Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона.
Учитель Нечипоренко Т. Л.
Цели урока:
- Обучающие: создать условия для усвоения учащимися понятия точечный заряд, диэлектрические проницаемости вещества, закона Кулона, границ его применимости; приобретения навыков решения задач с применением закона Кулона.
- Развивающие: создать условия для развития у учащихся для развития у учащихся абстрактно-научного мышления, логики, памяти, умения ставить мысленные эксперименты.
- Воспитательные: создать условия для продолжения воспитания отношения к физике, как к интересной и необходимой науке; воспитания в ребятах уважение и доброжелательность друг к другу, умение слушать ответ товарища; формирования у учащихся аккуратность, при работе с записями в тетради, ответственности за свою деятельность на уроке
Оборудование: компьютер с презентацией, проектор;
План урока:
- Организационный момент – 2 мин
- Проверка домашнего задания – 5 минут
- Актуализация знаний – 5 минут
- Изложение нового материала – 15 минут
- Физкультминутка – 3 минуты
- Закрепление материала – 10 минут
- Домашнее задание и рефлексия – 5 минут
Ход урока
- Приветствие учащихся, проверка отсутствующих, проверка готовности к уроку, объявление темы урока. (Слайд 1)
- Проверка домашнего задания. Выбранные учащиеся решают и объясняют решения задачи у доски. Выборочные учащиеся отвечают на вопросы по пройденному параграфу.
- Перед изучением новой темы вместе ответим на вопросы:
(Слайд 2) В наших телах содержится просто огромное количество электронов в атомах, почему же мы не притягиваем и не отталкиваем электрически заряженные тела?- Заряд электронов компенсируется противоположно заряженными ядрами атомов. Из-за ничтожно-малого размера атома мы в целом представляем особой электрически нейтральную систему зарядов
(слайд 3) Протон разогнали в ускорителе частиц до скорости в ½ от скорости света. Как изменился его заряд?- Никак. Изменилась только энергия протона
(слайд 4) В металлический стакан, заряженный до 1 Кл, положили металлический шар, который весит столько же, сколько и стакан. Изменится ли их общий заряд?- Нет, не изменится. Также следует отметить, что если достать металлический шар, то он также не будет заряжен. Но, если заряженный шар положить внутрь стакана, то заряд перетечет на стакан.
(слайд 5) В пластмассовую ёмкость последовательно положили одинаковые металлические шары зарядом в 1 Кл, 2 Кл, 3 Кл, 4 Кл и 5 Кл. После чего встряхнули. Какой заряд будет у наугад выбранного шара (вытаскиваем пластмассовыми щипцами) - 3 Кл. Общий заряд 1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 15 Кл равномерно распределится по 5 шарам: 15 / 5 = 3 Кл. Любой шар будет иметь заряд 3 Кл.
- (Слайд 6, 7) Учащиеся читают со слайдов короткую справку:
Французский физик Шарль Кулон родился в городе Ангулеме. После окончания средней школы он поступил на военную службу. В Париже прошел инженерную подготовку и был направлен на остров Мартинику для строительства укреплений. В 1772 г. Кулон вернулся во Францию и был назначен инженером по крепостным и водным сооружениям. Одновременно со службой он проводил научные исследования. Вначале его привлекли проблемы трения, кручения и сопротивления материалов.
Его имя стало известно в научном мире в 1777 г., когда он опубликовал ряд работ, в которых представил результаты экспериментов по измерению кручения волос, шелковых и металлических нитей. За эти работы в 1781 г. Кулона избрали членом Парижской академии наук. Пользуясь изобретенными им крутильными весами, Кулон детально исследовал взаимодействие одноименных и разноименных точечных электрических зарядов. Эти эксперименты привели к открытию в 1785 г. основного закона электростатики — закона Кулона. В своих опубликованных работах 1785–1789 гг. ученый показал, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника, ввел понятия магнитного момента и поляризации зарядов и т. д.
Экспериментальные работы Кулона имели важное значение для создания теории электромагнитных явлений. Его именем названа единица количества электричества (Кулон).
(слайд 8)Главная проблема эксперимента – не было ни эталона, ни способа узнать величину заряда. Кулон обошёл эту проблему использованием двух одинаковых шаров. Если зарядить один из шаров и соприкоснуть их, то заряд распределится между ними поровну. Таким образом, можно получить ½, 1/4, 1/8, и т.д заряда. Заряженный шар и проводящий шар получали одинаковый заряд. По углу закручивания нити, можно было определить силу, с которой заряженные тела действовали друг на друга.
(слайд 9) По итогам эксперимента, было установлено, что:
1) – сила взаимодействия обратно расстоянию между телами
2) – сила взаимодействия прямо пропорциональна величине зарядов
Обобщив итоги эксперимента, Кулон сформулировал закон (слайд 10):
Модули сил взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональны произведению модулей зарядов этих тел, обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела, являясь силами отталкивания для одноименных и силами притяжения для разноименных
(слайд 11)k – это коэффициент пропорциональности. Для СИ
(слайд 12)А что будет если к двум зарядам добавить ещё один?
Принцип суперпозиции закона Кулона:
Результирующая сила воздействия на точечный заряд со стороны нескольких зарядов равна векторной сумме кулоновских сил, создаваемых каждым зарядом по отдельности.
(слайд 13)Так же следует помнить, что вышеуказанное kдействительно для вакуума и воздуха. Однако, если заряды поместить в, например, дистиллированную воду (*почему вода должна быть дистиллированной – чтобы не было пробоя заряда), то сила взаимодействия уменьшится в εраз. Где ε – коэффициент электрической проницаемости. Для воды – ε = 81
(слайд 14)Применимость закона Кулона. Закон Кулона применим для точечных зарядов и для равномерно заряженных шарах и сферах, с уточнением, что расстояние r– это расстояние между центрами сфер.
- (слайд 15) Физкультминутка.
1) Зарядка для глаз
2) Для тела: поднимем руки вверх. Вы все – положительные заряды, допустим, что других зарядов, кроме вас нет, вдруг сзади вас – появляется положительный. Наклонитесь туда, куда будет действовать сила Кулона; теперь положительный спереди; отрицательный справа, отрицательный слева;
3) А теперь – вы всё те же одинаковые заряды, но теперь расположенные, как сидите, куда, приблизительно, будет направлена равнодействующая.
- Для закрепления:
(слайд 16)Два одинаковых металлических шарика с зарядами 1,2 ∙ 10-7 Кл и 8,0 ∙ 10-8 Кл помещены в воздухе на расстоянии 4,0 ∙ 10-2 м, приведены в соприкосновение, а затем отодвинуты на такое же расстояние. Найдите их силу до соприкосновения и после соприкосновения.
- (слайд 17)Домашняя работа: §14, упр.12 (2,4)
(слайд 18) Сопоставьте левую и правую часть
