Цели: изучить основные законы электростатики; добиться умения их применять при решении задач; вывести учащихся на уровень свободного владения изученным материалом; помочь развитию творческих способностей учащихся, используя материал изученной темы.
1. Начинаем урок с повторения элементов электростатики, известных учащимся с 8-го класса: существование в природе двух видов зарядов; взаимодействие одноименных и разноименных зарядов; электризация трением. Вспоминаем о статическом электричестве и его проявлении в быту: взаимодействие расчески и волос, прилипание одежды, электрический разряд при касании металлических деталей и т.д.
2. Затем задаем вопрос классу: “Что такое электрический заряд?”
Говоря об электрическом заряде, мы подразумеваем электрически заряженное тело или заряженную частицу. Электрический заряд не существует сам по себе, он чему-то принадлежит, а, следовательно, является характеристикой тела или частицы. Электрически заряженные тела отличаются от незаряженных тем, что взаимодействуют друг с другом не только гравитационными силами, которые являются только силами притяжения, но и электромагнитными, которые являются как силами притяжения, так и силами отталкивания. При небольших массах гравитационные силы незначительны, а электромагнитные во много раз их превосходят. Таким образом: электрический заряд это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.
3. Снова задаем вопрос учащимся: “Откуда берутся заряженные тела?”
Они появляются в результате электризации. Вспоминаем этот процесс, просматривая видеофильм с опытом электризации трением. Но электризация так же может проходить под действием света и через наведение.
4. Анализируя процесс электризации, подводим учащихся к закону сохранения электрического заряда: внутри изолированной системы алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной (q1 + q2 + q3 + … + qn = const). Из данного закона следует, что при электризации не может появиться заряд одного знака. Данный закон является фундаментальным и выполняется не только в электростатике. Например, закон сохранения электрического заряда выполняется в ядерной физике:
,
а так же в химии в реакциях диссоциации:
.
Для закрепления решаем устную задачу: пылинка с зарядом +5е потеряла заряд е–. Какой заряд остался на пылинке?
5. Далее от рассмотрения зарядов переходим к их взаимодействию и изучаем закон Кулона. По рисунку на слайде изучаем опыт Кулона, и основные следствия из данного опыта:
F ~ q1·q2,
F ~ 1/r2.
Два точечных неподвижных электрических заряда взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:
.
Силы взаимодействия между зарядами – центральные, т.е. направлены вдоль линий соединяющих центры взаимодействующих зарядов.
k – коэффициент пропорциональности, зависит от выбора системы измерения.
В СИ
,
– электрическая постоянная.
Затем описываем физический смысл коэффициента пропорциональности.
6. От взаимодействия двух переходим к взаимодействию нескольких точечных зарядов и формулируем принцип суперпозиции: если взаимодействуют несколько зарядов то результирующая сила, действующая на заряд равна геометрической сумме сил взаимодействия с каждым зарядом:
.
Данный принцип иллюстрируем схемой на слайде.
7. Далее еще раз останавливаемся на основных понятиях урока и даем определения законам и принципам, изложенным в новой теме.
Учитывая большую нагрузку на зрение, перед индивидуальной работой на компьютере – делаем гимнастику для глаз.
8. Для закрепления изученного материала учащиеся занимают места за компьютерами и решают тестовые задачи с выбором варианта ответа.
Например:
Модуль силы взаимодействия между двумя точечными заряженными телами равен F. Чему станет равен модуль силы взаимодействия между телами, если заряд одного из них уменьшить в 3 раза, а заряд второго увеличить в 3 раза?
л) F д) 9F
п) F/3 р) F/9
Проверка правильности полученного ответа происходит в интересной для учеников форме – отгадывания кроссворда на тему электростатики. Буква правильного ответа тестовой задачи является так же буквой ключевого слова в кроссворде. Дети называют правильные ответы, при этом учитель открывает на проекционном экране буквы слов кроссворда. В качестве зашифрованных слов предлагается имя великого экспериментатора Кулона – Шарль Огюстен.
9. Затем ученики остаются за компьютерами и запускают интерактивную модель взаимодействия зарядов. Так же данная модель выводится и на проекционный экран. Учитель объясняет, как пользоваться данной моделью и практически решает с учениками несколько задач с использованием данной модели.
Например: Изменится ли модуль силы взаимодействия, если заряд q2 переместить с оси OX на ось OY на такое же расстояние относительно заряда q1?
Каково отношение модулей сил взаимодействия между одинаковыми зарядами, находящимися в вершинах равностороннего треугольника?
10. После совместного решения задач каждому ученику предлагается самостоятельно придумать задачу и решить ее практически с использованием модели. Наиболее интересные, из предложенных задач, показываются учителем на проекционном экране и разбираются совместно с учениками.
Примеры задач предложенных учениками:
Определить расстояние между двумя зарядам, если известна величина силы, с которой они взаимодействуют между собой и величины этих зарядов.
Как изменится величина силы взаимодействия между двумя зарядами, если расстояние между ними увеличится в 2 раза.
В конце урока подводятся итоги, отмечаются наиболее активные ученики и задается домашнее задание. Ученикам, имеющим дома компьютер, предлагается скопировать интерактивную модель и продолжить работу с ней дома.
