План - конспект урока "Проводники и диэлектрики в электрическом поле" для студентов 1 курса в колледже

Ф.КП-05-04

САБАҚ ЖОСПАРЫ № 24

ПЛАН УРОКА №24

Бағдарлама тарауының атауы

Наименование раздела программы: Электростатика.

Сабақ тақырыбы

Тема урока: Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

Оқыту әдістемесі

Метод обучения: объяснительно-иллюстративный, наглядно-демонстрационный

Сабақ түрі

Тип урока: комбинированный.

Сабақ мақсаты

Цель урока:

1.Дидактикалық

дидактическая (образовательная): сформировать понятия «свободный заряд», «электростатическое поле внутри проводника»; изучить практическое применение электростатической защиты; выяснить природу диэлектриков с точки зрения электронной теории; сформировать умение объяснять явления с помощью понятия «поляризация диэлектриков»; раскрыть практическое значение диэлекириков в народном хозяйстве.

2.Дамытушылық

Развивающая: развитие логического мышления, умения анализировать и систематизировать.

3.Тәрбиелік

Воспитательная: воспитание чувства ответственности и готовности к сотрудничеству; приобретение навыков общения и самоорганизации; способствовать формированию научного мировоззрения.

Сабақ көрнекілігі

Обеспечение урока: эбонитовая палочка, труба на нити, два металлических диска, электрометр со стержнем, полый металлический шар. Набор диэлектриков. Презентация.

Интернет сайты:

Использованные источники:

http://class-fizika.narod.ru/10_3.htm

http://edurt.ru/lib/index.php?st=2606&type=3&lang=1

https://myslide.ru/presentation/skachat-dielektriki-i-provodniki-v-elektricheskom-pole

https://iralebedeva.ru/physic17.html

САБАҚ БАРЫСЫ

ХОД УРОКА

1.Ұйымдастыру бөлімі

Организационная часть:

• Взаимное приветствие студентов и преподавателя.

• Проверка готовности студентов к уроку(внешняя).

• Отметка отсутствующих в журнале.

• Сообщение темы, цели и задач урока.

2. Үй тапсырмасының орындалуын тексеру

Проверка выполнения домашнего задания:

1. Проверить выполнение тестового задания.

2. Проверить наличие выполненных задач из О3 № 682-684.

3. Физический диктант.

1. Если работа сил поля по любой замкнутой траектории равна нулю, то поле называется …? (потенциальным).

2. От каких величин зависит работа сил электростатического поля? (От заряда, напряжённости, расстояния).

3. Зависит ли работа сил электростатического поля от формы траектории? (Нет)

4. Назовите энергетическую характеристику электрического поля? (Потенциал)

5. В каких единицах она измеряется? (В вольтах).

6. Зависит ли значение потенциала от выбора нулевого уровня? (Да).

7. Чему равна работа сил электростатического поля при перемещении заряда перпендикулярно силовым линиям поля? (0).

8. При нахождении общего потенциала нескольких электрических полей все потенциалы … (Алгебраически складываются).

9. Чему равна работа кулоновских сил на замкнутом пути? (0).

10. Чему в электростатике равно напряжение? (Разности потенциалов).

11. В чём измеряется напряжение? (Вольт).

12. Как называются поверхности равного потенциала? (Эквипотенциальными).

13. Как направлен вектор напряжённости электростатического поля относительно эквипотенциальных поверхностей? (Перпендикулярно им, в сторону уменьшения потенциала).

14. Каким образом связаны напряжение и напряжённость в однородном электростатическом поле? (U=E•d).

4. Жаңа материалды мазмұндау

Изложение нового материала:

План

1. Проводники и диэлектрики. Свободные носители электрическиз зарядов.

2. Электризация металлов в электрическом поле.

3. Явление электростатической индукции.

4. Условие стационарности электрических зарядов на проводнике.

5. Поверхностная плотность электрических зарядов на проводнике.

6. Напряжённость и потенциал проводника, помещённого в электрическое поле.

Графики изменения напряжённости и потенциала проводника.

1. Электростатическая защита. Громозащита.

2. Оказание первой помощи человеку, поражённому электрическим током.

3. Различие в строении диэлектриков и проводников. Понятие связанного заряда. Электрические свойства нейтральных атомов и молекул.

Рассмотрим поведение в электростатическом поле веществ, которые не могут проводить электрический ток (диэлектриков), и тех веществ, которые его проводят (проводники) (слайд №2).

Почему диэлектрики не проводят электрический ток?

Диэлектрики - это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, т.е. таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объему тела. Поэтому диэлектрики не могут проводить электрический ток.

Диэлектрики иначе называются изоляторами. Назовите примеры твердых тел, являющихся диэлектриками (изоляторами).

Ответ: Диэлектриками являются многие твердые тела (фарфор, янтарь, эбонит, стекло, кварц, мрамор и др.), некоторые жидкости (например, дистиллированная вода) и все газы.

По внутреннему строению диэлектрики разделяются на полярные и неполярные (слайд № 4).

В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К таким диэлектрикам относятся спирт, вода, аммиак и др. (слайд № 5).

Рассмотрим поведение типичного полярного диэлектрика в электрическом поле (слайд №6). В отличие от проводников в диэлектриках нет свободных зарядов, которые могли бы под действием поля перемещаться по всему объему. Все электрические заряды диэлектрика связаны с молекулами и атомами вещества. Под действием электрического поля эти заряды могут смещаться только в пределах микроскопических объемов. Процесс смещения этих зарядов называют, поляризацией диэлектриков.

Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают. К таким веществам относятся инертные газы, водород, кислород, полиэтилен и др. (слайд № 7).

Если диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, то происходит поляризация диэлектрика. При этом процессе молекулы диэлектрика ориентируются по внешнему электрическому полю. На противоположных поверхностях диполя появляются связанные заряды. Это приводит к тому, что в диэлектриках возникает свое электрическое поле, направленное против внешнего, и в сумме поле внутри диэлектрика будет меньше внешнего. Диэлектрическая проницаемость, о которой мы говорили раньше, характеризует способность диэлектрика к ослаблению внешнего поля (слайд № 9).

Внесём полярный диэлектрик в электростатическое поле и посмотрим, что при этом произойдёт. В полярных диэлектриках поляризация происходит в результате переориентации диполей. Когда нет внешнего поля, диполи сориентированы хаотично и суммарное поле внутри вещества равно нулю. Во внешнем поле под действием кулоновских сил происходит поворот диполей. Воздействие внешнего электрического поля испытывают все молекулы диэлектрика. Это приводит к тому, что в диэлектрике возникает собственное электрическое поле. Электрическое поле внутри диэлектриков будет ослаблено по сравнению с внешним полем Е. Наряду с ориентирующим действием кулоновских сил, дипольные молекулы находятся под влиянием теплового движения. Тепловое движение стремится нарушить ориентацию диполей (слайд № 10).

Когда неполярный диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле, происходит перераспределение зарядов внутри молекул таким образом, что в целом в диэлектрике появляется собственное поле. В отличие от полярных диэлектриков, здесь нет влияния теплового движения на процесс поляризации.

Убедимся в этом на опыте. Возьмём электрометр с металлическим диском и зарядим его положительно. Поднесём к диску лист пластика, стрелка электрометра приблизилась к стержню. Значит, диэлектрик ослабляет поле диска.

Для того чтобы описать, как сильно ослабляет диэлектрик электрическое поле, вводят величину, которую называют диэлектрической проницаемостью.

Если обозначить Ео - напряжённость электрического поля в вакууме;

Е - напряжённость электрического поля в диэлектрике;

ε-диэлектрическая проницаемость среды, то получим формулу ( слайд № 11):

Главное отличие проводников от диэлектриков - наличие свободных зарядов, которые могут перемещаться под действием кулоновских сил. Это свойство проводников позволяет объяснить их поведение в электрическом поле.

Если проводник заряжен, то есть на нем находится избыточный заряд какого-либо знака, то из-за того, что одноименные заряды отталкиваются, они будут стремиться занять как можно больший объем и окажутся все на поверхности проводника. Наличие поля внутри привело бы к непрерывному движению зарядов до тех пор, пока поле не исчезло бы. Таким образом, внутри заряженного проводника электростатическое поле отсутствует. Потенциал внутри проводника постоянен ( слайд № 13).

Проведём опыт. Поднесём незаряженную гильзу к заряженной стеклянной пластине. Гильза притянется к пластине. А ведь в электрические взаимодействия вступают только заряженные тела! Посмотрим, как такое возможно. Когда мы подносим гильзу к заряженной пластине, то под действием её электрического поля свободные электроны металлической гильзы приходят в направленное движение и собираются на левой стороне гильзы. Поэтому гильза притягивается к пластине.

Правая сторона гильзы, с которой “сбежали” электроны, заряжается положительно. Поэтому внутри гильзы возникает своё электрическое поле, направленное против внешнего поля. И как только внутреннее поле станет равным внешнему полю, движение электронов прекратится. Внутри заряженного проводника поле становится равным нулю.

Если проводник поместить во внешнее электрическое поле, то начнется перемещение свободных зарядов таким образом, что положительные заряды скапливаются на одной стороне, а отрицательные - на противоположной. Перераспределение зарядов будет происходить до тех пор, пока поле, созданное этими зарядами, не скомпенсирует внешнее поле. Если в этот момент разделить проводник плоскостью, перпендикулярной внешнему полю, то разделенные части проводника окажутся заряженными разноименно.

В разделении зарядов и заключается явление электростатической индукции. Благодаря этому явлению осуществляется электростатическая защита. Если какой-либо прибор необходимо защитить от внешних электрических полей, то его помещают в проводящую оболочку.

Этот вывод наглядно продемонстрировал английский физик Майкл Фарадей. Он провёл следующий опыт. Оклеил большую деревянную клетку листами станиоля (оловянной бумагой) и изолировал её от Земли. При помощи электрической машины Фарадей очень сильно зарядил клетку, а сам поместился в неё с чувствительным электроскопом. При этом электроскоп не показывал никакого отклонения.

Можно провести подобный опыт. (Демонстрируется опыт)

Возьмём электрометр, на стержне которого укреплена малая сфера, и поднесём к нему положительно заряженную стеклянную пластину. Под действием поля пластины стрелка электрометра отклонится от стержня. Накроем теперь сферу калориметром и так же поднесём заряженную пластину. Стрелка отклоняться не будет. Калориметр оказывает экранирующее действие. Внутри него электрического поля нет.

Если напряженность электрического поля будет направлена под углом к поверхности проводника, то под действием составляющей этого поля, параллельной поверхности, заряды двигались бы непрерывно, что противоречит закону сохранения энергии. Отсюда следует вывод - напряженность электростатического поля перпендикулярна поверхности проводника. Также известно, что эквипотенциальные поверхности перпендикулярны силовым линиям, поэтому поверхность проводника является эквипотенциальной.

Студенты в тетрадь записывают основные положения из ОК «Проводники».

Сегодня на уроке мы разобрали поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Сделаем выводы:

• Диэлектрики - это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц.

• В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

• Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.

• При поляризации молекулы диэлектрика ориентируются по внешнему электрическому полю.

• Диэлектрическая проницаемость характеризует способность диэлектрика к ослаблению внешнего поля.

• Тепловое движение влияет на поляризацию полярных диэлектриков.

• Главное отличие проводников от диэлектриков - наличие свободных зарядов, которые могут перемещаться под действием кулоновских сил.

• Внутри заряженного проводника электростатическое поле отсутствует.

• Потенциал внутри проводника постоянен.

• Напряженность электростатического поля перпендикулярна поверхности проводника. Поверхность проводника является эквипотенциальной.

5. Жаңа материалды бекіту

Закрепление нового материала:

1. Решить качественные задачи:

• Почему можно наэлектризовать трением стеклянную палочку, держа её в руке, а металлический стержень нельзя?

• Как надо поступить, чтобы наэлектризовать металлический предмет, например, ложку?

• Почему присоединение к водопроводному крану может служить одним из способов заземления?

• Почему мокрые волосы не электризуются при расчёсывании?

• Почему в сырую погоду или при большой влажности в помещении опыты по электричеству оказываются чаще всего неудачными?

1. Ответить на вопросы теста.

Тест по теме «Проводники и диэлектрики в электрическом поле»

1. Үй тапсырмасы

Домашнее задание: О1, Гл.8 п.8.8.-8.9, с.242 Упр.17 №1,2.

Заполнить таблицу (пропущенные клетки)

1. Итоги урока.

2. Рефлексия урока.

Оқытушының қолы/

Подпись преподавателя: ____________