20 години България в ЦЕРН

Движение на заредени частици в електрични и магнитни полета

 
Интегриран урок физика и астрономия, ИТ и информатика
 
Очаквани резултати: учениците да могат да прилагат знанията си при решаване на задачи от движение на заредени частици в електрични и в магнитни полета, да разграничават различните действия на електричните сили и на магнитните сили върху заредените частици, да знаят приложения на тези действия.

План на урока:

  1. Актуализация на знанията;
  2. Решаване на задача - пример 1/ стр. 40;
  3. Клип;
  4. Решаване на задача - пример 2/ стр. 40;
  5. Представяне на проект по информатика;
  6. Игра - тест;
  7. Задаване на домашна работа - задачи 7  и 8/ стр.41.

 

1. Актуализация на знанията и проверка на домашна работа

Вижте клипчето и отговорете на следните въпроси:

  1. Как влияят електричните сили върху заредените частици, попаднали в електрично поле?
  2. Как влияят магнитните  сили върху заредените частици, попаднали в магнитно  поле?
  3. Въжможно ли е заредената частица да се движи в магнитно поле, но да не й действа магнитна сила?

2. Решаване на задача

При решаване на задачи от движение на заредени частици ще прилагаме основните закономерности за електричните и магнитните полета и сили, а също така и изучените закономерности за механичното движение:

електрична сила запазване на енергията на заредена частица в електростатично поле
максимална магнитна сила закон за скоростта при равнопроменливо движение
връзка между напрежение и интензитет  закон за пътя при равнопроменливо движение
    втори принцип на механиката
    работа на сила

 

Пример 1/ стр. 40

Протон, който е в покой в точка М (фиг. 1), започва да се движи равноускорително в еднородно електрично поле с интензитет E = 200 V/m. Отношението на заряда към масата на протона (нарича се специфичен заряд) е приблизително e/m = 1.108 C/kg. Определете:

Фиг. 1.

а) ускорението на протона;

б) времето, за което протонът достига точка N. Разстоянието между двете точки е s = 4 cm;

в) скоростта на протона в точка N.

 

Решение:

а) На протона действа електрична сила Fe = q.E. Записваме уравнието на втори принцип на механиката F = m.a за движението на протона и определяме неговото ускорение:

 

б) От закона за пътя при равноускорително движение без начална скорост определяме времето за движение:

в) I начин: Скоростта на протона определяме от закона за скоростта при равноускорително движение без начална скорост:

II начин: Кинетичната енергия на протона в точка N е равна на работата на електричната сила, откъдето определяме скоростта на протона:

4. Решаване на задача

Пример 2/ стр. 40. Селектор на заредени частици по скорости

 

По оста на зареден кондензатор се движи сноп от положителни йони, които имат различни скорости. Интензитетът на еднородното електрично поле в кондензатора е E = 2.103 V/m. Електричните сили отклоняват йоните към отрицателния електрод (фиг. 2а) и те не преминават през тесния процеп D.

Кондензаторът се поставя между полюсите на магнит и в него се създава еднородно магнитно поле. При каква посока и големина на магнитната индукция B йоните, които имат скорост v = 1.106 m/s, ще продължат да се движат праволинейно и равномерно по оста на кондензатора и ще преминат през процепа D?

Фиг. 2а                                                                            Фиг.2б

 

Решение:

На всеки йон с положителен заряд q действа електрична сила Fe = q.E, насочена към отрицателния електрод (фиг.2б). За да се движи йонът праволинейно и равномерно, трябва електричната сила Fда се уравновесява от магнитната сила Fmax, т.е. силата Fmax трябва да е насочена в противоположна на Fe  посока. С правилото на дясната ръка установяваме, че това изискване се изпълнява, когато магнитната индукция B е насочена перпендикулярно на интензитета Е (от вас, перпендикулярно на равнината на чертежа от фиг. 2б). Големината на магнитната сила е Fmax = q.v.B. Приравняваме двете сили и определяме магнитната индукция В:

Описаното устройства се използва за селектор (филтър) на заредени частици по скорости. През тесния процеп D преминават само онези частици, които имат точно определена скорост v = E/B. Ако се променя напрежението на кондензатора (т.е. интензитетът Е на електричната поле), може от снопа да се подберат частици с необходимата за даден фицичен експеримент скорост v.

5. Представяне на проект по информатика

6. Игра - тест

Движение на заредени частици в електрични и в магнитни полета - тук

7. Домашна работа - задачи 7 и 8/ стр.41.