Урок по теме "Электризация тел. Закон Кулона. Решение задач на использование закона Кулона"

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: компьютер, 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- аналитики, теоретики, испытатели. В каждой группе выбирается консультант.

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 №1)

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 испытатели проводят опыты по электростатике, доказывающие взаимодействие зарядов.

Опыт1 демонстрирует перераспределение зарядов на проводнике под влиянием внешнего заряженного тела. Известно, что стеклянная палочка, потертая о шелк, заряжается положительно. Зарядим электрометр, прикоснувшись к нему заряженной стеклянной палочкой. Если теперь к насадке электрометра - металлической полой сфере, поднести отрицательно заряженную эбонитовую палочку, но не касаясь насадки, отклонение стрелки электроскопа уменьшится. Это явление объясняется следующим образом: при действии отрицательного заряда эбонитовой палочки, положительные заряды на электрометре перераспределяются, в результате чего заряд стрелки и стержня уменьшится, а заряд металлической сферы увеличится. Общий заряд электрометра не изменится.

При удалении эбонитовой палочки от электрометра, показания прибора восстанавливаются. Интересно, что при проведении опыты с положительно заряженной палочкой, показания электрометра будут увеличиваться, так как заряды будут перераспределяться в обратном направлении.

Теоретики работают с учебником и отвечают на вопросы. Консультант организует деятельность группы - каждый теоретик работает самостоятельно над содержанием параграфа § 84, а затем готовит один конкретный вопрос, какой именно, определяет консультант и расскажет о нем всей группе.

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.

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.

Закон Кулона - основной закон электростатики.

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.

Тест (См. приложение №2)- отвечают все.

Группа аналитики решают задачи.

Уровень 1: (ученик решает у доски)

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 2: (решает сильный ученик)

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)

Уровень 3: (решают сильные ученики вместе)

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.

Домашнее задание: §85-86 читать, тест стр.289

Приложение №1

Физический диктант «Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда»

1. Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?

( Ответ: ______________________________________)

2. Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие?

( Ответ: ______________________________________)

3. Зависит ли величина заряда от выбора системы отсчета?

( Ответ: _______________________________________)

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

( Ответ:______________________________________)

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

(Ответ: _____________________________________)

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

( Ответ: ____________________________________)

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

( Ответ: ____________________________________)

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

( Ответ: ______________________________)

Приложение №2

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