Урок 2. Рассказ учителя. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Текст.

Урок физики: "Сила Лоренца и движение заряженных частиц"

— Добрый день, ребята!

Сегодня мы разберём удивительное явление — силу Лоренца. Это та самая сила, которая заставляет двигаться заряженные частицы в магнитном поле. Давайте представим: вы едете на велосипеде, и вдруг сильный ветер начинает отклонять вас в сторону. Вот примерно так же магнитное поле «толкает» электроны и другие заряженные частицы.

1. Что такое сила Лоренца?

Формула силы Лоренца:

$$F_{\text{Л}}=q\cdot v\cdot B\cdot \sin \alpha$$

Где:

• $q$ — заряд частицы (например, у электрона $q=-1,6\cdot {10}^{-19}$ Кл),

• $v$ — скорость частицы,

• $B$ — индукция магнитного поля,

• $\alpha$ — угол между скоростью и направлением поля.

Как определить направление силы?

Вспомните правило левой руки:

• Раскройте ладонь — пусть линии магнитного поля «входят» в неё.

• Четыре пальца направьте по движению положительного заряда (если электрон — то в обратную сторону).

• Большой палец покажет, куда действует сила.

Пример из жизни:
Представьте, что вы запускаете электроны вдоль провода, а рядом подносите магнит. Провод начнёт двигаться — это и есть проявление силы Лоренца!

2. Как движутся частицы в магнитном поле?

А) По окружности
Если частица влетает перпендикулярно полю ($\alpha ={90}^{\circ }$), сила Лоренца становится центростремительной, и частица движется по кругу.

Радиус траектории:

$$R=\frac{mv}{qB}$$

Пример:
Если электрон летит со скоростью ${10}^6$ м/с в поле 0,1 Тл, радиус его орбиты — всего около 0,05 мм!

Б) По спирали
Если частица влетает под углом, её движение можно разложить на две части:

• Вдоль поля — равномерно,

• Поперёк — по окружности.

В итоге получается спираль, как пружинка.

Где это встречается?
В полярных сияниях! Частицы солнечного ветра, попадая в магнитное поле Земли, закручиваются по спирали и вызывают свечение.

3. Где применяется сила Лоренца?

1. Масс-спектрограф
Этот прибор помогает учёным определять состав вещества.

• Ионы разгоняются и попадают в магнитное поле.

• Чем тяжелее ион, тем больше радиус его траектории.

• Так можно, например, обнаружить допинг у спортсменов или анализировать состав звёзд!

2. Кинескопы (старые телевизоры)

• Внутри кинескопа электроны летят к экрану.

• Магниты отклоняют их, заставляя «рисовать» изображение.

• Без силы Лоренца не было бы ни телевизоров, ни мониторов XX века!

3. Ускорители частиц
В Большом адронном коллайдере протоны разгоняются до огромных скоростей, а мощные магниты удерживают их на круговой траектории.

Заключение

Итак, сила Лоренца:
 Действует на движущиеся заряды в магнитном поле.
 Меняет их траекторию (окружность или спираль).
 Широко применяется в технике — от анализа веществ до создания изображений.

— На этом всё, ребята! До следующего урока. Если остались вопросы — обязательно задавайте.