Practicum P6: bewegend geladen deeltje in magneetveld (II)

Omschrijving

Met behulp van deze simulatie kunnen de leerlingen de verbanden afleiden die uiteindelijk leiden tot de formule voor de Lorentzkracht en/of de formule voor de baanstraal in een magnetisch veld. Deze simulatie is een vervolg op de simulatie uit P5 waar leerlingen kwalitatief geleerd hebben hoe bewegende geladen deeltjes zich gedragen in een magnetisch veld. In deze simulatie kunnen ze de massa, de lading, de beginsnelheid en de sterkte van het magneetveld variëren. Als resultaat komt er dan steeds een andere baan uit. In deze simulatie blijven alle banen zichtbaar zodat leerlingen ook een kwalitatieve indruk krijgen van de invloed van de verschillende grootheden.

Leerdoelen

Met behulp van deze simulatie leren de leerlingen:

De invloed van de sterkte van het magneetveld, de lading, de snelheid en de massa op de straal van de baan en de Lorentzkracht

Voorkennis

Basiskennis van het gedrag van een bewegend geladen deeltje in een magneetveld
Coördinatentransformatie
Middelpuntzoekende kracht

Benodigdheden

Laptop of Chromebook
https://ophysics.com/em7.html

Klassikale introductie van het practicum

Als klassikale introductie kan de simulatie uit P5 gebruikt worden.
Herhaal met leerlingen de basisvereisten voor het ontstaan van een Lorentzkracht
- Geladen deeltje
- Bewegend
- Richting van de snelheid loodrecht op het magneetveld
Herhaal de derde rechterhandregel
Laat leerlingen hypotheses opstellen over het verband tussen r en B, q, v, en m.
In deze simulatie zijn er 4 onafhankelijke variabelen (m, v, B, q) de afhankelijke variabele is de straal. Hierdoor is het mogelijk om de relatie te onderzoeken tussen r en B, q, m en v. Dit leidt tot de formule

Uitvoering

De volgende onderzoeksvragen kunnen aan de leerlingen gevraagd worden.

Wat is het verband tussen de straal van de baan en de massa van het deeltje?
Wat is het verband tussen de straal van de baan en de snelheid van het deeltje?
Wat is het verband tussen de straal van de baan en de lading van het deeltje?
Wat is het verband tussen de straal van de baan en de sterkte van het magneetveld?

Het is ook mogelijk om met de leerlingen te bespreken dat de middelpuntzoekende kracht gelijk is aan de Lorentzkracht. Door deze kracht uit te rekenen met kan dan de relatie worden onderzocht tussen en m, v, B en q. Dit leidt tot de volgende onderzoeksvragen:

Wat is het verband tussen de Lorentzkracht en de massa van het deeltje?
Wat is het verband tussen de Lorentzkracht en de snelheid van het deeltje?
Wat is het verband tussen de Lorentzkracht en de lading van het deeltje?
Wat is het verband tussen de Lorentzkracht en de sterkte van het magneetveld?

Naast onderzoek met behulp van de simulatie is het ook mogelijk om leerlingen theoretisch de Lorentzkracht op een deeltje te laten afleiden, daarmee de formule .

Door het grote aantal onderzoeksvragen dat mogelijk is, is het verstandig om de onderzoeksvragen te verdelen over de groepen. Elke groep heeft op deze manier een unieke bijdrage aan de uiteindelijke discussie.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning (70 – 80 minuten):

Het is een practicum waar veel verbanden aan de orde komen waardoor het prettig is om het in een blokuur uit te voeren.

Introductie (P5 al gedaan, 10 minuten, P5 nog niet gedaan 20 minuten)
Onderzoeksvragen verdelen en hypothese opstellen (10 minuten)

Onderzoek + whiteboard (30 minuten)
Kringgesprek (25 minuten)
Afleiding formule uit middelpuntzoekende kracht en Lorentzkracht
Logboek (10 minuten)

Inhoud kringgesprek

De straal van de baan is omgekeerd evenredig met de sterkte van het magneetveld B en de lading van het deeltje
De straal van de baan is recht evenredig met de massa en de snelheid van het deeltje
Laat leerlingen uitleggen waarom de grootheden B en q omgekeerd evenredig zijn en m en v recht evenredig met de straal
Lorentzkracht is niet afhankelijk van de massa van het deeltje

Inhoud logboek (optioneel)

Optioneel: Herhaling van de basisvereisten voor het ontstaan van een Lorentzkracht
Recht evenredig verband tussen m en v en de straal van de baan
Omgekeerd evenredig verband tussen B en q en de straal van de baan
Bij gelijkblijvende B,q en v zorgt de massa voor een andere baanstraal. Dit is het principe van de massa-spectrometer

Afleiding formule

Er geldt:

Er geldt ook: . Weg delen aan beide zijden van v geeft .

Dit herschrijven geeft:

Colofon

Het arrangement P6 Geladen deeltje in magneetveld (II) is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

Auteur: Modeldidactiek
Laatst gewijzigd: 2025-03-14 14:14:03
Licentie: Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat

het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken

voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

Meer informatie over de CC Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie.

Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

Toelichting: In dit practicum maken leerlingen kennis met het gedrag van geladen deeltjes in een magnetisch veld. Dit practicum is kwalitatief en geeft de leerlingen inzicht in wat er wel en niet gebeurt. Dit practicum kan daarom ook goed gebruikt worden als introductie voor practicum P6 waar daadwerkelijk verbanden worden afgeleid. In deze simulatie kunnen de leerlingen de invloed van de lading, de snelheid en de richting van het magnetische veld bestuderen.
Eindgebruiker: leerling/student
Moeilijkheidsgraad: gemiddeld

Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

Modeldidactiek. (2025).

P5 Geladen deeltje in magneetveld (I)

https://maken.wikiwijs.nl/215262/P5_Geladen_deeltje_in_magneetveld__I_

Downloaden

Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

Metadata

Metadata overzicht (Excel)

LTI

Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

Arrangement

IMSCC package

Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

IMSCC package

Meer informatie voor ontwikkelaars

Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.