Комп’ютерна модель руху зарядженої частинки в однорідному магнітному полі

Автор: Вчитель фізики та астрономії Кмітевич Олексій Володимирович

В статті описано правила використання комп’ютерної моделі руху зарядженої частинки в однорідному магнітному полі.

Фізика –  це фундаментальна наука, яка на великий жаль з великими складнощами дається учням. Особливі складнощі виникають при переході старшої школи, адже всі теми починають вивчати більш поглиблено і зустрічаються такі явища, які учні не можуть уявити, тому, що з ними вони в житті не стикалися.

Багато запитань виникає при вивчені розділу «Магнітне поле». Великі складнощі пов’язані з тим , що магнітне поле не можна не побачити, ні відчути органами відчуття, лише спостерігати результат його дії за допомогою приладів чи якихось матеріалів. Також є складним для розуміння дітей тема «Сила Лоренца», складно зрозуміти як саме буде рухатися заряджена частинка в магнітному полі. Для вирішення цієї проблеми було розроблено програму для моделювання руху зарядженої частинки в однорідному магнітному полі. Цю модель можна використовувати, як для демонстрації цього руху, так і показати, як цей рух буде залежить від таких характеристик системи як: маса та заряд частинки, кут під яким частинка залітає в магнітне поле (кут між векторами магнітної індукції та початковою швидкістю частинки), швидкість частинки, модуль вектора магнітної індукції.

Дана програма складається з двох вікон. Перше віно (див. мал. 1) призначене для введення маси, заряду та швидкості частинки, кут між векторами магнітної індукції та початковою швидкістю частинки, величину магнітної індукції.

Мал. 1 Перше вікно налаштування

В другому вікні (див. мал. 2) показане моделювання руху. Також в нижній частині вікна відбувається обчислення координат частинки, час руху, період обертання та шаг спіралі траєкторії. Для зручності добавлено кнопки для зупинки моделювання та повернення в перше віно.

Мал. 2 Другу вікно

Комп’ютерну модель можна використовувати для демонстрацій та лабораторних робіт.

1. Використання моделі для демонстрації

Дану модель руху зарядженої частинки в однорідному магнітному полі можна використовувати для демонстрацій, для цього потрібно виконати наступні пункти:

1. Відкрити папку з програмою
2. Відкрити файл Project1.exe
3. У відкритому вікні потрібно натиснути кнопку з написом «Запуск»
4. Спостерігати рух зарядженої часинки в однорідному магнітному полі
5. Використання моделі для лабораторної роботи

Створену модель можна використовувати для виконання лабораторних робіт, або дослідження, для цього потрібно виконати наступні пункти:

1. Відкрити папку з програмою
2. Відкрити файл Project1.exe
3. У відкритому вікні задати значення у відповідних рядках:
   • Кут між векторами магнітної індукції та швидкості
   • Величину заряду досліджуваної частинки
   • Масу досліджуваної частинки
   • Величину магнітної індукції
   • Модуль швидкості частинки
4. Натиснути на кнопку з написом «Запуск»
5. Спостерігати рух зарядженої частинки в однорідному магнітному полі
6. У нижній частині вікна можна дізнатися:
   • Час (*с)
   • Радіус кривизни орбіти ( м)
   • Період обертання (*с)
   • Координати ox та oy ( м)
   • Координати oz ()
7. За необхідності можна натиснути кнопку «Пауза» для зупинки руху, та кнопку «Запуск» для продовження руху.

Завантажити програму до матеріалу