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:
ОргмоментАнализ 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 Fm, 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: Fm ~IВl.Этот опытный факт можно использовать для определения модуля вектора магнитной индукции. Поскольку Fm ~IВl , то отношение Fm /(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=Fm /(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: Fm =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.
Закрепление: выполнение л/р №2 по тексту из учебника: работа в группах.
Итоги урока
Д/з: выучить правило левой руки.