Славутицький ліцей Славутицької міської ради Київської області Мультимедійний супровід уроку фізики 11 клас, профільний рівень розділ Електродинаміка, - презентация

1 Славутицький ліцей Славутицької міської ради Київської області Мультимедійний супровід уроку фізики 11 клас, профільний рівень розділ Електродинаміка, розділ Електродинаміка, тема Дія магнітного поля на рухомий електричний заряд. Сила Лоренца та її особливості. Застосування сили Лоренца Тараброва С.М., учитель фізики та астрономії вищої категорії, педагогічне звання Вчитель-методист педагогічне звання Вчитель-методист 2013 рік

2 Питання до розгляду на уроці: 1. Дія магнітного поля на рухомий електричний заряд 2. Сила Лоренца та її особливості 3. Теоретичне обґрунтування використання сили Лоренца в науці й техніці 4. Прискорювачі заряджених частинок – циклотрони, бетатрони, колайдери тощо 5. Розв'язування задач на застосування властивостей сили Лоренца Основні поняття, які мають бути засвоєні: Основні поняття, які мають бути засвоєні: - Сила Лоренца: модуль і напрямок дії; - Правило лівої руки для визначення напрямку сили Лоренца; - Траєкторії руху заряджених частинок в однорідному магнітному полі.

3 Лоренц Хендрик Антон (1853–1928) – голландський (1853–1928) – голландський фізик-теоретик, член Нідерландської Академії Наук, творець класичної електронної теорії. Вивів формулу, яка звязує діелектричну проникність з густиною діелектрика; отримав вираз для сили, яка діє на заряд, що рухається в електромагнітному полі; пояснив залежність електропровідності речовини від теплопровідності; розвинув теорію дисперсії світла; розробив електродинаміку тіл, що рухаються; вивів формули, які повязують між собою координати і час однієї й тієї ж самої події у двох різних інерціальних системах відліку

4 Виведення формули, за якої визначається модуль сили Лоренца (1), (2), (3), (3), (4), (5), (6), (7).(7).

5 Визначення напрямку дії сили Лоренца Задача 1.7 Варіанту 11 із збірника завдань для державної підсумкової атестації з фізики: 11-й кл. /Л.В.Непорожня та ін.. – К.: Центр навч.-метод. л-ри, – 128 с.: іл.; завдання 13 ЗНО- 2008, 13 ЗНО-2013(пробне).

6 Особливості сили Лоренца Сила Лоренца не виконує роботу! Сила Лоренца не виконує роботу! +

7 Особливості сили Лоренца Сила Лоренца не змінює кінетичну енергію частинки, яка рухається в магнітному полі! Сила Лоренца не змінює кінетичну енергію частинки, яка рухається в магнітному полі!

8 Особливості сили Лоренца Сила Лоренца змінює напрямок швидкості руху частинки Сила Лоренца змінює напрямок швидкості руху частинки

9 Під дією доцентрової сили, роль якої виконує сила Лоренца, частинка в магнітному полі рухається по колу. Визначимо період Т та радіус R колової траєкторії. (1), (2), (3), (4), (5). 1,76·1011 Кл/кг =

10 Напрямок руху частинки залежить від знаку заряду. Розвязати завдання 17 ЗНО-2007.

11 Розглянута особливість впливу магнітного поля на рух заряджених частинок - рух зарядженої частинки по коловій траєкторії під дією сили Лоренца - використовується для отримання частинок високих енергій у прискорювачах, які називаються циклотронами (бетатронами, синхроциклотронами, синхрофазотронами, колайдерами) Рух заряджених частинок у вакуумній камері циклотрону. Ліворуч – камера А, праворуч – камера В.

12 Великий адронний колайдер і бозон Хіггса Одним з ключових питань фізики високих енергій є підтвердження або спростування існування теоретично передбаченої ще у 1964 році шотландським фізиком Пітером Хіггсом екзотичної субатомної частинки, яка називається бозоном Хіггса – єдиного елемента, якого не вистачало в Стандартній моделі елементарних частинок. Вважається, що бозон Хіггса відіграв основну роль у механізмі, за допомогою якого деякі частинки (кварки, лептони) під час Великого Вибуху набули масу, а інші залишились безмасовими (фотони). Одним з ключових питань фізики високих енергій є підтвердження або спростування існування теоретично передбаченої ще у 1964 році шотландським фізиком Пітером Хіггсом екзотичної субатомної частинки, яка називається бозоном Хіггса – єдиного елемента, якого не вистачало в Стандартній моделі елементарних частинок. Вважається, що бозон Хіггса відіграв основну роль у механізмі, за допомогою якого деякі частинки (кварки, лептони) під час Великого Вибуху набули масу, а інші залишились безмасовими (фотони). У Стандартній моделі передбачається наявність ще одного скалярного поля, яке невідємне від пустого простору, не співпадає з гравітаційним полем і називається полем Хіггса. Свого часу Хіггс висунув гіпотезу, що простір між частинками нібито заповнений важкою, вязкою субстанцією. Вважається, що всі фундаментальні частинки набувають масу внаслідок взаємодії з цим всюдисущим полем, при цьому важкі частинки взаємодіють з полем Хіггса сильніше, легкі – слабкіше. Полю Хіггса повинна відповідати, принаймні, одна частинка-посередник, власне бозон Хіггса. У Стандартній моделі передбачається наявність ще одного скалярного поля, яке невідємне від пустого простору, не співпадає з гравітаційним полем і називається полем Хіггса. Свого часу Хіггс висунув гіпотезу, що простір між частинками нібито заповнений важкою, вязкою субстанцією. Вважається, що всі фундаментальні частинки набувають масу внаслідок взаємодії з цим всюдисущим полем, при цьому важкі частинки взаємодіють з полем Хіггса сильніше, легкі – слабкіше. Полю Хіггса повинна відповідати, принаймні, одна частинка-посередник, власне бозон Хіггса.

13 У липні 2012 року вчені Європейської організації з ядерних досліджень (ЦЕРН) оголосили, що їм вдалося виявити бозон Хіггса в результаті випробовувань на Великому адронному колайдері. У липні 2012 року вчені Європейської організації з ядерних досліджень (ЦЕРН) оголосили, що їм вдалося виявити бозон Хіггса в результаті випробовувань на Великому адронному колайдері. Нобелівську премію у галузі фізики отримали Пітер Хіггс та Франсуа Енглер за виявлення елементарної частинки – бозона Хіггса. Це відкриття допомогло вченим краще зрозуміти механізм походження маси субатомних частинок. Нобелівську премію у галузі фізики отримали Пітер Хіггс та Франсуа Енглер за виявлення елементарної частинки – бозона Хіггса. Це відкриття допомогло вченим краще зрозуміти механізм походження маси субатомних частинок.

14 ВАК повинен прискорювати пучки протонів до повної енергії 14 ТеВ і пучки іонів до енергії 5,5 ТеВ, розганяючи їх до майже світлових швидкостей.

15 Пучки рухаються по колу на зустрічних напрямках у тунелі довжиною 27 км, розташованому на глибині від 50 до 175 м, багаторазово перетинаючи кордон між Швейцарією і Францією поблизу Женеви.

16 Рух пучків по колу забезпечується 1232 надпровідними магнітами довжиною 14, 3 м і масою 3,5 тонни кожний, які мають усередині два канали (для кожного з пучків, які рухаються у протилежних напрямках). Індукція магнітного поля дорівнює 9 Тл. Магнітне поле створюється струмами до 11,7 А, які протікають надпровідними кабелями загальною довжиною км та масою 1200 тонн. Магніти працюють за високого вакууму та низьких температур (близько 1,9 К), для створення яких використовують рідкий гелій.

17

18

19

20

21 Якщо між векторами швидкості і магнітної індукції кут відмінний від прямого, то траєкторія руху частинки є гвинтовою лінією: частинка нібито намотується на лінії магнітної індукції однорідного магнітного поля. Якщо між векторами швидкості і магнітної індукції кут відмінний від прямого, то траєкторія руху частинки є гвинтовою лінією: частинка нібито намотується на лінії магнітної індукції однорідного магнітного поля. Пропонується відповісти на запитання: 17 ЗНО-2011, 20 ЗНО-2012(пробне).

22 Термоізоляція досягається шляхом створення магнітного поля спеціальної конфігурації. Прикладом може слугувати траєкторія руху зарядженої частинки в магнітній «пляшці» - своєрідній пастці.

23 Аналогічне явище відбувається у магнітному полі Землі, яке є своєрідним захисним щитом для всього живого від потоків заряджених частинок, що линуть з космічного простору Обтікання магнітосфери Землі сонячним вітром Для довідки: Магнітна буря – збурення магнітного поля Землі як наслідок взаємодії магнітного поля Землі і магнітного поля сонячного вітру Магнітні пляшки в атмосфері Землі

24 Полярне сяйво – результат недосконалості захисних функцій магнітного поля Землі на полюсах планети Полярне сяйво – світіння верхніх шарів атмосфер планет, які мають магнітосферу, внаслідок їх взаємодії з зарядженими частинками сонячного вітру

25 Лабораторна модель полярного сяйва Полярне сяйво взимку на Алясці Південне полярне сяйво. Зйомка з борту Space Shuttle рік Полярне сяйво на Сатурні. Комбінований знімок в ультрафіолетовому та видимому світлі 2004 рік Hubble Space Telescope

26 Повсякденну дію сили Лоренца на заряд, який рухається в магнітному полі, ми спостерігаємо на телевізійному екрані Розвязати завдання: 16 ЗНО-2009(пробне), 16 ЗНО-2011(пробне), 14 ЗНО-2013

27 Четверта особливість сили Лоренца сила Лоренца залежить від швидкості, яка, в свою чергу, залежить від вибору системи відліку; сила Лоренца залежить від швидкості, яка, в свою чергу, залежить від вибору системи відліку; отже, сила Лоренца визначається швидкістю зарядженої частинки відносно довільно вибраної системи відліку. отже, сила Лоренца визначається швидкістю зарядженої частинки відносно довільно вибраної системи відліку.

28 Самоконтроль якості засвоєння нового матеріалу. Термін виконання – один тиждень. Форма контролю якості виконання – індивідуальні консультації ДжерелоЗавдання ЗНО-2010(пробне) 34 ЗНО-2012 (зошит 11) 34 Збірник завдань для державної підсумкової атестації з фізики: 11-й кл. /Л.В.Непорожня та ін.. – К.: Центр навч.-метод. л-ри, – 128 с.: іл. Варіант 10, завдання 3.3. Збірник завдань для державної підсумкової атестації з фізики: 11-й кл. /Л.В.Непорожня та ін.. – К.: Центр навч.-метод. л-ри, – 128 с.: іл. Варіант 18, завдання 3.2. Збірник завдань для державної підсумкової атестації з фізики: 11-й кл. /Л.В.Непорожня та ін.. – К.: Центр навч.-метод. л-ри, – 128 с.: іл. Варіант 19, завдання 4.1. Збірник завдань для державної підсумкової атестації з фізики: 11-й кл. /Л.В.Непорожня та ін.. – К.: Центр навч.-метод. л-ри, – 128 с.: іл. Варіант 23, завдання 3.1. Збірник завдань для державної підсумкової атестації з фізики: 11-й кл. /Л.В.Непорожня та ін.. – К.: Центр навч.-метод. л-ри, – 128 с.: іл. Варіант 27, завдання 4.1. Збірник завдань для державної підсумкової атестації з фізики: 11-й кл. /Л.В.Непорожня та ін.. – К.: Центр навч.-метод. л-ри, – 128 с.: іл. Варіант 28, завдання 4.2.

29 Підведення підсумків: Застосування сили Лоренца випливають з її особливих властивостей Застосування сили Лоренца випливають з її особливих властивостей Циклотрони – прискорювачі заряджених частинок Циклотрони – прискорювачі заряджених частинок Мас-спектрометри – для ідентифікації заряджених частинок Мас-спектрометри – для ідентифікації заряджених частинок Електронно-променеві трубки (кінескопи) – відхилення пучків електронів за певним законом Електронно-променеві трубки (кінескопи) – відхилення пучків електронів за певним законом Осцилографи – візуалізація і спостереження швидкоплинних процесів Осцилографи – візуалізація і спостереження швидкоплинних процесів Дефектоскопія, променева терапія Дефектоскопія, променева терапія

30 1. Виконати завдання самоконтролю якості засвоєння властивостей сили Лоренца. Термін виконання – тиждень. 2. §20: відповісти на контрольні запитання, розв'язати завдання вправи 18. Термін виконання - наступний урок. 3. Творче завдання: за власним вибором створити короткі повідомлення з мультимедійним супроводом за одною з тем: «Сила Лоренца і прискорювачі заряджених частинок», «Сила Лоренца і мас-спектрометри», «Сила Лоренца і дефектоскопія», «Сила Лоренца і променева терапія», «Великий адронний колайдер – найдорожчий проект третього тисячоліття». Термін виконання – два тижні. Домашнє завдання: