Урок по физике в 10 классе по теме "Практическая работа. Задачи на использование закона Кулона"

Урок по физике в 10 классе по теме "Практическая работа. Задачи на использование закона Кулона"

Учитель: Умралина М.Д.

Цели:

• Образовательная. Сформировать знания обучающихся о точечном заряде, о силе взаимодействия между зарядами, разъяснить физический смысл закона Кулона, указать границы его применения, научить решать разноуровневые задачи на применение закона Кулона, сформировать умения работать с компьютерной моделью.

• Развивающая. Показать роль практики как источника развития знаний и критерия истины. Сформировать мировоззренческие качества, в том числе, понимание общности явлений и процессов, их описывающих, место физики в жизни.

• Воспитательная. Воспитание мотивов учения, положительного отношения к знаниям. Воспитание эстетических взглядов в процессе творческой деятельности учащихся, в том числе самостоятельно применять знания по теме в повседневной жизни.

Оборудование: компьютеры, мультимедийный проектор, компьютерная презентация по данной теме, компьютерный тест, раздаточный материал (карточки с заданиями).

Ход урока

Подготовка к уроку: Класс предварительно делится на 3 группы, примерно равные по силам. В каждой группе выбирается консультант. (См. приложение №3).

I. Организационный момент (1-1,5 минуты). Проверка отсутствующих, внешнее состояние кабинета, рабочих мест, наличие дежурных.

II. Повторение изученного материала (до 8 минут)

Физический диктант: “Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда”. (См. приложение №4)

Диктант выполняется на отдельных листочках (на каждый вопрос полминуты времени). После выполнения листочки собираются, и учитель зачитывает правильные ответы.

Напоминает, что за 8 правильных ответов отметка “5”, за 7,6 – “4”, за 5 – “3”, за 4 и меньше – “2”

О качестве усвоения материала учитель судит по количеству рук, поднятых вверх при ответе на вопрос “Кто ответил на 5 и более вопросов?”

Какой вопрос вызвал затруднения? Трудный вопрос обязательно разбирается.

III. повторение нового материала (до 5 минут)

Возвращаемся к первому вопросу физического диктанта: “Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?”

Ставлю учебную проблему, решение которой возможно лишь на основе изучения темы “Закон Кулона”.

По аналогии с законом всемирного тяготения отвечаем на вопрос: “От чего зависит величина силы взаимодействия между заряженными телами?”

Далее учитель зачитывает вопросы на доске (с 1 по 7), поясняет, что работая в группах над содержанием §8.1, им необходимо дать положительную оценку силы взаимодействия зарядов, т. е. раскрыть физический смысл основного закона электростатики, закон Кулона, указать границы его применимости, научиться решать несложные задачи на применение формулы закона Кулона.

Напоминаю учащимся состав групп, консультантов.

Консультант организует деятельность группы – каждый работает самостоятельно над содержанием параграфа, а затем готовит один конкретный вопрос, какой именно, определяет консультант и расскажет о нем всей группе.

Цель работы в группе: за 10 минут все члены группы должны узнать ответы на все вопросы.

Ответы на вопросы:

1. Основной закон электростатики был установлен экспериментально французским ученым Ш. Кулоном в 1785 г. В опытах Кулона измерялись силы взаимодействия заряженных шаров.

Для измерения этой силы Кулон использовал крутильные весы (подробно рассмотреть рисунок в учебнике).

Маленькая тонкая незаряженная сфера на одном конце коромысла уравновешивалась бумажным диском на другом конце. Поворотом коромысла она приводилась в контакт с такой же неподвижной заряженной сферой, в результате чего ее заряд делился поровну между сферами.

Диаметр сфер выбирался много меньше, чем расстояние между сферами, чтобы исключить влияние размеров и формы заряда на результаты измерения (очень важно!).

Сферы начинают отталкиваться, как одноименно заряженные тела, закручивают нить. Максимальный угол поворота коромысла фиксируется по наружной шкале, был пропорционален силе, действующей на сферу.

Кулон определил силу взаимодействия заряженных сфер по углу поворота коромысла.

2. Закон Кулона устанавливает связь между силой взаимодействия 2-х точечных неподвижных зарядов, находящихся в вакууме, величинами их зарядов и расстоянием между ними.

Что нужно знать про любой закон физики?

1. К какому типу законов относится данный закон.

Есть два типа законов: 1) Закон как следствие теории. Отвечает на вопрос: «почему это происходит?». 2) Эмпирический закон. Отвечает на вопрос: «Как это происходит?» (эмпирио – с латинского опыт).

Закон Кулона отвечает на вопрос: Как взаимодействуют точечные электрически заряженные тела?

1. Словесная формулировка.

2. Тест (См. приложение №3).

Решение задач:

Уровень 1:

Задача СЗ-10 № 3.19

Уровень 2:

Задача СЗ-10 № 3.21, 3.38

В вершинах квадрата расположены одинаковые заряды q. Определить силу, действующую на каждый заряд. Сторона квадрата а. Какой заряд надо поместить в центре квадрата, чтобы вся система была в равновесии?

а) Т.к. каждый заряд находится в поле остальных зарядов, то со стороны этих зарядов на него действуют кулоновские силы отталкивания. сила, действующая на каждый заряд, может быть определена как векторная сумма всех сил: . Скалярная величина силы определяется по закону Кулона: ; ;

; .

б) Чтобы система находилась в равновесии, все силы должны компенсировать

друг друга, т.е. F = F54; ; ; .

Ответ: а)  б) 

Два маленьких одинаковых металлических шарика несут разноименные заряды +q и – 5q. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на прежнее расстояние. Как изменился модуль силы взаимодействия шариков?

1) Увеличился в 1.8 раза. 2) Уменьшился в 1.8 раза 3) Не изменится

4) Уменьшится в 1.25 раза. 5) Увеличится в 1.25 раза

Дано: q1 = +q q2 = – 5q	Решение: Между двумя разноименно заряженными шариками действует кулоновская сила притяжения . Когда шарики привели в соприкосновение, произошло перераспределение зарядов. Т.к.

эти шарики одинаковые, то заряды у них выравниваются:

 И тогда ; ;.

Уровень 3:

Задача Рымкевич 2007, № 685 (680):

Одинаковые шарики массой по 0,2 г, подвешены на нити так, как показано на рис. Расстояние между шариками ВС=3 см. Найти силу натяжения нити на участках АВ и ВС, если шарикам сообщили одинаковые по модулю заряды по 10 нКл. Рассмотрим случай: а) заряды одноименные; случай: в) заряды разноименные – на дом.

Дано:

а) q₁, q₂ — одноименные; б) q₁, q₂ — разноименные.

Найти: Т1, Т2.

Решение.

Запишем второй закон Ньютона для первого и второго шариков:

Из (2.а) выражаем Т₂:

Подставим выражение для Т₂ в (1.а) и выразим Т₁.

б) Запишем второй закон Ньютона для первого и второго шариков:

Из (2.б) выражаем Т₂:

Подставим выражение для Т₂ в (1.б) и выразим Т₁.

Ответ: а) Т₁ = 4 мН; Т₂=3 мН; б) Т₁ = 4 мН; Т₂=1 мН.

Городская олимпиада по физике:

С какой силой будут притягиваться два одинаковых свинцовых шарика радиуса 1 см, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, если у каждого атома первого шарика отнять по одному электрону и все эти электроны переместить на второй шарик. Атомная масса свинца А=207, плотность свинца 11,3 г/см³.

Оценки за урок.

Рефлексия:

1. Было легко и интересно.

2. Было трудно, но интересно.

3. Было трудно и не интересно.

Домашнее задание: упр. 16 (1, 2)

Приложение №1

1. Измерение силы взаимодействия зарядов с помощью крутильных весов.

2. Подготовить сообщение о законе Кулона, используя алгоритмический план рассказа о законе.

3. Чем отличается закон Кулона от закона всемирного тяготения?

4. В каких единицах выражается электрический заряд?

5. Что такое электрическая постоянная, коэффициент пропорциональности?

6. Во сколько раз кулоновская сила отталкивания протонов больше их гравитационного притяжения?

7. Почему при описании механического движения не учитываются гигантские электрические силы?

Приложение №2

Что надо знать о законе.

1. Между какими явлениями (процессами ) или величинами закон выражает связь.

2. Формулировку закона.

3. Математическое выражение закона.

4. Опыты, подтверждающие справедливость закона.

5. Учет и использование закона на практике.

6. Границы применимости закона.

Приложение №3

Тема: «Электростатика» Элементарный заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона.

1. Если одинаковые металлические шары, имеющие заряды +q и +q, привести в соприкосновение и развести на прежнее расстояние, то модуль силы взаимодействия

А. станет равным +2q

Б. Не изменится

В. Станет равным нулю

Г. станет равным - q

2. Частица, обладающая наименьшим положительным зарядом, - это...

А. Нейтрон Б. Электрон. В. Ион. Г. Протон

3. Частица, пролетающая над отрицательно заряженной пластиной - …

А. Нейтрон Б. Протон В. Атом Г. Электрон

-q

4. Если у тела количество протонов больше количества электронов, то оно …

А. Не имеет заряда.

Б. Положительно заряжено.

В. Отрицательно заряжено.

Г. Может быть как положительно, так и отрицательно заряжено.

5. Капля ртути, имевшая заряд 2q, слилась с другой каплей с зарядом -3q. Заряд вновь образовавшейся капли равен …

А. 5q. Б. -5q, В. -1q. Г. 1q

6. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух небольших заряженных шаров при увеличении зарядов каждого из них в 2 раза, если расстояние между шарами остается неизменным?

А. Уменьшится в 4 раза.

Б. Увеличится в 2 раза.

В. Уменьшится в 2 раза.

Г. Увеличится в 4 раза.

7. Алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой системе остается постоянной. Приведенное выражение формулирует:

А. Закон сохранения электрических зарядов.

Б. Закон Кулона.

В. Процесс электризации.

Г. Закон сохранения энергии

8. Электрический заряд в Международной системе единиц выражается в …

А. м. Б. Н В. Кл. Г. А.

9. При увеличении расстояния между двумя точечными зарядами в 3 раза сила взаимодействия между ними …

А. Уменьшилась в 9 раз.

Б. Уменьшилась в 3 раза.

В. Увеличилась в 3 раза.

Г. Увеличилась в 9 раза.

10. Положительный и отрицательный заряды сначала находились на расстоянии 4 см друг от друга. Когда они сблизились до 1 см, сила взаимодействия

А. Уменьшилась в 16 раза.

Б. Увеличилась в 16 раз

В. Уменьшилась в 3 раза.

Г. Увеличилась в 3 раза

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Б	Г	Г	Б	В	Г	А	В	А	Б

Приложение №5

Закон Кулона – основной закон электростатики.

В 1785 году французский ученый Шарль Кулон с помощью крутильных весов установил количественные результаты силы взаимодействия зарядов:

F ~ , введя коэффициент пропорциональности

F=k ;q_1,q₂ – точечные заряда – заряженное тело, размер которого много меньше расстояния между точечными заряженными телами,

r – расстояние его возможного действия на другие тела.

K= в вакууме. К==

ε₀= - электрическая постоянная

F = - закон Кулона в СИ для вакуума

1 Кл - электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за 1 секунду.

1Кл=1A × 1C

Электрическая сила взаимодействия частиц больше гравитационной на 39 порядков.

Границы применимости:

1. Для точечных заряженных тел.

2. Заряженные тела должны быть неподвижными.

Приложение №4

Физический диктант «Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда»

1. Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?

( Ответ: ______________________________________)

1. Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие?

( Ответ: ______________________________________)

1. Зависит ли величина заряда от выбора системы отсчета?

( Ответ: _______________________________________)

1. Можно ли сказать, что заряд системы складывается из зарядов тел, входящих в эту систему?

( Ответ:______________________________________)

1. Как называется процесс, приводящий к появлению на телах электрического заряда?

(Ответ: _____________________________________)

1. Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?

( Ответ: ____________________________________)

1. Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел системы остается постоянной?

( Ответ: ____________________________________)

1. Если в замкнутой системе число заряженных частиц уменьшилось, то заряд всей системы тоже уменьшился?

( Ответ: ______________________________)