Урок физики в 11 классе: «Сила Ампера и сила Лоренца»

Тема урока: «Сила Ампера и сила Лоренца».

Цель урока: выяснить, что собой сила Ампера и сила Лоренца, рассмотреть правила нахождения направления этих сил; применить на практике силы магнитного поля в проводнике с током.

Ход урока:

1. Оргмомент

2. Анализ с/р №10, выставление оценок.

III. Изучение нового материала (лекция):

Сила измеряется с помощью специальных весов, связанных с проводником двумя стерженьками. Она направлена горизонтально перпендикулярно проводнику и линиям магнитной

индукции. Увеличивая силу тока в 2 раза, можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличивается в 2 раза. Прибавив еще один магнит, мы в 2 раза увеличим размеры области, где существует магнитное поле, и тем самым в 2 раза увеличим длину части проводника, на которую действует магнитное поле.

Сила при этом также увеличивается в 2 раза. И наконец, сила Ампера зависит от угла, образованного вектором В с проводником. В этом можно убедиться, меняя наклон подставки, на которой находятся магниты, так, чтобы изменялся угол между проводником и линиями магнитной индукции. Сила достигает максимального значения F_m, когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику.

Итак, максимальная сила, действующая на участок проводника длиной Dl, по которому идет ток, прямо пропорциональна произведению силы тока на длину участка Dl: F_m ~IВl.

Этот опытный факт можно использовать для определения модуля вектора магнитной индукции. Поскольку F_m ~IВl , то отношение F_m /(Il) не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника. Именно поэтому это отношение можно принять за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен участок проводника.

Модулем вектора магнитной индукции назовем отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка: В=F_m /(Il).

Магнитное поле полностью характеризуется вектором магнитной индукции В. В каждой точке магнитного поля могут быть определены направление вектора магнитной индукции и его модуль с помощью измерения силы, действующей на участок проводника с током. Закон определяющий силу, действующую на отдельный участок проводника (элемент тока), был экспериментально определен в 1820 г. А. Ампером.

Пусть вектор магнитной индукции В составляет угол a (рис. 137) с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). (За направление элемента тока принимают направление, в котором по проводнику течет ток.) Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. Поэтому модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора В, перпендикулярной проводнику, т.е. от B =B*sin a, и не зависит от составляющей В , направленной вдоль проводника.

Максимальная сила Ампера равна: F_m =IВl. Ей соответствует a=90°. При произвольном значении угла a сила пропорциональна не В, а составляющей B =B*sin a. Поэтому выражение для модуля силы F, действующей на малый отрезок проводника Dl, по которому течет ток I, со стороны магнитного поля с индукцией В, составляющей с элементом тока угол a имеет вид F=B|I|l sin a. Это выражение называют законом Ампера. Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.

Направление силы Ампера. В рассмотренном выше опыте вектор F перпендикулярен элементу тока и вектору В. Его направление определяется правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы, перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции S входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника. (см. рис. 138).

За единицу магнитной индукции принимается магнитная индукция поля, в котором на рамку площадью 1 м² при силе тока 1 А действует со стороны магнитного поля максимальный момент сил. М = 1Н·1м. Эта единица называется тесла (обозначается Тл) в честь югославского ученого-электротехника Н. Тесла. При изображении магнитных полей линиями индукции густота этих линий больше в тех местах, где больше модуль вектора магнитной индукции.

3. Закрепление: выполнение л/р №2 по тексту из учебника: работа в группах.

4. Итоги урока

5. Д/з: выучить правило левой руки.