Конспект урока "Закон Кулона" 10 класс

№

п/п

Этап урока

Время, мин

Организационный момент.

1

Актуализация знаний.

3

Историческая справка.

2

Постановка учебной проблемы.

2

Открытие новых знаний.

13

Закрепление.

7

Тестирование.

5

Обсуждение заданий теста.

3

Итог урока (рефлексия).

3

Домашнее задание.

1

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Организационный момент

Здравствуйте ребята и гости нашего урока.

Приготовьте ручки, тетради, карандаши, линейки. Я надеюсь, что мы с вами дружно и плодотворно поработаем на уроке.

Дети готовятся к уроку и приветствуют учителя

Актуализация знаний

А сейчас я предлагаю вам отгадать кроссворд.

1. Как называется явление разделение электрического заряда? (электризация)

Что получают тела в результате электризации? (электрический заряд)

Каким символом обозначается заряд? (q)

1. С помощью какого математического действия выражен закон сохранения электрического заряда? (сумма, q₁+q₂+…..+q_n=const)

2. Как называется величина, характеризующая действие одного тела на другое? (Сила)

Каким символом обозначается сила? В чём она измеряется? Как изобразить силу?

1. Как называется действие тел друг на друга? (взаимодействие)

Как называется взаимодействие между заряженными телами? (электромагнитное)

1. Как называется зависимость, в которой при уменьшении одной величины, другая увеличивается? (обратная)

Приведите примеры обратной зависимости. Что такое прямая зависимость? Приведите примеры.

6. Как называется единица измерения электрического заряда? (Кулон)

Ребята, что вы знаете о Кулоне?

Сегодня на уроке мы с вами познакомимся с основным законом электростатики – законом Кулона.

Запишите в тетрадь тему урока «Закон Кулона».

Дети отвечают на вопросы и тем временем заполняют кроссворд правильными ответами.

Историческая справка

Шарль Огустен Кулон (1736-1806) – французский ученый, известный своими опытами по электричеству и магнетизму и исследованием сил трения. Важным его достижением является изобретение прибора для измерения сил - крутильные весы.

Устройство: Стеклянная палочка, подвешенная на упругой проволочке. На палочке крепятся металлический шарик А и противовес С. Шарик В крепится к крышке весов, он неподвижен.  

  Принцип действия: При сообщении шарикам одноименных зарядов они отталкиваются. По углу закручиванию проволочки определяют силу взаимодействия шариков.

С помощью крутильных весов Кулон определил, от чего зависит сила взаимодействия между двумя заряженными шариками А и В. Эту силу назвали кулоновской.

Закон Кулона справедлив только для таких заряженных тел, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними. Такие тела называются точечными зарядами.

Запишите определение в тетрадь.

Точечные заряды – заряженные тела, размеры которых много меньше расстояния между ними.

Попробуем разобраться в сути понятия “электрический заряд”, опираясь на известные нам факты. Из курса физики восьмого класса известно, что все тела состоят из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из ядра, в котором сосредоточена почти вся масса атома и электронов, вращающихся вокруг него. Исследования физиков- ядерщиков показали, что ядро состоит из более мелких частиц протонов и нейтронов. Протоны, нейтроны и электроны называются субатомными частицами. Эти частицы обладают индивидуальными свойствами, они не похожи друг на друга. Для характеристики этих свойств было введено много физических величин, основными из которых являются масса и электрический заряд. Элементарные частицы при рождении наделяются строго индивидуальной массой и электрическим зарядом. Так, заряд, аналогичный заряду электрона, стал называться отрицательным, а заряд, аналогичный заряду протона- положительным.

Нейтрон не имеет электрического заряда. Наличие у частиц электрического заряда позволяет им взаимодей­ствовать друг с другом. Причем, как показывает опыт, одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга, а разноименно заряженные — наоборот, притягиваются. Поэтому электрический заряд характеризует интенсивность электромагнитных взаимодействий . Электрический заряд не существует отдельно от частицы, это ее неотъемлемое свойство так же, как и масса частицы.

Электрическому заряду присуще свойство дискретности , т.е. он способен дробиться, но только до определенного минимального значения, которое называется элементарный заряд . Принято обозначать элементарный заряд символом е. Величина элементарного заряда была определена экспериментально Милликеном и И о ф ф е. Его численное значение равно: е— 1,6 • 10-¹⁹ Кл. Видно, что это очень малая величина.

Заряд макроскопических тел определяется суммарным зарядом частиц, из которых оно состоит. Атом любого вещества нейтрален, так как число электронов в нем равно числу протонов в его ядре. Поэтому макроскопические тела, как правило, электрически нейтральны.

Для того чтобы макроскопическое тело стало обладать электрическим зарядом, необходимо отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним . Этот процесс называют электризаций.

Наэлектризовать тело можно:

• трением. При этом небольшая часть наиболее подвижных заряженных частиц в теле — электронов — перейдет от одного тела к другому, атомы которого притягивают их сильнее. При этом первое тело зарядится положительно, а второе — отрицательно;

• соприкосновением незаряженного тела с заряженным. При этом часть электронов будет перебегать от тела, у которого число электронов больше, к телу с меньшим числом электронов.

Совершенно ясно, что электрический заряд при электризации ниоткуда не берется и никуда не исчезает бесследно. Он только переходит от одного тела к другому, а общий заряд в замкнуто системе тел остается величиной неизменной. В этом состоит суть закона сохранения электрического заряда.

Математически его можно записать так:

q₁ ⁺ q₂ ⁺ q₃ ⁺ … ⁺ q_n =const (8.1)

Замкнутой или изолированной, называют такую систему, через границы которой не может проникнуть вещество.

Обнаружить заряжено тело или нет можно с помощью электроскопа, устройство и принцип действия которого знакомо вам еще с восьмого класса.

Дети заслушивают лекционный материал, и записывают информцию,которая является важной.

Постановка учебной проблемы

Р ассмотрим взаимодействие двух точечных зарядов q₁ и q₂ с помощью компьютерной модели.

Вы видите, что на оба заряда действуют одинаковые силы? Почему?

Как вы думаете, от чего зависит сила взаимодействия между зарядами?

Как можно определить эту зависимость?

Изучение новой темы

Известно, что электрически заряженные тела взаимодействуют друг с другом, причем одноименно заряженные из них отталкиваются, а разноименно заряженные притягиваются. Определить силу взаимо­действия неподвижных заряженных тел экспериментально сумел французский физик III. О. Кулон, который с помощью крутильных весов сумел установить, как взаимодействуют друг с другом маленькие заряженные шарики.

В 1785 г. Ш. О. К у л о н установил, что два точечных неподвижных заряженных тела в вакууме взаимодействуют друг с другом с силой прямо пропорциональной произведению модулей зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, и направленной по прямой , соединяющей эти заряды.

Эту силу называют кулоновской. Закон Кулона называют основным законом электростатики.

Математически закон Кулона записывается так:

F=k·(q1·q2)/r2. (8.2)

Коэффициент к в формуле (8.2) определяется выбором системы единиц. Он показывает, с какой силой взаимодействуют друг с другом единичные заряды, находящиеся на единичном расстоянии друг от друга.

В системе СИ значение коэффициента к равно к = 9 • 10⁹ Н*м²/Кл².

Обычно в системе СИ используется рационализированная запись законов электромагнитных явлений, в которой к = ¹ /4πɛ₀ Постоянная ɛ₀ называется электрической постоянной. ɛ₀ = 8,85 • 10^-12 Кл ²/Н*м².

С учетом этого закон Кулона можно записать так:

Введение множителя 4π упрощает запись основных уравнений электродинамики, установленных Максвеллом.

Необходимо помнить, что закон Кулона справедлив только для точечных зарядов. На самом деле точечных зарядов в природе не существует, но если расстояние между заряженными телами во много раз больше их размеров, то эти тела можно считать точечными.

Закон Кулона (8.2) описывает и взаимодействие зарядов, движу­щихся со скоростями, значительно меньшими, чем скорость света, например, к системе “электрон — протон” в атоме водорода.

Согласно третьему закону Ньютона, сила F₁₂, действующая на заряд q₂ , со стороны заряда q₁ , равна силе F₂₁, действующей со стороны заряда q₂ на заряд q₁, т.е. F₂₁ = -F₁₂ • Если знаки зарядов одинаковы, то произведение q₁ • q₁ 0 — это означает, что заряды отталкиваются. Если знаки зарядов противоположны, то произведение q₁ • q₁

В системе СИ единица заряда производная. Ее устанавливают, используя основную единицу силы тока 1 А (ампер), эталон которой устанавливают на основе взаимодействия токов.

Кулон (Кл)- это заряд, проходящий за 1с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1А.

 Кл = 1 А* 1 с.

Помещая точечные заряды в различные диэлектрики, установили, что сила взаимо­действия между ними уменьшается, причем отношение силы взаимодействия F₀ зарядов в вакууме к силе взаимодействия ^этих же зарядов на том же расстоянии в среде не зависит ни от самих зарядов, ни от расстояния между ними. Оно определяется только свойствами самой среды. Тогда

F_0/ F = ɛ= const.

Величину ɛ называют относительной диэлектрической проницаемостью среды.

Диэлектрическая проницаемость среды- это физическая величина, характеризующая электрические свойства вещества и показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше милы их взаимодействия в вакууме .Она является безразмерной величиной.

Свойство суперпозиции.

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Рис. 1.1.4 поясняет принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.

Принцип суперпозиции является фундаментальным законом природы. Однако, его применение требует определенной осторожности, в том случае, когда речь идет о взаимодействии заряженных тел конечных размеров (например, двух проводящих заряженных шаров 1 и 2). Если к системе из двух заряженных шаров поднсти третий заряженный шар, то взаимодействие между 1 и 2 изменится из-за перераспределения зарядов.

Принцип суперпозиции утверждает, что при заданном (фиксированном) распределении зарядов на всех телах силы электростатического взаимодействия между любыми двумя телами не зависят от наличия других заряженных тел.

Закрепление материала

Прочитайте закон Кулона и формулу (по буквам и по названиям физических величин) – 2 человека.

Ответьте на вопросы:

1. Как вы понимаете выражение «Сила прямо пропорциональна произведению модулей зарядов»?

2. Как вы понимаете выражение «Сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами»?

3. На каком рисунке заряды являются точечными? Почему?

4. В каком случае выполняется закон Кулона? Почему?

1. 
   Как изменится сила кулоновского взаимодействия, если…

А) величина одного из зарядов увеличится в 2 раза;

Б) величина одного из зарядов увеличится в 3 раза, а второго уменьшится в 9 раз;

В) расстояние между зарядами увеличится в 6 раз;

Г) величина одного из зарядов увеличится в 4 раза, а расстояние между ними уменьшится в 2 раза;

Дети отвечают на вопросы, каждый в своей тетеради

Рефлексия

Оцените свою работу на уроке, составив рассказ:

Сегодня на уроке я работал (а) ______________________________________________________________

Я понял (а) (укажите номера понятых вопросов):_______________________________________________

В этом мне помогли:_______________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

Мне нужно разобраться в таких вопросах (укажите номера непонятых вопросов):____________________

Дляэтого нужно___________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

В составлении рассказа вам могут помочь следующие слова.

Слова для оценки работы:

Домашнее задание

Работа по устранению затруднений:

• прочитать записи по теме;

• прочитать информацию по данной теме в учебнике;

• выучить определение, формулу, …;

• научиться изображать силы;

• проконсультироваться с преподавателем по вопросу…,

Кто желает, прочитайте свои записи. (2-3человека)

Это и будет вашим домашним заданием.

§37