Магнитное поле. Дидактический материал

1.

Дидактический материал
по теме «Магнитное поле»
B
vx
FЛ
vx
Презентация выполнена учителем физики
Бордун Ирины Витальевны

2.

Задача 1
Начало
Задача 2
Задачи для
самостоятельного
решения
Задача 3
Задача 4
Задача 5
Выход

3.

Задача 1
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.

4.

Δx - ?
SI
I = 10 A
Fу
ℓ = 1,2 м
Fу
FА
B = 160 мТл 0,16 Тл
B
k = 40 Н/м
Выключить поле
FТ
Условие равновесия проводника при наличии магнитного поля:
2FУ + FA = FT
Условие равновесия проводника в отсутствие магнитного поля:
2FУ/ = FT
Откуда имеем
FУ/
FА
- FУ =
2

5.

Пусть x0 – длина нерастянутой пружины, x – длина пружины при
наличии магнитного поля, x/ - длина пружины в отсутствие
магнитного поля. Тогда искомое Δx = x/ - x.
По закону Гука
FУ = k(x – x0)
FУ/ = k(x/ – x0)
FУ/ - FУ = k(x/ - x) = k Δx
Сравнивая с уже полученным соотношением, получим
FА
= k Δx
2
FА
Δx =
2k
Сила Ампера в данном случае FА = B I ℓ , таким образом
BIℓ
Δx =
2k
0,16 ∙ 10 ∙ 1,2
Δx =
= 0,024 (м)
2 ∙ 40
Ответ: Δx = 2,4 см.
Выбор задачи

6. 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.

7.

B
B
B
h
v
vx
α
vy
FЛ
vx
d
FЛ = 0
V
B
V
B=α
V
B

8.

V-?
Электрон участвует одновременно в
двух движениях:
SI
α = 60o
вращательное со скоростью
Vх = V sin α
и поступательное со скоростью
Vу = V cos α
d = 10 см 0,1 м
Т = 60 мкс 6∙10 -5 с
Период вращательного движения связан с его скоростью
πd
Т= V
х
Откуда имеем
Vх = V sin α =
V =
V =
Ответ: V = 6043 м/с.
πd
Т
πd
Т sin α
π ∙ 0,1
6∙10 -5 ∙ sin 60о
= 6043 (м/с)
Выбор задачи

9. 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.

10.

B
Вкл./выкл. В
E
FК
V
F
FЛ
aнач =
F
mp
Вкл./выкл. Е

11.

В начальный момент времени,
пока скорость протона еще не
изменилась, на него действуют
электрическая сила FК = qp E
SI
E-?
V = 60 км/с 6∙104 м/с
B = 0,1 Тл
aнач =
1012
и магнитная сила
м/с2
FЛ = qpV B
Поскольку FК FЛ ,
то их равнодействующая
mp = 1,67∙10 -27 кг
F2 = FК2 + FЛ2
qp = 1,6∙10 -19 Кл
a
Эта равнодействующая обеспечивает начальное ускорение F = mp нач
Получаем ( mp нач )2 = (qp E)2 + (qpV B)2
a
откуда
E=
√(
E=
√(
1,67∙10 -27 ∙ 1012
1,6∙10 -19
Ответ: E = 104 кВ/м.
mp aнач
qp
2
)
2
) - (V B)
2
- (6∙104 ∙ 0,1)2 = 104202 (В/м)
Выбор задачи

12. 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?

13.

В
FК
Fравнодействующая = 0
V = const
-
V
FЛ
Е

14.

V-?
SI
E = 0,5 кВ/м 500 В/м
B = 1 мТл 10 -3 Тл
E
Прямолинейное движение электрона в
данном случае возможно, если действия
электрического и магнитного полей
скомпенсированы, т.е.
Fк = - Fл
B
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
E
V =
B
500
V =
= 5∙105 (м/с)
-3
10
Ответ: V = 5∙105 м/с
Выбор задачи

15. 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 ?

16.

2Fу
В
Fу
Fу
FТ
FТ
Включить ток

17.

α-?
Условие равновесия при отсутствии тока в проводнике
2FУ = FT
P = 0,1 Н
ℓ = 0,2 м
Условия равновесия при включенном токе
2FУ/ cos α = FT
B = 0,1 Тл
I=2A
2FУ/ sin α = FА
Сила тяжести равна по модулю указанному в
условии весу:
FT = P
Из условий равновесия получаем
FА
FА
sin α
tg α =
cos α = FT = P
FА = B I ℓ , тогда
BIℓ
α = arctg (
)
P
0,1 ∙ 2 ∙ 0,2
α = arctg (
)
= 28o
0,1
Сила Ампера в данном случае равна
Ответ: α = 28o
Выбор задачи

18. Задачи для самостоятельного решения

1. 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.
2. 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.
3. 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.

19.

4. 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.
5. 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.
6. 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.
А
B
В
Выбор задачи