Баллистическое движение», «Электростатика», «Магнетизм» в 10

Муниципальное учреждение образования
"Информационно-методический центр"
Городской дистанционный конкурс методических разработок учителей
математического и естественного циклов
«Педагогическая находка»
Работа по теме:
" Применение метода аналогии при изучении и повторении тем
«Баллистическое движение», «Электростатика», «Магнетизм»
в 10 - 11 классах "
Учитель физики
МОУ СОШ № 4
Стрельцова Оксана Ивановна
Оленегорск-2014
Пояснительная записка.
Аналогия - один из методов научного познания, который широко применяется при
изучении физики. В основе аналогии лежит сравнение. В данной работе рассмотрены
следующие аналогии: баллистическое движение, движение заряженной частицы в
однородном электрическом и магнитном поле.
Выделение общих закономерностей и
уравнений при аналогии позволяет показать сходство этих движений, усвоение которых
традиционно вызывает затруднения у учащихся.
Баллистическое движение изучается в первом полугодии 10 класса, движение
заряженной частицы в однородном электрическом поле - во втором полугодии, а
пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле - в 11 классе.
Алгоритм вопросов при решении:
1.выяснить природу сил и направление, сделать рисунок,
2. описать виды движения по осям координат,
3. выявить дополнительные условия.
Таким образом, аналогии позволяют учащимся более глубоко понять известные
физические явления, понятия и процессы. Дают возможность повторить темы
дистанционно.
Изложение и обобщение материала методом аналогии позволяет уделить большее
внимание общности физических явлений и процессов, рассмотрению задач повышенного
уровня сложности и умению решать комплексные задачи.
1. Баллистическое движение.
Снаряд выпущен под углом α к горизонту со скоростью υ0. Определите дальность полета
L, время полёта t и максимальную высоту подъёма hmax.
1) Тело движется под действием силы тяжести с ускорением g = 10 м/с2, направленным
вертикально вниз.
2) Движение вдоль оси ОХ равномерное, так как gх = 0, υ0х = υ0 cos α,
то L = υх t = (υ0 cos α) t
Движение вдоль оси ОY равноперемерное : h  h0   0 y t 
g yt 2
2
, где gy = - g, h – h0 = 0,
gt 2
2 sin 
t  0
υ0y = υ0 sin α, тогда 0t sin  
2
g
3) В верхней точке траектории вертикальная компонента скорости равна нулю.
hmax
0  ( sin  ) 2 ( sin  ) 2


 2g
2g
.
2. Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле
Электрон, прошедший разность потенциалов U0 = 100 В, влетает в плоский конденсатор
вдоль его осевой линии. При каком наименьшем напряжении U между пластинами
конденсатора электрон не вылетит из него? Расстояние между пластинами d = 1 см, длина
пластин L= 10 см.
1) Электрон движется в электрическом поле конденсатора. На
него действует сила F = qE, направлена вниз и
сонаправлена
с
оy.
ma  F  qE  q
По
II
закону
Ньютона:
U
mad
U 
d
q
2) Движение вдоль ОХ равномерное, так как ax = 0, то L = υ t  t 
Движение вдоль ОY равноперемерное: h  h0   y t 
U 

а yt 2
2
вертикальная компонента скорости равна нулю υ y= 0, h  h0 
из 1) и 2)
L
d
d
, тогда a  2
2
t
mad md 2
md 2 2


q
qt 2
qL2
3) Нам неизвестна скорость, с которой электрон влетел в конденсатор. Зная, что он прошел
ускоряющую разность потенциалов U0 = 100 В из состояния покоя, найдём работу:
А = qU0,
m 2
 о , приравняем
А = Ек2 – Ек1=
2
2qU 0
m 2
 qU о   2 
,
2
m
υ - скорость с которой электрон влетает в конденсатор.
md 2 2qU 0
2d 2U 0
md 2 2
U 


 2B .
qL2
qL2 m
L2
3. Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле.
В однородное магнитное поле с индукцией В влетает протон под углом α к направлению
линий индукции. Скорость частицы υ. Определите радиус R и шаг h винтовой линии, по
которой будет двигаться протон.
1) В магнитном поле на движущийся протон действует сила Лоренца:
Fл = |q|υBsinα = qBυ┴ = qBυy . Так как угол 00 ˂ α ˂ 900 ,то протон будет двигаться по
винтовой
линии.
Протон
будет
двигаться
по
перпендикулярной линиям индукции, со скоростью υ┴
окружности
=
в
плоскости,
υy= υsinα, одновременно он
будет перемещаться вдоль вектора В со скоростью υ║ =. υx = υcosα .
2) Движение вдоль ОХ ↑↑ В равномерное, так как ax = 0, то h = υx T = Tυcosα – шаг.
В плоскости, перпендикулярной линиям индукции ( oy) , протон будет двигаться по
окружности с центростремительным ускорением aц 
y2
R
.
По II закону Ньютона: Fл = maц ;
q y B 
y2
R
R
m y
qB

m sin 
- радиус окружности.
qB
3) Чтобы найти шаг винтовой линии, необходимо вычислить период обращения частицы
по окружности Т:
Шаг h 
y 
2R
2R
2m sin 
2m
T 


T
 sin 
qB sin 
qB
2m cos 
.
qB