Система многоуровневых задач по физике по теме Электростатика

Министерство образования и науки Самарской области

Государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) специалистов

САМАРСКИЙ ОБЛАСТНОЙ ИНСТИТУТ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ

И ПЕРЕПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ ОБРАЗОВАНИЯ

Итоговая работа

на курсах повышения квалификации

по ИОЧ (вариативный блок)

«Проектирование системы многоуровневых задач для подготовки старшеклассников к ЕГЭ по физике»

(02.11 - 06.11.2015г.)

Разработка многоуровневой системы задач по теме: «Электростатика»

Выполнила:

Шеенкова Марина Алексеевна,

учитель физики

ГБОУ СОШ №3 гКинеля

Самара 2015 г.

Введение

Решение задач по физике - необходимый элемент учебной работы. Задачи дают материал для упражнений, требующих применения физических закономерностей к явлениям, протекающим в тех или иных конкретных условиях. Поэтому они имеют большое значение для конкретизации знаний учащихся, для привития им умения видеть в окружающей жизни проявление законов физики. Без такой конкретизации знания остаются книжными, не имеющими практической ценности.

Решение задач - это одно из важных средств повторения, закрепления и проверки знаний учащихся, один из практических методов обу­чения физике. С помощью решения задач форми­руются такие качества личности, как целеустремленность, на­стойчивость, аккуратность, внимательность, дисциплинирован­ность, развиваются эстетические чувства, формируются творческие способности.

Один из путей создания перечисленных условий - использование в обучении многоуровневых систем задач. Под многоуровневой системой задач понимаем те, в которых выстраивается система задач, удовлетворяющая требованиям, каждая последующая задача «сложнее» предыдущих, но во всех задачах рассматриваются одни и те же основные понятия и знания определенного раздела физики. Технология проектирования многоуровневой системы задач, позволяет ученикам успешно освоить программу как на базовом, так и на углублённом уровнях, эффективно подготовиться к итоговой государственной аттестации в форме единого государственного экзамена.

В предлагаемом подходе предлагается в каждом разделе школьного курса физики выделить максимально полный перечень элементов содержания образования (понятий, теорем, приёмов решения задач определённого типа и способов общеучебной деятельности) и построить соответствующую этому перечню многоуровневую систему учебных физических задач с охватом общеобразовательного и углубленного уровней.

Это позволяет на основе задачного подхода разработать методику обучения физике, позволяющую строить для каждого учащегося индивидуальные образовательные траектории, направленные как на формирование специальных, так и универсальных учебных действий, на успешную подготовку к итоговому государственному экзамену, к вступительным экзаменам в вузы, тем самым, в рамках учебного курса решить проблему качественного обучения физики в средней школе.

Многоуровневая система задач

Важнейшей характеристикой любой учебной задачи является уровень ее сложности. На сегодняшний день существуют различные способы определения сложности задач, причем различают понятия «сложность» и «трудность» задачи.

Все задачи, подобранные для данной матрицы условно разделены на 4 группы сложности:

- понятийный;

- базовый;

- повышенный;

- углубленный.

В своей работе я рассмотрела систему задач по теме «Электростатика».

1 Понятийный уровень

1

Тело обладает отрицательным электрическим зарядом. Это означает, что:

1) количество электронов равно количеству протонов;

2) количество электронов больше количества протонов;

3) количество электронов меньше количества протонов;

4) количество электронов равно количеству нейтронов.

Ответ 2.

2

В результате трения стеклянной палочки о бумагу она приобрела положительный заряд. Это означает, что

1) часть протонов перешла с палочки на бумагу;

2) часть протонов перешла с бумаги на палочку;

3) часть электронов перешла с бумаги на палочку;

4) часть электронов перешла с палочки на бумагу.

Ответ 3.

3

Два одинаковых шарика обладают зарядами 1 и -3 нКл соответственно. Какими станут заряды шариков, если их привести в соприкосновение и развести на прежнее расстояние?

1) заряд 1 шарика -3нКл, а второго 1 нКл;

2) заряды обоих шариков не изменятся;

3) заряды обоих шариков будут равны

- 1 нКл;

4) заряды обоих шариков будут равны 0.

Ответ 3.

4

Два стеклянных кубика 1 и 2 сблизили вплотную и поместили в электрическое поле отрицательно заряженного шара, как показано в верхней части рисунка. Затем кубики раздвинули и уже потом убрали заряженный шар (нижняя часть рисунка). Какое утверждение о знаках зарядов разделённых кубиков 1 и 2 правильно?

1) Заряды кубиков 1 и 2 положительны;
2) заряды кубиков 1 и 2 отрицательны;
3) заряд кубика 1 положительный, заряд 2 - отрицательный;
4) заряды кубиков 1 и 2 равны нулю.

Ответ: 4.

5

То­чеч­ный по­ло­жи­тель­ный заряд q по­ме­щен между раз­но­имен­но за­ря­жен­ны­ми ша­ри­ка­ми (см. ри­су­нок).

Куда на­прав­ле­на рав­но­дей­ству­ю­щая ку­ло­нов­ских сил, дей­ству­ю­щих на заряд q?

1)

2)

3)

4)

Ответ: 1.

6

Мо­дуль силы вза­и­мо­дей­ствия между двумя не­по­движ­ны­ми то­чеч­ны­ми за­ря­да­ми равен F. Чему ста­нет равен мо­дуль этой силы, если уве­ли­чить заряд од­но­го тела в 3 раза, а вто­ро­го - в 2 раза?

1)

2)

3)

4)

Ответ:3

2 Базовый уровень

1

Как на­прав­ле­на ку­ло­нов­ская сила F, дей­ству­ю­щая на по­ло­жи­тель­ный то­чеч­ный заряд , по­ме­щен­ный в центр квад­ра­та, в вер­ши­нах ко­то­ро­го на­хо­дят­ся за­ря­ды , , , ?

1) →

2) ←

3) ↑

4) ↓

В силу за­ко­на Ку­ло­на, мо­ду­ли сил вза­и­мо­дей­ствия за­ря­да с за­ря­да­ми в вер­ши­нах квад­ра­та оди­на­ко­вы (все за­ря­ды к вер­ши­нах имеют оди­на­ко­вую по мо­ду­лю ве­ли­чи­ну, заряд рас­по­ло­жен в цен­тре квад­ра­та). На­прав­ле­ния сил ука­за­но на ри­сун­ке: од­но­имен­но за­ря­жен­ные тела от­тал­ки­ва­ют­ся, раз­но­имен­но за­ря­жен­ные - при­тя­ги­ва­ют­ся.

Пра­виль­ное на­прав­ле­ние рав­но­дей­ству­ю­щей ку­ло­нов­ских сил ука­за­но в пунк­те 2.

Пра­виль­ный ответ: 2

2

Как на­прав­ле­ны силы элек­три­че­ско­го вза­и­мо­дей­ствия двух то­чеч­ных от­ри­ца­тель­ных за­ря­дов и как эти силы за­ви­сят от рас­сто­я­ния между за­ря­да­ми? Вы­бе­ри­те вер­ное утвер­жде­ние.

1) они яв­ля­ют­ся си­ла­ми от­тал­ки­ва­ния, убы­ва­ют об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но рас­сто­я­нию между за­ря­да­ми

2) они яв­ля­ют­ся си­ла­ми от­тал­ки­ва­ния, убы­ва­ют об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но квад­ра­ту рас­сто­я­ния между за­ря­да­ми

3) они яв­ля­ют­ся си­ла­ми при­тя­же­ния, убы­ва­ют об­рат­но про­порци­о­наль­но рас­сто­я­нию между за­ря­да­ми

4) они яв­ля­ют­ся си­ла­ми при­тя­же­ния, убы­ва­ют об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но квад­ра­ту рас­сто­я­ния между за­ря­да­ми

Ре­ше­ние.

Опыт по­ка­зы­ва­ет, что од­но­имен­но за­ря­жен­ные тела от­тал­ки­ва­ют­ся. Со­глас­но за­ко­ну Ку­ло­на, сила вза­и­мо­дей­ствия двух то­чеч­ных за­ря­дов об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на квад­ра­ту рас­сто­я­ние между ними. Таким об­ра­зом, верно утвер­жде­ние 2.

Пра­виль­ный ответ: 2.

3

Какой гра­фик со­от­вет­ству­ет за­ви­си­мо­сти мо­ду­ля сил вза­и­мо­дей­ствия F двух то­чеч­ных за­ря­дов от мо­ду­ля од­но­го из за­ря­дов q при не­из­мен­ном рас­сто­я­нии между ними?

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Ре­ше­ние.

Со­глас­но за­ко­ну Ку­ло­на, сила вза­и­мо­дей­ствия между двумя то­чеч­ны­ми за­ря­да­ми про­пор­ци­о­наль­на про­из­ве­де­нию ве­ли­чин за­ря­дов и об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на квад­ра­ту рас­сто­я­ния между ними . При фик­си­ро­ван­ных рас­сто­я­нии между за­ря­да­ми и ве­ли­чи­не вто­ро­го за­ря­да, сила вза­и­мо­дей­ствия про­пор­ци­о­наль­на ве­ли­чи­не за­ря­да. Пра­виль­ный гра­фик за­ви­си­мо­сти изоб­ра­жен на ри­сун­ке 2.

Пра­виль­ный ответ: 2.

4

Че­ты­ре рав­ных по мо­ду­лю элек­три­че­ских за­ря­да рас­по­ло­же­ны в вер­ши­нах квад­ра­та (см. ри­су­нок).

На­пряжённость элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля, со­здан­но­го этими за­ря­да­ми в точке О,

1) равна нулю толь­ко в слу­чае, изоб­ражённом на рис. А

2) равна нулю толь­ко в слу­чае, изоб­ражённом на рис. Б

3) равна нулю в слу­ча­ях, изоб­ражённых на обоих ри­сун­ках

4) не равна нулю ни в одном из слу­ча­ев, изоб­ражённых на ри­сун­ках

Ре­ше­ние.

На­пря­жен­ность элек­три­че­ско­го поля, со­зда­ва­е­мо­го то­чеч­ным за­ря­дом, про­пор­ци­о­наль­на ве­ли­чи­не этого за­ря­да, об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на квад­ра­ту рас­сто­я­ния до за­ря­да, на­прав­ле­на "от" по­ло­жи­тель­но­го и "к" от­ри­ца­тель­но­му за­ря­ду. Пол­ное поле по­лу­ча­ет­ся в ре­зуль­та­те су­пер­по­зи­ции полей от всех за­ря­дов. Век­то­ры на­пря­жен­но­сти полей, со­зда­ва­е­мых всеми за­ря­да­ми в точке О, по­ка­за­ны для обоих слу­ча­ев на ри­сун­ке (крас­ные стрел­ки обо­зна­ча­ют поля от по­ло­жи­тель­ных за­ря­дов, синие - от от­ри­ца­тель­ных). Ясно, что на­пря­жен­ность поля равна нулю толь­ко в слу­чае Б.

Пра­виль­ный ответ: 2.

5

Два оди­на­ко­вых то­чеч­ных за­ря­да рас­по­ло­же­ны на не­ко­то­ром рас­сто­я­нии друг от друга. Рас­сто­я­ние между ними уве­ли­чи­ва­ют в 4 раза. Как нужно из­ме­нить ве­ли­чи­ну каж­до­го из за­ря­дов, чтобы мо­дуль сил их элек­тро­ста­ти­че­ско­го вза­и­мо­дей­ствия остал­ся преж­ним?

1) уве­ли­чить в 4 раза

2) уве­ли­чить в 2 раза

3) умень­шить в 4 раза

4) уве­ли­чить в 16 раз

Ре­ше­ние.

Со­глас­но за­ко­ну Ку­ло­на, сила вза­и­мо­дей­ствия двух то­чеч­ных за­ря­дов об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на квад­ра­ту рас­сто­я­ния между ними и прямо про­пор­ци­о­наль­на про­из­ве­де­нию ве­ли­чине каж­до­го из за­ря­дов: Таким об­ра­зом, чтобы при уве­ли­че­нии рас­сто­я­ния между за­ря­да­ми в 4 раза мо­дуль сил элек­тро­ста­ти­че­ско­го вза­и­мо­дей­ствия остал­ся преж­ним, ве­ли­чи­ны за­ря­дов не­об­хо­ди­мо уве­ли­чить в 4 раза.

Пра­виль­ный ответ: 1

3. Повышенный уровень

1

Источник тока с внутренним сопротивлением r и ЭДС ε замкнут на три резистора с сопротивлением 3r каждый, соединенные последовательно. Во сколько раз изменяется сила тока в цепи, напряжение на зажимах источника и полезная мощность, если резисторы соединить параллельно?

Дано:

r, ε, R = 3r.

Найти

Решение.

Сила тока увеличится в 5 раз

Напряжение уменьшится в

раза.

Мощность увеличится в 2,8 раза.

Ответ:

\.

2

Заряженная капля ртути с зарядом + 3*10^-8 Кл разлетается на две капли, одна из которых оказывается заряженной до заряда +4*10^-8 Кл. Каков заряд второй капли?

Дано:

q₁=+ 3*10^-8 Кл

q₂=+4*10^-8 Кл

Решение:

Из закона сохранения

электрического заряда

следует, что заряд на

капле до ее распада равен

сумме зарядов на

образовавшихся

каплях. q₁=q₂+q₃

q₃=q₁-q₂

q₃₌+ 3*10^-8 Кл-(+4*10^-8 Кл)=- 10^-8 Кл

Ответ: Заряд на второй капле

q₃=- 10^-8 Кл

q_3--?

3

Постройте график зависимости модуля силы взаимодействия двух шариков с зарядами от расстояния между их центрами в диапазоне от 0,1 до 0,5 м. Заряды шариков:q₁=+2*10^-6 Кл и q₂= -1*10^-6 Кл. Размер шариков около 1 см . Найдите по графику, на каком примерно расстоянии между шарами сила взаимодействия будет примерно равна по величине 0,5 Н.

РЕШЕНИЕ:

Величины силы взаимодействия будем рассчитывать по закону Кулона :

F

Рассчитывая силу взаимодействия зарядов для различных значений r , составим таблицу:

r,м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

F,Н

1,8

0,45

0,2

0,11

0,072

На основе графика легко установить, что F=0,5 Н при r = 0,18 м.

4

Два разноименных заряда q и -3q находятся на одинаковых по размеру металлических шарах на расстоянии, позволяющем считать их точечными. Как изменится сила их взаимодействия, если, не меняя расстояния между ними на короткое время соединить их проводником?

Решение:

По условию заряды притягиваются друг к другу с силой

Суммарный заряд на двух шарах равен q+(-3q)=-2q. После соединения шаров проволокой он распределится поровну между ними. Таким образом, на каждом шаре окажется заряд равный -q, и они начнут отталкиваться с силой

Отношение

Ответ: Сила взаимодействия уменьшится в три раза.

5

Определите построением модуль силы F , действующей на заряд Q, и ее направление, если его поместили в центр равностороннего треугольника, в вершинах которого располагаются одинаковые заряды q. Рассмотрите случай, когда два заряда q - положительные, а третий q и зарядQ - отрицательные.

Решение:

Так как в вершинах треугольника все заряды одинаковы, то силы, действующие на заряд, в центре будут одинаковы. Поскольку векторы F₁ и F₂ расположены под углом 120⁰, то их векторная сумма равна длине вектора F₃ .Таким образом, результирующий вектор R в два раза длиннее F₃ и направлен вниз.

6

Два крошечных металлических шарика массой по 10 мг, имеющие заряды, подвешены в одной точке на нитях длиной 30 см. Каждая нить образует угол 15° с вертикалью. Каково значение зарядов шариков?

Решение:

В проекциях:

4 Углубленный уровень

1

Горизонтально расположенная положительно заряженная пластина создает вертикально направленное однородное электрическое поле напряженностью 10⁵ В/м. Hа нее с высоты 10 см падает шарик массой 40 г, имеющий отрицательный заряд -10^-6 Кл и начальную скорость 2м/с, направленную вертикально вниз. Какую энергию шарик передаст пластине при абсолютном неупругом ударе? Ответ округлить с точностью до сотых.

Решение:

В ходе перераспределения зарядов выполняется закон сохранения заряда: q₁+ q₂ = q'₁+ q'₂

на обоих конденсаторах устанавливается равное напряжение U U = q'₁ /С₁ = q'₂/ С₂ ,

т.к. q₁ = С _1*U ₁и q₂ = С _2*U₂

из преобразований U = (С _1*U₁ + С _2*U₂)/(С₁ + С₂) = 91,7В

2

В пространство между пластинами плоского конденсатора влетает электрон со скоростью 2⋅10⁷ м/с, направленной параллельно пластинам конденсатора. На какое расстояние по направлению к положительно заряженной пластине сместится электрон за время движения.

Ре­ше­ние.

Напряженность электрического поля направлена вдоль оси у. Запишем уравнение Ньютона для электрона в электрическом поле.

Вдоль оси х электрон движется равномерно со скоростью
а вдоль оси у равноускоренно с ускорением

Пусть в момент времени 1 электрон вылетает из конденсатора,

Для однородного электростатического поля

5. Качественные задачи

1

Металлическому шарику сообщили положительный заряд. Что произойдет с его массой: увеличится, уменьшится или останется постоянной?

Решение:

Масса шарика уменьшится, т.к. образование положительного заряда означает, что шарик покинули электроны, а следовательно и масса шарика уменьшится.

2

Почему при переливании бензина из одной цистерны в другую он может воспламениться , если не принять специальных мер предосторожности?

Решение:

Бензин взаимодействует с поверхностью цистерны (трение о поверхность), в результате чего поверхность и бензин электризуются. На них образуются разноимённые заряды, между которыми может возникнуть искра и бензин воспламенится.

3

На предприятиях резиновой промышленности при вальцовке каучук пропускают между двумя вращающимися валами. Если поднести руку к такому каучуку, то появится искра. Почему?

Решение:

При вальцовке каучук электризуется.

4

Правильно ли выражение: «При трении создаются заряды»?

Решение:

Нет, не создаются .Они перераспределяются. При этом выполняется закон сохранения заряда. ( в замкнутой системе)