Силы действующие на тела графическое изображение. Конспект урока “Графическое изображение силы

Силы действующие на тела графическое изображение. Конспект урока “Графическое изображение силы

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

F=B . I . ℓ . sin α – закон Ампера.

Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:

Если вектор v частицы перпендикуляренвектору В , то частица описывает траекторию в виде окружности:

Роль центростремительной силы играет сила Лоренца:

При этом радиус окружности: ,

Если вектор скорости и частицы не перпендикулярен В, то частица описывает траекторию в виде винтовой линии (спирали).

44. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции для расчета поля прямого тока. Циркуляция вектора магнитной индукции через замкнутый контур=произведению магнитной постоянной на алгебраическую сумму токов, охватываемых контуром.

Теорема говорит о том, что магнитное поле не является потенциальным, а является вихревым.

Применение в тетради

45. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции ε инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Эта формула носит название закона Фарадея .

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца .

Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что ε инд ивсегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

ε i =-N, гдеN- кол-во витков

Способ возникновения ЭДС:

1.рамка неподвижна, но изменяется магнитный поток за счёт движения ккатушки или за счет изменения силы тока в ней.

2.рамка перемещается в поле непожвижной катушки.

46. Явление самоиндукции.

Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется явлением самоиндукции.

Магнитный поток, обусловленный собственным током контура (сцепленный с контуром), пропорционален магнитной индукции, которая, в свою очередь, по закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току.

Где L –коэффициент самоиндукции или индуктивность, «геометрическая» характеристика проводника, так как зависит от его формы и размеров, а также от магнитных свойств среды.

47. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства уравнений Максвелла.

Закон Гаусса Поток электрической индукции через замкнутую поверхность s пропорционален величине свободного заряда, находящегося в объёме v, который окружает поверхность s.

Закон Гаусса для магнитного поля Поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю (магнитные заряды не существуют).

Закон индукции Фарадея Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность, взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

Теорема о циркуляции магнитного поля

Полный электрический ток свободных зарядов и изменение потока электрической индукции через незамкнутую поверхность , пропорциональны циркуляции магнитного поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

Свойства уравнений Максвелла.

А. Уравнения Максвелла линейны . Они содержат только первые производные полейEиBпо времени и пространственным координатам, а так же первые степени плотности электрических зарядов ρ и токов γ. Свойство линейности уравнений непосредственно связано с принципом суперпозиции.

Б. Уравнения Максвелла содержат уравнение непрерывности , выражающее закон сохранения электрического заряда:

В. Уравнения Максвелла выполняются во всех инерциальных системах отсчёта . Они являются релятивистски-инвариантными, что подтверждается опытными данными.

Г. О симметрии уравнений Максвелла .

Уравнения не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это обусловлено тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет магнитных зарядов. Вместе с тем в нейтральной однородной среде, где ρ = 0 и j=0 ,уравнения Максвелла приобретают симметричный вид, т.е.Eтак связано с(dB/dt) , какBсdE/dt.

Д. Об электромагнитных волнах .

Из уравнений Максвелла следует важный вывод о существовании принципиально нового физического явления: электромагнитное поле способно существовать самостоятельно без электрических зарядов и токов. При этом изменение его состояния обязательно имеет волновой характер. Всякое изменение во времени магнитного поля возбуждает поле электрическое, изменение электрического поля, в свою очередь, возбуждает магнитное поле. За счёт непрерывного взаимопревращения они и должны сохранятся. Поля такого рода называются электромагнитными волнами . Выяснилось также, что ток смещения(dD/dt) играет в этом явлении первостепенную роль.

Магнитное поле. Сила Лоренца. Магнитная индукция. Сила Ампера

Согласно классической теории электромагнетизма заряженная частица так возмущает окружающее пространство, что любая другая заряженная частица, помещенная в эту область испытывает действие силы . Говорят, что на частицу действует электромагнитное поле . Электрическая составляющая такого поля связана с самим фактом присутствия заряженной частицы (источника поля) в рассматриваемой области пространства, магнитная ¾ с ее движением.

Источником макроскопического магнитного поля являются проводники с током, намагниченные тела и движущиеся электрически заряженные тела. Однако, природа магнитного поля едина, оно возникает в результате движения заряженных микрочастиц.

Переменное магнитное поле появляется также при изменении во времени электрического поля , и наоборот, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле (см. теорию Дж. Максвелла).

Количественной характеристикой силового действия электрического поля на заряженные объекты служит векторная величина ¾напряженность электрического поля . Магнитное поле характеризуется вектором индукции который определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд . Эту силу называют силой Лоренца (X. Лоренц ¾нидерландский физик-теоретик). Экспериментально для модуля этой силы установлена следующая зависимость (в СИ):

где |q | ¾ модуль заряда, который двигается в магнитном поле со скоростью v под углом a к направлению магнитного поля.

Таким образом, магнитная индукция численно равна силе F л действующей на единичный заряд, движущийся с единичной скоростью в направлении, перпендикулярном полю .

Сила Лоренца перпендикулярна векторам (направление поля) и при этом направление этой силы совпадает с направлением, которое определяется по правилу левой руки . Согласно этому правилу, если левую руку расположить так, что четыре вытянутых пальца совпадают по направлению с вектором скорости положительного заряда (если q

Урок физики по теме: “Сила – векторная величина”. 7-й класс

Разделы: Физика

Класс: 7

Цели:

1. Систематизировать знания по теме “Виды сил”.
2. Ввести понятие сложение сил, действующих по одной прямой.
3. Закрепить умения решать задачи на нахождение силы тяжести и веса тела.
4. Продолжать работу по закреплению графического изображения сил.
5. Развивать у учащихся логическое мышление, умение самостоятельно делать выводы по данному материалу.
6. Показать учащимся использование сил в быту, природе и технике.

Оборудование: мультимедийная установка, динамометр, набор грузов, коробка из-под конфет, карточки для награждения.

Ход урока

Мы сегодня собрались, что бы понять, что же такое сила? В результате чего она возникает? Что это за физическая величина, чем она особенна?

Итак, приступим: на экране перед вами будут представлены картинки с видами сил.

Один из учеников рассказывает о данной силе по плану:

• определение;
• направление;
• точка приложения;
• примеры.

За правильный ответ вручается карточка. Ученик, набравший большее количество карточек попадает в разряд “Умников”. Ученики, получившие 3 и более карточек, зарабатывают оценку.

– рис 1– сила тяжести.

– рис 2 – сила всемирного тяготения.

– рис3 – обобщенный рисунок силы тяжести и тяготения.

– рис 4 – сила упругости.

– рис 5 – вес тела.

– рис 6 – сила трения.

Работа с классом по вопросам.

1. С самолета на парашюте сброшен груз массой 16 кг, который прикреплен к стропам через динамометр. (Демонстрирую рисунок.) Парашют с грузом достигает скорости установившегося движения и далее опускается равномерно. Как менялись показания динамометра при падении груза? Рис 7 (Ответ. В незатяжном прыжке с парашютом можно выделить три этапа.

Первый этап – падение груза с нераскрытым парашютом. При таком движении (с ускорением свободного падения) показание динамометра равно нулю.

Второй этап – во время раскрытия парашюта резко возрастает сила сопротивления воздуха, которая больше силы тяжести. Груз теперь падает замедленно. Ускорение, направленное вверх, постепенно убывает до нуля; скорость при этом также уменьшается до некоторого значения, соответствующего равномерному движению груза. Динамометр показывает разность между силой сопротивления воздуха и силой тяжести.

Третий этап – при дальнейшем равномерном опускании груза сила тяжести равна силе сопротивления воздуха. Динамометр покажет силу = 160 Н).

2. Почему человек может бежать по тонкому льду и не может стоять на нем не проваливаясь? (Ответ. Результат действия силы на тело зависит не только от ее величины, но и от времени действия. Когда человек бежит по тонкому льду, время действия силы тяжести очень мало – за это малое время лед не успевает проломиться.)

3. Можно ли поставить на край стола плоскую коробку от конфет так, чтобы ее большая часть свешивалась над полм? Осуществить свое предложение можно, используя предметы, выставленные на демонстрационном столе, но чтобы они не были видны зрителям. (Ответ. Внутри коробки необходимо создать область большей плотности. Для этого надо поместить в коробку плоский тяжелый предмет и ту часть коробки, где находится этот предмет, поставить на стол.)

4. В невесомости, при свободном полете космического корабля, т.е. в полете с выключенными двигателями: пишет ли перьевая ручка? (Ответ. Перьевой ручкой писать можно. Это объясняется тем, что в жидкостях существуют силы поверхностного натяжения. Без них автоматическая чернильная ручка поставила бы большую кляксу, выпустив сразу весь запас чернил. Не образовывалась бы пена, помогающая смыть грязь. Действие перьевой ручки основано на явлении капиллярности, которое сохраняется в условиях невесомости.)

5. Плавает ли пробка на поверхности воды в условиях невесомости.? (Ответ. Пробка не сможет плавать на поверхности воды. Она будет плавать вместе с другими предметами по кабине корабля, если они не закреплены.)

6. Вытекает ли вода из носика чайника, если его наклонить в условиях невесомости? (Ответ. Не вытекает, так как в обычных условиях причиной вытекания жидкости из наклоненного чайника является разность давлений на разных уровнях. В невесомости исчезает вес и поэтому давление в жидкости на всех уровнях одинаково. В невесомости жидкость не вытекает – ее надо из сосуда выталкивать или выдавливать. В связи с этим у космонавтов пища в особых упаковках.

Итак, подводим итоги и делаем вывод о силе по обобщенному рисунку, который появляется на экране….

Переход к объяснению нового материала.

На экране появляется сказка “Репка”. Рис 12-18 (Приложение)

Посадил дед репку. Выросла репка большая-пребольшая, тяжелая-претяжелая, разрослась она во все стороны, грунт потеснила. Пошел дед репку рвать. Тянет потянет – вытянуть не может. Силы ему не хватает: упирается репка, неровностями и выступами за землю цепляется, своему движению противится. Позвал дед бабку. Бабка за дедку, дедка за репку, тянут потянут – вытянуть не могут: крепко корень в грунте держится. Нет и вдвоем им не справиться.

Позвала бабка внучку. Внучка за бабку, бабка за дедку, дедка за репку, тянут потянут – вытянуть не могут: все еще их общая сила тяги меньше той предельной силы, которая по поверхности соприкосновения репы с землей возникает. Силой трения покоя она называется.

Позвала внучка Жучку. Тянут потянут – вытянуть не могут. Не хватает их общей силы справиться с силами тяжести репки и трением почвы.

Позвала Жучка кошку. Кошка за Жучку, Жучка за внучку, внучка за бабку, бабка за дедку, тянут потянут – вытянуть не могут: на самую малость, но все же меньше внешняя сила оказалась, чем сила тяжести репки и сила трения между почвой и репкой.

Позвала кошка мышку. Стали все вместе тянуть и вытащили репку.

Только не подумайте, что маленькая мышка сильнее всех оказалась! Ее маленькая сила к общей силе тяги добавилась, и теперь результирующая сила даже превысила силу тяжести репки и силу трения.

Итак, мы видим, что над векторами можно производить действия: сложение и вычитание. На экране появляется плакат о сложении сил. Рис 19С учениками в тетрадях оформляем правила сложения и вычитания сил, нахождение равнодействующей силы. На развороте доски записаны задачи на закрепление темы “Сложение сил”, которые решают учащиеся на доске и в тетрадях:

Задача 1.Один мальчик толкает сани сзади с силой 40 Н., а второй тянет их за веревку с силой 15Н. Изобразите эти силы графически, считая, что они направлены, горизонтально, и найдите их равнодействующую.

Сила F1 > F2 (по модулю), поэтому длина стрелки этой силы на чертеже больше. Так как силы приложенные мальчиками, действуют в одном направлении, то равнодействующую силу находим по формуле:

R = 40 H + 15 H = 55 H

На чертеже эту силу изображаем направленным отрезком, длина которого равна сумме длин отрезков сил F1 и F2.

Задача 2. Чему равна равнодействующая двух сил, приложенных к мячу, и куда она направлена?

15. Графическое изображение сил – В.И. Лукашик, Сборник задач по физике

355. На нити подвешен груз (рис. 73). Изобразите графически силы, действующие на груз (масштаб: 1 см — 5 Н).

356. На тросе подъемного крана висит контейнер с грузом массой 2,5 т. Изобразите графически в выбранном вами масштабе силы, действующие на контейнер.

357. Обозначьте соответствующими буквами силы, изображенные на рисунке 74. Взаимодействием каких тел они обусловлены?

358. Изобразите графически (масштаб:0,5 см — 5 Н) силы, приложенные в точках а, б, в, 0 (рис. 75).

359. Изобразите графически силу, направленную вертикально вверх, модуль которой равен 4 Н (масштаб: 0,5 см — 1Н).

360. Изобразите графически силу, направленную вертикально вниз, модуль которой равен 50 Н (масштаб: 0,5 см — 10 Н).

361. На рисунке 76 изображена сила F, равная 20 Н. Пользуясь ею как масштабным отрезком силы определите, чему равны модули сил и F1 и F2. Модуль какой из сил, изображенных на рисунке 77, больше всех и какой — меньше всех? Запишите эти силы в порядке возрастания их модулей.

362. Пользуясь масштабом (рис. 78), определите модули сил, действующих на тело А.

363. Какая из сил, изображенных на рисунке 79, равна 2 Н (масштаб: 0,5 см — 1 Н)?

364. Изобразите графически силы, действующие на доску АВ (рис. 80). Обозначьте буквами точки их приложения.

365. Изобразите графически силы, приложенные к телу (рис. 81): в точке А силу 4 кН, действующую горизонтально слева направо; в точке В силу 5 кН, направленную вертикально вверх; в точке С силу 6 кН, направленную вертикально вниз (масштаб: 1 см — 2 кН).

366. Изобразите графически две силы: 5 и 2 кН, приложенные к одной точке тела и действующие под углом 90° друг к другу (масштаб: 1 см — 1 кН).

367. На рисунке 82 графически изображены силы, действующие на модель самолета. Сила тяжести равна 4 Н.
Пользуясь линейкой, определите модули сил: a) F2 — силы тяги двигателя модели; б) F1 — силы сопротивления воздуха и в) F3 — подъемной силы.

368. На горизонтальном участке пути трактор развил силу тяги 8 кН. Сила сопротивления движению трактора равна 6 кН. Вес трактора 40 кН. Изобразите эти силы графически (масштаб: 0,5 см — 4000 Н).

Источники:

http://artpos.ru/slimming/sily-deistvuyushchie-na-tela-graficheskoe-izobrazhenie-konspekt-uroka.html
http://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/412783/
http://gdz-fizika.ru/7/224-15-graficheskoe-izobrazhenie-sil.html