10 класс Графическое представление злектрических полей




Тема: Графическое представление электрического поля.
Цели урока: | Ввести понятие линии напряженности. -
Ознакомить с моделями электрических полей.
-
Научить пользоваться этими моделями для характеристики электрических полей.
|
Вид занятия: |
урок – объяснение нового материала на основе компьютерного моделирования.
|
Форма занятия: |
исследовательская работа в малых группах по приобретению новых знаний с заполнением рабочих листов.
|
| |
Методическое обеспечение.
Для его проведения урока использована программа «ELECTROS.COP» и «Физика в картинках» раздел «Электричество», тема «Электрическое поле».
Ход урока.
-
Организационная часть.
Объяснение учащимся целей урока, распределение рабочих мест.
На прошлых уроках мы познакомились с новым для вас понятием – электрическое поле и выяснили, что это вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрическими зарядами.
-
Какими свойствами обладает этот вид материи?
Несмотря на то, что электрическое поле не воспринимается органами чувств человека, его мы не видим, распределение поля можно сделать видимым. Для этого достаточно в поле какого-либо заряда поместить мелкие частицы диэлектрика. Сегодня на уроке мы смоделируем несколько опытов по распределению диэлектрика в поле. Цель: определить вид поля, созданного различными зарядами, и установить способ для его описания. При работе используем две программы: «Электроскоп» и «Физика в картинках».
Запустите программу «Электроскоп».
-
Знакомство с управлением программой.
Верхняя строка содержит набор различных тел, обладающих электрическим зарядом. Мы воспользуемся точечными зарядами.
- Напомните, что значит точечный заряд?
Они изображены в виде небольших шариков красного и синего цветов под номерами 1 и 2. Для выбора знака заряда над ними расположены пары кнопок «+» и «-».
Вертикальный левый ряд изображает инструменты моделирования. В середине – сосуд с диэлектриком, ниже изображение вектора напряженности – буква Е, под ним – очистка экрана.
Правый вертикальный ряд позволяет изменять настройки. Нам потребуется палитра цветов, позволяющая менять цвета изображаемых параметров поля.
-
Изучение основного материала.
А). Моделирование вида электрического поля
Задание1. Сравнение вида поля, созданного точечным положительным и отрицательным зарядами равной величины.
Инструкция. - Выбрать 1 точечный положительный заряд
-
Выбрать цвет диэлектрика (коричневый)
-
Посыпать диэлектриком
Вопроc: 1. Каким образом расположились частицы диэлектрика в поле заряда?
2. Заметна ли какая-нибудь структура в их расположении?
-
В чем причина распределения частиц подобным образом?
Вывод: Под действием сил поля, частицы диэлектрика распределяются в виде цепочек, отходящих от заряда.
-
Сменить цвет диэлектрика (на белый)
-
Выбрать 2 точечный отрицательный заряд
-
Посыпать диэлектриком.
Вопрос: 4. Изменился ли характер расположения частиц диэлектрика?
-
Можно ли судить по расположению частиц диэлектрика в поле о знаке заряда?
Вывод: Знак заряда не влияет на структуру распределения частиц диэлектрика, она зависит только от расположения зарядов.
Задание 2. Сравнение вида поля, созданного двумя одноименными и двумя разноименными зарядами равной величины.
Инструкция: - Очистить экран
-
Выбрать два одноименных заряда
-
Выбрать цвет диэлектрика (белый)
-
Посыпать диэлектриком
Вопрос: 6. Каким образом расположились частицы диэлектрика в поле заряда?
-
Заметна ли какая-нибудь структура в их расположении?
-
Изменить знак одного из зарядов на противоположный.
-
Изменить цвет диэлектрика (на коричневый)
-
Посыпать диэлектриком
Вопрос: 8. Изменился ли характер расположения частиц диэлектрика?
9. Можно ли судить по расположению частиц диэлектрика в поле о знаке заряда?
Каким бы образом мы не изменяли расположение зарядов, их знаки и величины, в любом случае частицы диэлектрика образовывали цепочки вдоль линий, отходящих от заряда. Менялся только узор этих линий. А это значит, что они являются наглядным описанием электрического поля. Эти линии называются силовыми линиями или линиями напряженности, так как только под действием силы со стороны электрического поля частицы смогли сориентироваться, а напряженность является силовой характеристикой поля.
Вывод: Частицы диэлектрика располагаются вдоль силовых линий.
Установим связь между линиями напряженности и вектором напряженности для более точного определения понятия линий.
Задание 3. Получить расположение линий напряженности и векторов напряженности для двух разноименных зарядов.
-
Установить цвет линий напряженности (зеленый)
-
Получить их на экране
Вопрос: 10. Как расположены линии по отношению к частицам диэлектрика?
11. Как расположены линии по отношению к зарядам?
-
Установить изображение векторов напряженности
-
Выбрать изображение результирующего вектора напряженности
-
Получить изображение нескольких векторов в разных точках поля на разном расстоянии от зарядов
Направление вектора напряженности в каждой точке пространства не совпадает с направлением линии напряженности. При более детальном изучении можно увидеть, что касательные к линии напряженности в каждой точке пространства совпадают с направлением вектора напряженности. Т.о.
Вывод: Линии напряженности – это непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке пространства совпадают по направлению с вектором напряженности.
А Е
Не стоит думать, что это существующие в действительности образования, вроде растянутых шнуров или нитей. Линии напряженности лишь помогают представить распределение поля в пространстве, и не более реальны, чем параллели и меридианы на поверхности Земли.
Вопрос: 12. Какую неточность в изображении векторов напряженности вы заметили?
-
Какие изменения необходимо ввести для правильного изображения вида поля и почему?
Интенсивность электрического поля ослабевает с расстоянием, а значит вектор напряженности должен уменьшаться с удалением от заряда.
Для выяснения свойств линий напряженности воспользуемся другой программой.
- Выйти из программы ELECTROS.COP и запустить «Физика в картинках»
Б). Свойства силовых линий.
Задание 1. Определение направления линий напряженности точечных зарядов.
Поле заряда q=+1
|
Поле заряда q=-1
|
|
|
Зарисовать вид поля, созданный точечными зарядами. Обратить внимание на направление линий напряженности.
Задание 2. Определение направления линий напряженности системы зарядов.
Одноименные
|
Разноименные
|
q=+1
|
q=-1
|
q=±1
|
|
|
|
Зарисовать вид поля, созданный точечными зарядами. Обратить внимание на направление линий напряженности.
Вопрос: 1. Что вы можете сказать о направлении линий?
-
Являются ли они замкнутыми или нет?
-
Могут ли линии пересекаться друг с другом?
Вывод: 1. Линии напряженности имеют направление. Оно совпадает с направлением вектора напряженности.
-
Линии не замкнуты. Они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах или в бесконечности.
-
Линии не пересекаются.
-
Для протяженного тела линии напряженности направлены перпендикулярно поверхности тела.
Задание 3. Установить зависимость между числом линий и величиной заряда.
При помощи силовых линий можно изображать не только направление поля, но и характеризовать величину напряженности.
Величина зарядов
|
Число линий
|
q>0
|
q<0
|
q=1
|
|
|
q=2
|
|
|
Вывод:
Число линий напряженности пропорционально заряду | по густоте линий можно судить об интенсивности поля. |
напряженность эл.поля тоже пропорциональна заряду |
Чем дальше от заряда, тем меньше силовых линий проходит через единицу площади, тем меньше величина напряженности.
Задание 4. Определить вид поля 2 параллельно расположенных заряженных пластин.
Вывод: Поле, линии напряженности которого параллельны друг другу, называется однородным. Для него вектор напряженности имеет одну величину и направление для всех точек.
+q Е -q
Если пластины имеют равные заряды по величине, то вcе поле сосредоточено внутри пластин. За пределами пластин поле положительной и отрицательной частей взаимно уравновешивают друг друга.
Подведение итогов урока (мин).
-
С каким способом описания электрического поля вы познакомились?
-
Как располагаются частицы диэлектрика в поле?
-
Что называется силовой линией?
-
Какие свойства линий вы обнаружили?
-
Как объяснить, что линии не пересекаются?
-
Какое поле называют однородным? Неоднородным?
Домашнее задание (мин).
§ 27, стр.92 вопр. 4 (п) по уч. Шахмаев Н.М. , Шодиев Д.Ш.
№ 699, 700 Сб. задач Рымкевич А.П., 1990
Приложение 1.
Рабочий лист.
Моделирование вида электрического поля
Задание1. Сравнение вида поля, созданного точечным положительным и отрицательным зарядами равной величины.
Инструкция. - Выбрать 1 точечный положительный заряд
-
Переместить в центр экрана
-
Выбрать цвет диэлектрика (коричневый)
-
Посыпать диэлектриком
Вопрос: 1. Каким образом расположились частицы диэлектрика в поле заряда?
2. Заметна ли какая-нибудь структура в их расположении?
-
Сменить цвет диэлектрика (на белый)
-
Выбрать 2 точечный отрицательный заряд
-
Посыпать диэлектриком.
Вопрос: 3. Изменился ли характер расположения частиц диэлектрика?
4. Можно ли судить по расположению частиц диэлектрика в поле о знаке заряда?
Задание 2. Сравнение вида поля, созданного двумя одноименными и двумя разноименными зарядами равной величины.
Инструкция: - Очистить экран
-
Выбрать 1 положительный (или отрицательный) заряд
-
Выбрать второй одноименный заряд
-
Выбрать цвет диэлектрика (белый)
-
Посыпать диэлектриком
Вопрос: 5. Каким образом расположились частицы диэлектрика в поле заряда?
6. Заметна ли какая-нибудь структура в их расположении?
-
Изменить знак одного из зарядов на противоположный.
-
Изменить цвет диэлектрика (на коричневый)
-
Посыпать диэлектриком
Вопрос: 7. Изменился ли характер расположения частиц диэлектрика?
8. Можно ли судить по расположению частиц диэлектрика в поле о знаке заряда?
Задание 3. Получить расположение линий напряженности и векторов напряженности для двух разноименных зарядов.
-
Установить цвет линий напряженности (зеленый)
-
Получить их на экране
Вопрос: 9. Как расположены линии по отношению к частицам диэлектрика?
10. Как расположены линии по отношению к зарядам?
-
Установить изображение векторов напряженности
-
Выбрать изображение результирующего вектора напряженности
-
Получить изображение нескольких векторов в разных точках поля на разном расстоянии от зарядов
Вопрос: 11. Какую неточность в изображении векторов напряженности вы заметили?
12. Какие изменения необходимо ввести для правильного изображения вида поля и почему?
Выйти из программы ELECTROS.COP и запустить «Физика в картинках».
Свойства силовых линий.
Задание 1. Определение направления линий напряженности точечных зарядов.
Поле заряда q=+1
|
Поле заряда q=-1
|
|
|
Задание 2. Определение направления линий напряженности системы зарядов.
Одноименные
|
Разноименные
|
q=+1
|
q=-1
|
q=±1
|
|
|
|
Вывод:
Задание 3. Установить зависимость между числом линий и величиной заряда.
Величина зарядов
|
Число линий
|
q>0
|
q<0
|
q=1
|
|
|
q=2
|
|
|
Вывод:
Задание 4. Определить вид поля 2 параллельно расположенных заряженных пластин.
Вывод:
+q -q
© Келлих Т.Г. кабинет физики