. 25 Сила Лоренца. Определение №1-13: другой метод:

Сила Лоренца. 26 Сила Лоренца. Пример направления силы Лоренца для «+» и для «-» зарядов:

Сила Лоренца. 27 Сила Лоренца. Задача №10 на определение силы Лоренца:

Сила Лоренца. 28 Сила Лоренца. Существует 2 случая движения электрона под действием магнитного поля: круговая орбита винтовая орбита

Магнитное поле. 29 1. При альфа = 90 градусов возникает круговое движение заряженной частицы: Сила Лоренца.

Магнитное поле. 30 1. При альфа = 90 градусов возникает круговое движение заряженной частицы: Сила Лоренца.

Магнитное поле. 31 2. При альфа, отличной от 90 градусов возникает винтовое движение заряженной частицы: Сила Лоренца.

Магнитное поле. 32 2. При альфа, отличной от 90 градусов возникает винтовое движение заряженной частицы: Сила Лоренца.

Магнитное поле. 33 Магнитное поле. Применение действие магнитного поля нашло в приборах, позволяющих разделять заряженные частицы по их удельным зарядам, т.е. по отношению заряда частицы к её массе, и по полученным результатам точно определять массы частиц. Такие приборы получили название масс-спектрографов. На рисунке 27 изображена принципиальная схема простейшего масс-спектрографа. Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле (вектор индукции В перпендикулярен рисунку). Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории r. По этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легко вычислить его массу. Изучить химический состав грунта, взятого на Луне, например, поможет тот же масс-спектрограф. Применение №1: масс-спектрограф

Магнитное поле. 34 Магнитное поле. Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода в виде полых металлических полуцилиндров (дуантов). К дуантам приложено переменное электрическое напряжение, частота которого равна циклотронной частоте. Заряженные частицы инжектируются в центре вакуумной камеры. Частицы ускоряются электрическим полем в промежутке между дуантами. Внутри дуантов частицы движутся под действием силы Лоренца по полуокружностям, радиус которых растет по мере увеличения энергии частиц. Каждый раз, когда частица пролетает через зазор между дуантами, она ускоряется электрическим полем. Таким образом, в циклотроне, как и во всех других ускорителях, заряженная частица ускоряется электрическим полем, а удерживается на траектории магнитным полем. Циклотроны позволяют ускорять протоны до энергии порядка 20 МэВ. Применение №2: циклотрон – ускоритель заряженных частиц

Магнитное поле. 35 Магнитное поле. Магнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. Термин “магнетрон” был предложен А. Халлом (A. Hull), который в 1921 году, впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора в статическом режиме и предложил ряд конструкций магнетрона. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в 1924 чехословацкий физик А. Жачек. В 1940 британские физики Джон Рэндалл (John Randall) и Гарри Бут (Harry Boot) изобрели резонансный магнетрон. Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты. Кроме того, компактный размер магнетрона привел к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры, что позволило устанавливать ее на самолетах. Начиная с 1960-х годов, магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования. Применение №3: магнетрон

Магнитное поле. 36 Магнитное поле. Где можно увидеть винтовую линию при альфа не равной 90 градусов в реальной жизни? В полярных областях некоторая часть частиц вторгается в верхние слои атмосферы, вызывая полярные сияния. Радиационные пояса Земли простираются от расстояний порядка 500 км до десятков земных радиусов. Магнитное поле Земли является защитой для всего живого от потоков заряженных частиц из космического пространства.

Магнитное поле. 37 Магнитное поле. Где можно увидеть винтовую линию в реальной жизни?