Конспект урока работа сил электростатического поля 10 класс
Обновлено: 05.07.2024
Напряжённость - отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля точечный заряд, к этому заряду.
Потенциал точки электростатического поля -отношение потенциальной энергии заряда, помещённого в данную точку, к этому заряду.
Напряжение – разность потенциалов.
Потенциальное поле – поле, работа которого по перемещению заряда по замкнутой траектории всегда равна нулю.
Напряжённость направлена в сторону убывания потенциала.
Эквипотенциальные поверхности – поверхности равного потенциала.
Свободные заряды - заряженные частицы, способные свободно перемещаться в проводнике под влиянием электрического поля.
Электростатическая индукция – явление разделения зарядов и их распределение по поверхности проводника во внешнем электрическом поле.
Основная и дополнительная литература
Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 290 – 320.
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 9 – 11 класс. М. Дрофа, 1999 – С. 93 - 102
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создаёт в окружающем пространстве электрическое поле.
Электрическое поле - это особый вид материи, посредством которой происходит взаимодействие зарядов. Скорость распространения электрического поля в вакууме равна 300000 км/с.
Напряжённость Е - силовая характеристика электрического поля.
Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках, называется однородным. Поле между параллельными пластинами однородно
Главное свойство электрического поля – это действие его на электрические заряды с некоторой силой.
Напряжённость-это отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля точечный заряд, к этому заряду.
Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают поля, напряжённости которых Е1, Е2, то результирующая напряжённость поля в этой точке равна геометрической сумме напряжённостей этих полей. В этом состоит принцип суперпозиции полей.
Заряд, помещенный в электрическое поле обладает потенциальной энергией.
Потенциалом φ точки электростатического поля называют отношение потенциальной энергии Wn заряда, помещённого в данную точку, к этому заряду q.
Напряжение – это работа, совершаемая полем при перемещении заряда 1Кл.
Примеры и разбор решения заданий
1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго
Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле
Решение: вспомнив формулы величин, можем установить:
Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле
2. В однородном электрическом поле напряжённостью 1 В/м переместили заряд -25 нКл в направлении силовой линии на 2 см. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии заряда и напряжение между начальной и конечной точками перемещения.
Работа электрического поля при перемещении заряда вдоль силовой линии:
при этом изменение потенциальной энергии равно:
Напряжение между начальной и конечной точками перемещения равно:
ΔA = -25 · 10 -9 Kл · 10 3 B/м · 0,02 м = -0,5 мкДж;
Ответ:
Цель урока: формирование понятия потенциал как энергетической характеристики электростатического поля, представлений об эквипотенциальных поверхностях, умений определять потенциал электростатического поля точечного заряда, равномерно заряженной сферы, системы точечных зарядов, работу сил однородного электростатического поля.
Актуализация опорных знаний
Как обнаружить существование электрического поля?
Дайте определение напряженности электрического поля? Какова единица напряженности?
Как напряженность электрического поля зависит от расстояния?
Где начинаются и где заканчиваются линии напряженности электростатического поля?
Какое электрическое поле называется однородным?
Сформулируйте принцип суперпозиции электростатических полей.
Физический диктант
Как называется поле неподвижных зарядов?
Что является источником электрического поля?
Как называется сила, с которой взаимодействуют заряды?
Как называется физическая величина, равная отношению силы, действующей на заряд со стороны электрического поля, к этому заряду?
В каких единицах измеряется напряженность?
Как направлены силовые линии электрического поля?
Как изменится напряженность при увеличении электрического заряда?
Как изменится напряженность при увеличении расстояния от точки до заряда?
Как изменится сила, действующая на заряд, если напряженность электрического поля увеличить в 2 раза?
Какой заряд помещен в электрическое поле, если вектор силы, действующей на заряд, совпадает с вектором напряженности по направлению?
Новый материал
При перемещении тела между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от формы траектории его движения. Силы гравитационного и электрического взаимодействия имеют одинаковую зависимость от расстояния, и векторы сил направлены вдоль прямой, соединяющей точечные тела.
Можно предположить, что при перемещении заряда в электростатическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от формы.
На заряд, помещенный в электростатическое поле напряженностью , действует сила , поэтому при его перемещении из А в В полем будет совершаться работа
Найдем работу поля при перемещении заряда по траектории АСВ
Найдем работу поля при перемещении заряда по криволинейной траектории.
Электростатическое поле ‒ это потенциальное поле, т.е. работа по перемещению заряда в этом поле не зависит от формы траектории, а зависит от начальной и конечной координат заряда.
Из механики: работа консервативных сил равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:
С другой стороны
Рассмотрим два точечных заряда, расположенных на некотором расстоянии друг от друга.
Потенциальная энергия взаимодействия двух зарядов равна
Если заряды одноименные, то
Если заряды разноименные, то
Рассмотрим несколько точечных зарядов. Потенциальная энергия их взаимодействия равна сумме потенциальных энергий всех пар взаимодействующих зарядов
Введем еще одну характеристику электрического поля.
В точку А однородного электростатического поля с напряженностью помещаем заряд .
Потенциальная энергия заряда в этой точке
Найдем значение величины
В точку А однородного электростатического поля с напряженностью помещаем заряд .
Потенциальная энергия заряда в этой точке
Найдем значение величины
Аналогичный результат мы получим, если будем помещать в эту точку другие заряды. Следовательно, величина
Не зависит от величины заряда, который мы помещаем в электрическое поле;
Но зависит от параметров электрического поля
От напряженности поля
От координаты точки поля
Новая характеристика электрического поля ‒ потенциал поля в данной точке
Потенциал электростатического поля ‒ это скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии, которой обладает точечный заряд в данной точке поля, к величине этого заряда.
Потенциал ‒ это энергетическая характеристика электрического поля.
Пусть электрическое поле создано точечным зарядом . В точке А, расположенной на расстоянии от заряда потенциал поля:
Значение потенциала электрического поля, созданного сферой радиуса , имеющего заряд , в точке А на расстоянии от центра сферы, равно
Потенциал (как и потенциальная энергия) зависит от выбора нулевого уровня
За нулевой потенциал в технике выбирают:
Потенциал поверхности Земли
Потенциал проводника, соединенного с Землей (заземленный)
За нулевой уровень потенциала в физике принимается любая точка, бесконечно удаленная от зарядов, создающих поле
Если электрическое поле создано:
Зарядом , то потенциал этого поля
Зарядом , то потенциал этого поля
Принцип суперпозиции: потенциал поля, созданного несколькими зарядами, в некоторой точке пространства равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых в этой точке каждым из зарядов в отдельности.
Для графического изображения полей, кроме силовых линий электрического поля, удобно использовать эквипотенциальные поверхности (линии) ‒ поверхности (линии) равного потенциала.
Через каждую точку поля проходит только одна силовая линия и одна эквипотенциальная поверхность, причем в каждой точке поля силовая линия и соответствующая эквипотенциальная поверхность взаимно перпендикулярны.
Докажем факт взаимной перпендикулярности силовой линии и эквипотенциальной поверхности методом от противного. Предположим, что они не перпендикулярны. Тогда при движении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности полем совершалась бы работа вследствие того, что существовала бы компонента поля вдоль поверхности. Но в этом случае она не была бы эквипотенциальной, так как ее потенциал не был бы одинаков во всех точках траектории при таком движении. Мы пришли к противоречию, что доказывает истинность исходного утверждения.
Потенциал всякого изолированного проводника можно измерить, сравнивая его с потенциалом Земли. Сделать это можно с помощью прибора, называемого электрометром или электростатическим вольтметром. Один из простейших электрометров ‒ электрометр Брауна ‒ аналогичен по устройству обычному электроскопу. Для определения потенциала заряженного проводника необходимо соединить его со стержнем электрометра, а металлический корпус электрометра соединить с Землей. Часть заряда перейдет на стержень электрометра и на подвижную легкую стрелку, которая, отталкиваясь от стержня, отклонится на некоторый угол и укажет на шкале значение потенциала проводника относительно Земли.
Электрометр Брауна пригоден для измерения разности потенциалов от 1000 до 10000 В. Существуют чувствительные электрометры, при помощи которых можно измерять разности потенциалов от 0,1 до 0,01 В. Напряжения от 0,1 до 1000 В измеряют с помощью бытовых вольтметров.
Закрепление изученного
Что понимают под работой электростатического поля?
Запишите формулу работы электростатического поля по перемещению в нем заряда
Как связано изменение потенциальной энергии электростатического поля с совершаемой им работой?
От чего зависит работа по перемещению заряда из одной точки поля в другую?
Чему равна работа электростатического поля по перемещению заряда по замкнутому контуру?
Работа электрического поля точечных зарядов. Потенциал.
Урок изучения нового материала
Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу)
10.4.1.4 -рассчитывать потенциали работу электрического поля точечных зарядов ;
Учащиеся будут: знать формулу работы по перемещению заряда в электрическом поле
Большинство смогут: рассчитывать работу по перемещению заряженной частицы в однородном поле
Некоторые смогут : определяет напряженность через градиент потенциала, анализировать изменение потенциальной энергии с работой, решать задачи высокого уровня на определение работы и потенциала электрического поля.
Критерииоценивания
-объясняет, почему электрическое поле потенциально
-знает формулы работы электрического поля
-применяет формулы работы для решения расчетных задач, находит потенциал в точке электрического поля, определяет напряженность через градиент потенциала;
-анализирует изменение потенциальной энергии с работой.
Языковыецели
Учащиеся могут использовать термины устного и письменного объяснения поведения заряженных частиц в электрическом поле
Предметная лексика и терминология: Суперпозиция, электрическое поле, равнодействующее поле, вектор, плотность силовых линий
Серия полезных фраз для диалога/письма
Поле сильнее, если.
Поле слабее, если.
Принцип суперпозиции означает…
Напряженность электрического поля означает…
Привитиеценностей
Учащиеся достигают целей обучения и получают определенный объем знаний, р азвивают навыки сотрудничества, умение критически мыслить, уважение к идеям окружающих.
Реализация ГГ
Показать вклад ученых разных стран в процесс создания устройств, использующих электростатическое поле.
Межпредметныесвязи
Осуществляется через применение знаний по химии о строении вещества, через применение математических методов при решении графических и расчетных задач
Навыкииспользования ИКТ
Применение видео-клипов и презентации для лучшего понимания электрических процессов
Предварительныезнания
7 класс: мощность и энергия.
8 класс: заряд; кулон; закон Кулона; представление электрического поля в виде силовых линий.
9 класс: закон всемирного тяготения Ньютона; понятие напряженности гравитационного поля.
Э тапыурока
Запланированнаядеятельностьнауроке
Стартер урока. Демонстрация 1.Сожмите пружину двумя мячами (например, теннисными), неплотно прикрепленными к ее концам. Сожмите их близко друг к другу, а затем отпустите систему - пружина будет разжиматься, а мячи должны отлететь.
1. Как определить потенциальную энергию сжатия пружины?
2. Как определить кинетическую энергию движения мячей?
Демонстрация 2. Перенесите мячикна одну и ту же высоту по разным траекториям и спросите учащихся, зависит ли работа силы тяжести от формы траектории?
Поставьте проблему перед учащимися в виде вопросов. Дайте возможность высказаться желающим: Представьте, что вместо мячей находятся электрические заряды
1.Как определится потенциальная энергия , когда заряды находятся близко друг к другу.
2. Что произойдет, если заряды удалить на большее расстояние?Почему движение заряда в однородном электростатическом поле аналогично движению тела в гравитационном поле?
2. Почему электростатическое поле потенциально?
3. Чему равна потенциальная энергия двух зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга?
Тема и цели урока. Сформулируйте задачи урока вместе с учащимися.
(I) Изучение нового материала. Короткая лекция учителя с обсуждением.
Мы с вами выяснили, что при перемещении тела между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от формы траектории его движения. Так же, нам известно, что силы гравитационного и электрического взаимодействия имеют одинаковую зависимость от расстояния, и векторы сил направлены вдоль прямой, соединяющей точечные тела. (Попросите учащихся назвать формулы гравитационной силы и силы Кулона)
Работа поля положительна и равна:
По аналогии с гравитационным полем, при перемещении заряда в электростатическом поле из одной точки в другую, работа сил электрического поля не зависит от формы траектории.
При перемещении вдоль частей ступенек, перпендикулярных напряженности поля E , работа не совершается
При перемещении вдоль частей ступенек, параллельных E , совершается работа , равная работе по перемещению заряда из точки 1 в точку 2 на расстояние Δ d вдоль силовой линии
Отметить, что если работа не зависит от формы траектории, то она равна разности потенциальных энергий в конце и в начале траекторий, взятой с противоположным знаком, т.е.
A = – ( Wp 2 – Wp 1 ) = – Δ Wp
Ранее мы получили формулу: A = – ( qEd 2 – qEd 1 )
Очевидно, что потенциальная энергия заряда в однородном
электростатическом поле равна: Wp = qEd =
Важные зависимости
• Если A > 0, то Δ Wp потенциальная энергия заряженного тела уменьшается, а кинетическая энергия возрастает;
• Если A то Δ Wp > 0 – потенциальная энергия возрастает, а кинетическая энергия уменьшается;
• Если А = 0, то Δ Wp = 0 – потенциальная энергия не изменяется и кинетическая энергия постоянна.
• На замкнутой траектории работа поля равна нулю
Просмотр отрывка из видеоролика о том, что такое электростатическое поле в 3Д анимации. Представлено взаимодействие зарядов.
Первичное закрепление знаний. Учащиеся работают в парах . Устно отвечают на вопросы, один слушает и оценивает ответ, второй отвечает. Критерии оценивания – 2 балла если ответ полный и верный, 1 балл – если ответ верный, но не полный или в ответе сделаны неточности, 0 баллов – ответ не верный.
1. Что понимают под работой электрического поля?
3. Какие поля называются потенциальными?
4. Как связано изменение потенциальной энергии с работой?
5. Чему равна потенциальная энергия заряженной частицы в однородном поле?
Целевая аудитория: для 10 класса
Предлагаются материалы для проведения урока в 10-м классе. Презентация статическая, содержит материалы опорного конспекта, тестовые вопросы.
На данном уроке учащиеся знакомятся с понятиями работа по перемещению электрического заряда, потенциальная энергия, потенциал, напряжение, эквипотенциальные поверхности. Содержательный ресурс. Спасибо.
Физкультминутки обеспечивают кратковременный отдых детей на уроке, а также способствуют переключению внимания с одного вида деятельности на другой.
Диплом и справка о публикации каждому участнику!
© 2007 - 2022 Сообщество учителей-предметников "Учительский портал"
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-64383 выдано 31.12.2015 г. Роскомнадзором.
Территория распространения: Российская Федерация, зарубежные страны.
Учредитель: Никитенко Евгений Игоревич
Сайт является информационным посредником и предоставляет возможность пользователям размещать свои материалы на его страницах.
Публикуя материалы на сайте, пользователи берут на себя всю ответственность за содержание материалов и разрешение любых спорных вопросов с третьими лицами.
При этом администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта.
Если вы обнаружили, что на сайте незаконно используются материалы, сообщите администратору через форму обратной связи — материалы будут удалены.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы пользователями сайта и представлены исключительно в ознакомительных целях. Использование материалов сайта возможно только с разрешения администрации портала.
Фотографии предоставлены
Читайте также: