Мета: навчальна: ознайомлення з потенціалом, різницею потенціалів та зв’язком потенціалу
та напруженості електричного поля, як енергетичною характеристикою електричного
поля.
розвиваюча: розвивати образне та логічне мислення, творчу уяву,
уважність.
виховна: виховувати здатність долати труднощі; інтерес до
вивчення фізики; формувати науковий світогляд.
Обладнання:
мультимедійна презентація до теми уроку, ілюстрації, програма електронних
фізичних демонстрацій «Фізика».
Тип уроку: урок повідомлення нового матеріалу.
Структура уроку
I.
Організаційний етап.
II.
Актуалізація опорних знань.
III.
Мотивація навчальної діяльності. Оголошення теми, мети уроку.
IV.
Вивчення нового матеріалу
1.
Робота під час переміщення заряду в електричному полі.
2.
Енергетична характеристика електричного поля.
3.
Принцип суперпозиції.
4.
Зв’язок між різницею потенціалів і напруженістю.
5. Еквіпотенціальні поверхні
V. Закріплення нового
матеріалу.
VI. Підбиття підсумків
уроку. Рефлексія.
VІI. Завдання додому.
Хід уроку
І. Організаційний
етап
Вітання.
II. Актуалізація опорних знань
Фронтальне опитування
1. Дайте означення напруженості електричного
поля.
2. Запишіть формулу для визначення напруженості
електричного поля.
3. Які лінії називають силовими?
4. В чому полягає принцип суперпозицій?
5. Яке електричне поле називають однорідним?
Якісні задачі
1. Чому лінії напруженості електричного поля не
перетинаються?
2. Зобразіть картину ліній напруженості
електричного поля між двома зарядами у випадках: а) q і –q; б) q і q; в) q і 2q.
3. Наблизьте палець до кульки зарядженого
електроскопа. Листочки зійдуться. Заберіть палець – і листочки знову
розійдуться.як пояснити це явище?
4. Поясніть «електричний вітер».
ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.
Оголошення теми, мети уроку.
В 9 класі ми вже вивчали роботу електричного поля та напругу. Сьогодні
ми поглибимо знання з даної теми та знайдемо зв'язок між напругою та
напруженістю електричного поля.
ІV. Повідомлення нового матеріалу.
При переміщенні заряду q з точки а
в точку b й назад була виконана робота, що дорівнює:
А = А1 + А2.
Оскільки заряд повернувся у
вихідну точку, то система зарядів залишилася незмінною, а отже, і поле
залишилося незмінним. Кожне певне поле має певну енергію. Енергія в цьому
випадку залишилася незмінною, а оскільки робота є мірою зміни енергії, то
сумарна робота дорівнює нулю. Тобто, робота, виконана по замкненому контурі,
дорівнює нулю.
Аналогічні міркування можливі й у випадку переміщення заряду по інших
траєкторіях.
Висновки:
Ø робота в
електростатичному полі не залежить від форми траєкторії, а залежить тільки від
положення точок у полі, між якими переміщується заряд;
Ø робота для будь-якого
замкнутого контуру в електростатичному полі дорівнює нулю.
З курсу механіки відомо, що зміна потенціальної енергії ΔWр пов’язана з виконаною
системою роботою А співвідношенням ΔWр = -А («мінус» - якщо
система виконує позитивну роботу, то її потенціальна енергія зменшується, а
якщо негативну — то збільшується).
Оскільки сила, що діє з боку поля на заряд, пропорційна величині цього
заряду, то й робота, виконувана полем під час переміщення заряду, також
пропорційна величині заряду. А оскільки робота дорівнює зміні потенціальної
енергії зі зворотним знаком, то й потенціальна енергія заряду в поле
пропорційна до величини заряду. Отже, відношення потенціальної енергії заряду
до заряду не залежить від величини заряду й тому характеризує власне поле.
Відношення
потенціальної енергії Wp заряду q,
поміщеного в певну точку поля, до цього заряду називається потенціалом електростатичного поля в цій точці:
Фізичний зміст має зміна
потенціальної енергії ΔWр:
вона пов’язана з виконаною роботою
співвідношенням ΔWр = -А.
Відповідно й фізичний зміст має
різниця потенціалів між певними точками. Знайдемо, як вона пов’язана з роботою
поля під час переміщення заряду між цими точками.
Виходячи з означення потенціалу, зв'язок різниці потенціалів між двома
точками та роботи електричного поля є:
Різниця
потенціалів між двома точками
дорівнює відношенню роботи поля під час переміщення заряду з початкової точки в
кінцеву до цього заряду:
Різницю потенціалів називають також напругою й позначають U.
У СІ роботу виражають у джоулях, а заряд — у кулонах. Різниця потенціалів
між двома точками поля дорівнює 1 В, якщо під час переміщення заряду в 1 Кл із
однієї точки в іншу електричне поле виконує роботу в 1 Дж.
Із принципу суперпозиції випливає, що потенціал електричного поля системи
зарядів дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів полів, створених кожним із
зарядів:
Робота електричного поля і напруженість ЕП пов’язані виразом А = qEd.
Ця робота пов’язана з різницею потенціалів співвідношенням
Отже,
Напруженість
електричного поля дорівнює різниці
потенціалів, що припадає на одиницю довжини уздовж лінії напруженості.
Його можна записати також у вигляді
Під час переміщення позитивного заряду в напрямку напруженості електростатичне поле виконує позитивну роботу, то φ1 > φ2.
Напруженість
електричного поля напрямлена у бік зменшення потенціалу.
Напруженість однорідного поля дорівнює 1 В/м, якщо різниця потенціалів між
двома точками, з’єднаними вектором завдовжки 1 м і напрямленим уздовж
напруженості поля, дорівнює 1 В.
Відомо, що якщо напрямок переміщення перпендикулярний до напрямку сили, то
робота цієї сили дорівнює нулю. А якщо робота під час переміщення заряду з
однієї точки в іншу дорівнює нулю, тоді дорівнює нулю й різниця потенціалів між
цими точками.
Якщо заряд переміщується в напрямку, перпендикулярному
до напрямку силових ліній, то робота поля
під час переміщення заряду дорівнює нулю.
А отже, дорівнює нулю й різниця потенціалів між початковою й кінцевою точками
траєкторії заряду.
В будь-якому
електростатичному полі нулю дорівнює різниця потенціалів між точками, що лежать
на поверхні, перпендикулярної в кожній точці до ліній напруженості поля.
Під час переміщення пробного заряду з однієї точки в іншу уздовж цій
поверхні поле не виконує роботи. Отже, всі точки такої поверхні мають однаковий
потенціал.
Поверхні рівного потенціалу називають еквіпотенціальними поверхнями.
Оскільки всі точки провідника мають однаковий потенціал, поверхня провідника
є еквіпотенціальною.
Силові лінії поля
поблизу поверхні провідника перпендикулярні до його поверхні.
V. Закріплення нового матеріалу.
Фронтальне
опитування
1. Як різниця потенціалів між двома
точками поля залежить від роботи електричного поля?
2. За яких умов переміщення
електричного заряду з однієї точки електричного поля в іншу не вимагає витрат
енергії?
3. Різниця потенціалів 100 В. Що це
означає?
4. Чому дорівнює різниця
потенціалів між точками зарядженого провідника?
Винахідницька задача:
Під
час запилення рослин пилком з однієї квітки на іншу переносять бджоли.
Ефективність запилення значною мірою визначається кількістю перенесеного пилку.
Як можна збільшити ефективність перенесення пилку?
(Створити на тілі бджоли
електростатичний заряд, полярність якого протилежна полярності землі. Для цього
достатньо створити різницю потенціалів між поріжком вулика й землею).
Розрахункова
задача
Напруженість однорідного
електричного поля дорівнює 2 кВ/м. В ньому перемістили на 3 см в напрямі силової ліній
заряд –30нКл. Визначити роботу поля, зміну потенціальної енергії взаємодії
заряду з полем і різницю потенціалів між початковою і кінцевою точками
переміщення. (Відповідь:
-1,8 мкДж, 18 мкДж, 60 В).
VІ. Підбиття
підсумків уроку. Рефлексія.
1.
Чи було вам цікаво на уроці?
2.
Що вам сподобалося?
3.
Що ще ви хотіли б дізнатися з цієї теми?
VІI. Завдання додому.
1. Опрацювати
відповідний параграф підручника.
2. Розв’язати задачі.
1. Під час переміщення заряду в електричному полі виконано
роботу 2 Дж. Визначити заряд, якщо його переміщення відбувається при різниці
потенціалів 3·103 В. (Відповідь: 0,67·10-3 Кл).
2. Яку роботу виконує поле під час переміщення заряду 20 нКл
з точки, потенціал якої 700В, у точку з потенціалом –100 В, у точку з потенціалом 400В? (Відповідь: 10мкДж,
-10мкКл).
Немає коментарів:
Дописати коментар