Методическая разработка комбинированного занятия для преподавателя по теме 3.1 «Понятие об электрическом поле. Электризация тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

«БАРАБИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Рассмотрена на заседании

ЦМК ОГСЭД

Протокол № ___________

От ____________ 2016 г.

Председатель ЦМК

Хританкова Н. Ю.

(Ф. И. О.)

______________________

(подпись)

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

комбинированного занятия

для преподавателя

Специальность 34.02.01 Сестринское дело (с базовой подготовкой)

Дисциплина: Физика

Раздел 3 «Электродинамика. Колебания и волны. Оптика»

Тема 3.1 «Понятие об электрическом поле. Электризация тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда»

Разработчик – Вашурина Т. В.

курс 1

Барабинск, 2017 г

Содержание

Методический лист

Тема 3.1 «Понятие об электрическом поле. Электризация тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда»

Вид занятия: комбинированный урок.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный с использованием информационных технологий, репродуктивный.

Уровень усвоения информации: первый (узнавание ранее изученных объектов, свойств) + второй (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством).

Образовательные цели: сформировать представления о роли и месте физики в современной научной картине мира; понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений через изучение понятия электрического поля, электризации, закона Кулона и закона сохранения электрического заряда; понимание роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; способствовать формированию умения владеть основополагающими физическими понятиями, уверенно пользоваться физической терминологией и символикой. Способствовать формированию умения организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения упражнений (ОК 2).

Воспитательные цели: развивать коммуникативные способности; создавать условия для развития скорости восприятия и переработки информации, культуры речи; формировать умение работать в коллективе и команде (ОК 6).

Развивающие цели: способствовать формированию умения решать физические задачи.

Мотивация значимости темы

Тема 3.1 «Понятие об электрическом поле. Электризация тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда» входит в программу по учебной дисциплине «Физика» и занимает значительное место, т.к. знания, полученные при изучении данной темы необходимы для изучения многих тем как в рамках программы по физике, так и при изучении смежных дисциплин (химия, биология).

На данное занятие отводится 2 учебных часа. Во время комбинированного занятия проводится актуализация знаний в форме устного опроса, с целью проверки остаточных знаний, которые необходимых при изучении нового материала; непосредственное изучение нового материала; первичного закрепление нового материала с помощью решения задач по данной теме. Контроль уровня усвоения нового материала проводится в форме тестирования студентов. В связи с этим необходимо каждому образованному человеку пополнять свои знания в области физики, научиться организовывать свою деятельность, уметь выбирать методы и способы выполнения задач и в дальнейшем оценивать их качество (ОК2), а также необходимо для будущего медицинского работника научится работать в коллективе и команде (ОК6).

Изучение темы 3.1 способствует формированию у обучающихся следующих общих компетенций:

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения задач, оценивать их выполнение и качество.

ОК 6. Работать в коллективе и команде.

Выписка из тематического плана

дисциплины «Физика»

специальность Сестринское дело

Примерная хронокарта занятия по теме «Понятие об электрическом поле. Электризация тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда»

(время занятия 90 минут)

Блок информации по теме Тема 3.1

«Понятие об электрическом поле. Электризация тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда»

Многие физические явления, наблюдаемые в природе и окружающей нас жизни, не могут быть объяснены только на основе законов механики, молекулярно-кинетической теории и термодинамики. В этих явлениях проявляются силы, действующие между телами на расстоянии, причем эти силы не зависят от масс взаимодействующих тел и, следовательно, не являются гравитационными. Эти силы называют электромагнитными силами.

О существовании электромагнитных сил знали еще древние греки. Но систематическое, количественное изучение физических явлений, в которых проявляется электромагнитное взаимодействие тел, началось только в конце XVIII века. Трудами многих ученых в XIX веке завершилось создание стройной науки, изучающей электрические и магнитные явления. Эта наука, которая является одним из важнейших разделов физики, получила название электродинамики.

Основными объектами изучения в электродинамике являются электрические и магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами и токами.

Подобно понятию гравитационной массы тела в механике Ньютона, понятие заряда в электродинамике является первичным, основным понятием.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

• Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

• Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

• Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e.

В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.

В обычных лабораторных опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов используется электрометр – прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси. Стержень со стрелкой изолирован от металлического корпуса. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра, электрические заряды одного знака распределяются по стержню и стрелке. Силы электрического отталкивания вызывают поворот стрелки на некоторый угол, по которому можно судить о заряде, переданном стержню электрометра.

Электрометр является достаточно грубым прибором; он не позволяет исследовать силы взаимодействия зарядов. Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. В своих опытах Кулон измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью сконструированного им прибора – крутильных весов (рис. 1.1.2), отличавшихся чрезвычайно высокой чувствительностью. Так, например, коромысло весов поворачивалось на 1° под действием силы порядка 10^–9 Н.

Идея измерений основывалась на блестящей догадке Кулона о том, что если заряженный шарик привести в контакт с точно таким же незаряженным, то заряд первого разделится между ними поровну. Таким образом, был указан способ изменять заряд шарика в два, три и т. д. раз. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1.1.3). Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде: 

где  – электрическая постоянная.

В системе СИ элементарный заряд e равен:

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.

План самостоятельной работы студентов по теме:

«Понятие об электрическом поле. Электризация тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда»

Приложение №1

Устный опрос по теме «Тепловые двигатели. Необратимость тепловых процессов»

1. Дайте определение теплового двигателя.

Ответ: Тепловой двигатель – устройство, превращающее внутреннею энергию топлива в механическую энергию.

2. Расскажите об устройстве и принципе работы теплового двигателя.

Ответ: Рассмотрим устройство и принцип работы теплового двигателя. Тепловая машина работает циклично.

Любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника.

КПД замкнутого цикла

Q1 – количество теплоты полученное от нагревания Q1Q2

Q2 – количество теплоты отданное холодильнику Q 2

A=| Q 1|– |Q 2| – работа совершаемая двигателем за цикл.

3. Как расчитать коэффициент полезного действия по формуле С. Карно?

Ответ: Цикл C. Карно

T1 – температура нагревателя

Т2 – температура холодильника

– не зависит от Q, р, V топлива.

КПД= (Т₁ – Т₂ )/ Т₁

На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. На водном транспорте также использовались вначале паровые двигатели, сейчас используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов.

4. Где имеет значение использование тепловых двигателей?

Ответ: Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Около 80 % всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.

Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают также на атомных электростанциях. Газовые турбины широко используются в ракетах, в железнодорожном и автомобильном транспорте.

На автомобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси (карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели).

В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огромных лайнерах – турбовинтовые и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах.

5. Расскажите о работе двигателя внутреннего сгорания.

Ответ:

Работа четырехтактного ДВС.

1 такт: впуск.

2 такт: сжатие.

3 такт: рабочий ход.

4 такт: выпуск.

• Устройство: цилиндр, поршень, коленчатый вал, 2 клапана(впуск и выпуск), свеча.

• Мертвые точки – крайнее положение поршня.

6. Каким образом тепловые двигатели влияют на окружающую среду?

Ответ: Неуклонный рост энергетических мощностей – все большее распространение укрощенного огня – приводит к тому, что количество выделяемой теплоты становится сопоставимым с другими компонентами теплового баланса в атмосфере. Это не может не приводить к повышению средней температуры на Земле. Повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Но этим не исчерпываются негативные последствия применения тепловых двигателей. Растет выброс в атмосферу микроскопических частиц – сажи, пепла, измельченного топлива, что приводит к увеличению “парникового эффекта”, обусловленного повышением концентрации углекислого газа в течение длительного промежутка времени. Это приводит к повышению температуры атмосферы.

Выбрасываемые в атмосферу токсические продукты горения, продукты неполного сгорания органического топлива – оказывают вредное воздействие на флору и фауну. Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена. Все это ставит ряд серьезных проблем перед обществом.

Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ; добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях, а также увеличения эффективности использования энергии, экономии ее на производстве и в быту.

Альтернативные двигатели:

1. Электрические

2. Двигатели, работающие на энергии солнца и ветра

7. Какие пути решения экологических проблем существуют?

Ответ: Пути решения экологических проблем:

Использование альтернативного топлива.

Использование альтернативных двигателей.

Оздоровление окружающей среды.

Воспитание экологической культуры.

Приложение №2

Вопросы для первичного закрепления материала

1. Какие силы называют электромагнитными?

2. Сформулируйте понятие электрического заряда.

3. Сформулируйте закон сохранения электрического заряда.

4. Какое число называется атомным номером?

5. Какой прибор используют в опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов?

6. Сформулируйте закон Кулона.

7. В чем заключается принцип суперпозиции?

Приложение №3

Тестовые задания для итогового контроля

1. Два точечных заряда притягиваются друг к другу, если заряды…

1) одинаковы по знаку и любые по модулю

2) одинаковы по знаку и модулю

3) различны по знаку и любые по модулю

4) только различны по знаку и одинаковы по модулю

2. Незаряженная капля жидкости разделилась на две части. Заряд первой +q, а заряд второй…

1) 0  2) +q  3) +2q   4) -q

3. Величина одного из зарядов увеличилась в 3 раза, при этом сила их взаимодействия…

1) увеличилась в 3 раза 3) уменьшилась в 3 раза

2) увеличилась в 9 раз 4) уменьшилась в 9 раз

4. Расстояние между зарядами уменьшилось в 4 раза, при этом сила их взаимодействия…

1) увеличилась в 4 раза 3) уменьшилась в 4 раза

2) увеличилась в 16 раз 4) уменьшилась в 16 раз

5. Сила взаимодействия двух точечных зарядов при уменьшении величины одного из них в 4 раза и уменьшении расстояния между ними в 2 раза…

1) не изменится 3) уменьшится в 8 раз

2) уменьшится в 2 раза 4) уменьшится в 16 раз

Эталоны ответов к заданиям итогового контроля

Критерии оценки: за 3 правильно выполненных задания – «3» балла;

за 4 правильно выполненных задания – «4» балла;

за 5 правильно выполненных заданий – «5» баллов.

Домашнее задание

Цель: Определить объем информации для самостоятельной работы, обратить внимание на значимые моменты.

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г. &86-90 читать, конспект учить. Подготовка и написание рефератов, докладов, сообщений, мультимедийных презентаций по теме: «Шарль Кулон», «Электризация тел».

Перечень оборудования и оснащения

1. Доска

2. Компьютерное и мультимедийное оборудование

3. Электронное учебное пособие (приложение к учебнику)

4. Мультимедийная презентация

5. Задания для первичного закрепления знаний и итогового контроля

Список использованных источников

1. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики. [Электронный ресурс]/ infourok// Режим доступа: https://infourok.ru/neobratimost-teplovih-processov-vtoroy-zakon-termodinamiki-1361990.html

2. Закон Кулона. Электрический заряд. Электризация [Электронный ресурс]/ www.physics// Режим доступа: http://www.physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph1/theory.html#.WPrgvBNSCCh

3. Тест по физике «Электрический заряд. Закон Кулона» [Электронный ресурс]/ globuss24// Режим доступа: http://globuss24.ru/doc/test-po-fizike-yalektricheskiy-zaryad-zakon-kulona-8-9-klass

4. Физика. 10 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений с приложением на электронном носителе: базовый и профильный уровни :[Текст]/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н. Соцкий.-11-е изд. - М. : Просвещение, 2003. – 336 с.

Тестовые задания для итогового контроля (для преподавателя)

1. Два точечных заряда притягиваются друг к другу, если заряды…

1) одинаковы по знаку и любые по модулю

2) одинаковы по знаку и модулю

3) различны по знаку и любые по модулю

4) только различны по знаку и одинаковы по модулю

2. Незаряженная капля жидкости разделилась на две части. Заряд первой +q, а заряд второй…

1) 0  2) +q  3) +2q   4) -q

3. Величина одного из зарядов увеличилась в 3 раза, при этом сила их взаимодействия…

1) увеличилась в 3 раза 3) уменьшилась в 3 раза

2) увеличилась в 9 раз 4) уменьшилась в 9 раз

4. Расстояние между зарядами уменьшилось в 4 раза, при этом сила их взаимодействия…

1) увеличилась в 4 раза 3) уменьшилась в 4 раза

2) увеличилась в 16 раз 4) уменьшилась в 16 раз

5. Сила взаимодействия двух точечных зарядов при уменьшении величины одного из них в 4 раза и уменьшении расстояния между ними в 2 раза…

1) не изменится 3) уменьшится в 8 раз

2) уменьшится в 2 раза 4) уменьшится в 16 раз