Урок

по теме: «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей»

Учитель: Потёмкина К.А.

Тип урока: Изучение нового материала

Класс: 10

Базовая программа: «Физика 10-11»(Г.Я.Мякишев)-М.: Просвещение, 2005.

Базовый учебник: Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский «Физика»-М.: Просвещение , 2006

Цель урока: сформировать понятие напряжённости электрического поля, построить экспериментальную картину

распределения поля в пространстве вокруг заряженного тела, научить применять физические законы при решении задач.

В результате ученик:



применяет понятие напряженности для описания действия электрического поля или нескольких полей

одновременно;



экспериментально доказывает существование электрического поля в пространстве и справедливость принципа

суперпозиции полей;



применяет физические законы при решении задач по электростатике;



обнаруживает действие электрического поля;



устанавливает принцип суперпозиции экспериментальным путём.

Психолого-

педагогическое

обоснование этапов

урока

Предполагаемая деятельность учителя

Предполагаемая

деятельность

учащихся

1.Мотивационно-

ориентировочная

часть.

Этап

актуализации

знаний и действий.

Урок

начинается

с

анализа

основополагающего

утверждения,

который

опирается

н а

з н а н и я ,

полученные

учащимися

ранее,

систематизация

знаний учащихся.

Здравствуйте, ребята! Сегодня мы продолжим

изучение свойств электрического поля. Прежде,

чем

мы

приступим

к

наблюдению

з а

экспериментом,

давайте

вспомним

основные

понятия,

которые

помогут

нам

успешно

работать на уроке.

Дайте ответ на следующие вопросы:

Что называют электрическим полем?

Что

является

доказательством

существования

электрического поля?

Какой

закон

позволяет

определить

величину

силы электростатического взаимодействия?

В чём заключается принцип суперпозиции сил

электростатического взаимодействия?

Ожидаемые

ответы:

Электрическое

поле-это

о собая

форма

существования

материи.

Доказательством

существования

электрического

п о л я

я в л я е т с я

п р оя вл е н и е

е г о

свойств. Закон

К у л о н а .

Е с л и

точечный

заряд q

взаимодействует

с

системой

зарядов,

то

полная

сила,

действующая

на

заряд

,

численно

равна

в е л и ч и н е

векторной

суммы

всех

сил

Кулона,

действующих

на q

Какими

свойствами

обладает

электрическое

поле?

со

стороны

всех

зарядов системы.

Электрическое

поле

материально,

оно

существует

независимо от нас,

от наших знаний о

нём.

П о л е

о б л а д а е т

определёнными

свойствами.

Электрическое

п о л е

м о ж н о

обнаружить по его

д е й с т в и ю

н а

некоторые

заряженные тела.

.

Этап мотивации

Учитель проводит опыт. Приближает и удаляет

заряженную

эбонитовую

палочку

к

султану.

Обращает внимание на действие электрического

поля

палочки

на

тело.

Затем

к

султану

присоединяют

проводник,

другой

конец

ко т о р о г о

п р и с о е д и н ё н

к

э л е к т р о д у

электрофорной машины. При вращении ручки

машины заметно действие электрического поля

машины на султан. Ребята, что вы заметили при

наблюдении данного опыта?

Действие

электрического

поля

электрофорной

м а ш и н ы

б о л е е

с и л ь н о е ,

ч е м

электрического

поля

эбонитовой

палочки.

Може м

л и

м ы

с е й ч а с

ко л и ч е с т в е н н о

подтвердить наш вывод?

Почему,

Давайте, попробуем получить её.

Нет, не можем.

Потому, что у нас

н е т

т а к о й

характеристики

электрического

поля,

которая

бы

позволила

количественно

в ы р а з и т ь

е г о

силовое

воздействие .

Этап

по ст ановки

учебной

задачи

и

планирования

е ё

решения.

Недостаточно

утверждать,

что

электрическое

поле существует. Надо ввести количественную

характеристику электрического поля.

Для

чего

необходимо

ввести

количественную

характеристику?

Необходимо

научиться

определять

силовую

характеристику

поля

в

любой

его

точке,

т.е.

силу

действия

электрического

поля

на

произвольный

заряд,

помещённый

в

любую

точку поля. Будем считать, что величина заряда

нам

известна.

Поэтому

необходимо

выяснить

характер зависимости между силой и зарядом и

в ы р а з и т ь

н а й д е н н у ю

з а в и с и м о с т ь

математически.

Количественная

характеристика

необходима

д л я

сравнения

электрических

п о л е й

д р у г

с

другом. Изучения и

о п и с а н и я

и х

свойств.

2.Содержательная

Приступим

к

исследованию

взаимодействия

(операционно-

познавательная)

часть.

отдельного

заряда q с системой зарядов { Q1,

Q2,…,Qn}.

Попробуем

провести

мысленный

эксперимент,

в

котором

вместо

физических

измерений используем некоторые проверенные

ранее общие принципы.

Эксперимент №1.

Пусть

на

шарик,

заряженный

зарядом q

и

помещённый в точку А поля, действует сила

F.

(рис1)

рис.1

Эксперимент №2.

Поместим

теперь

в

точку А рядом друг

с

д р у г о м

д в а

одинаковых шарика, заряженных зарядами q ,

как

в

предыдущем

эксперименте.

Согласно

результату

предыдущего

эксперимента

на

каждый

из

шариков

действует

с и л а F,

являющаяся

равнодействующей

всех

сил,

с

которыми каждый заряд системы действует на

пробный заряд q.

«Склеим « теперь два шарика друг с другом.

Каким зарядом обладает данное тело?

Чему

равна

сила,

действующая

на

тело

со

стороны электрического поля?

Т е л о

о б л а д а е т

зарядом 2q.

Согласно принципу

суперпозиции

на

т е л о

д е й с т в у е т

сила 2F.

Мы получили одно тело с зарядом 2q (в силу

свойства

аддитивности

зарядов),

на

которое,

согласно

принципу

суперпозиции,

действует

сила

F = F +F = 2F.

рис.2

Эксперимент 3.

Аналогично эксперименту 2 поместим в точку

А

рядом n одинаковых шариков, заряженных

зарядом q каждый. На каждый из них, согласно

эксперименту 1, действует сила F. Тогда , если

мы «склеим» шары вместе, то получим тело…С

каким зарядом?

… с зарядом nq, на которое действует …Какая

сила?

…сила nF.

Таким

образом,

мы

имеем

следующее

соответствие

между

величиной

заряда тела и действующей на него силой: q-F,

2q-2F, 3q-3F,…,

nq - nF.

Ребята,

посмотрите

внимательно,

какая

зависимость

прослеживается

между

силой

и

зарядом?

С зарядом nq.

Сила nF.

Зависимость

силы

о т

в е л и ч и н ы

пробного

заряда

линейна.

То есть сила, действующая на заряженное тело,

помещённое

в

точку

А,

пропорциональна

величине заряда тела.

Таким образом, в результате рассуждений мы

получили зависимость силы, действующей на

пробный заряд, помещённый в некоторую точку

поля,

созданного

системой

зарядов,

от

величины пробного заряда q. Очевидно, что эта

зависимость линейна, соответственно график её

может

быть

представлен

одним

из

способов,

показанных на рисунке.(рис.3)

рис.3

Силы, действующие на один и тот же заряд,

помещённый

в

разные

точки

поля,

будут

различны

Будут ли различны графики, построенные для

различных точек поля? В чём заключается это

различие?

Совершенно

верно,

различаться

будут

и

графики, построенные для разных точек поля,

однако всё различие между ними сводится к

различию

в

углах

наклона

прямой.

Тангенс

этого

угла

есть

величина

коэффициента

пропорциональности

между F

и q.

Этот

коэффициент

пропорциональности

называется

напряжённостью электрического поля и служит

силовой характеристикой данной точки поля Е

= F/ q

Он позволяет определить силу, действующую на

произвольный

заряд,

помещённый

в

данную

точку.

Направление

вектора

Е

совпадает

с

направлением

силы,

действующей

н а

положительный

заряд,

и

противоположно

н а п р а в л е н и ю

с и л ы ,

д е й с т ву ю щ е й

н а

отрицательнй заряд.

Ребята,

давайте

вернёмся

к

началу

урока

и

вспомним

задачу, которую мы должны были

Да, будут. Различие

между

графиками,

построенными

для

разных точек поля,

з а к л ю ч а е т с я

в

р а з н ы х

у г л а х

наклона прямой.

М ы

п о с т а в и л и

п е р е д

с о б о й

следующую задачу:

получить

силовую

характеристику

электрического

поля.

решить в ходе нашего урока?

Решили ли мы данную задачу?

Да, мы установили,

ч т о

с и л о в о й

характеристикой

электрического

п о л я

я в л я е т с я

напряжённость.

Ребята,

какой

закон

позволяет

описать

взаимодействие двух электрических зарядов ?

По

закону

Кулона

точечный

заряд

будет

действовать на другой заряд с силой, равной:

F = kqq/r

Модуль напряжённости поля точечного заряда

на расстоянии r от неё равен:

Е = F/q = kq/r .

Вектор

напряжённости

в

любой

точ ке

электрического поля направлен вдоль прямой,

соединяющей эту точку и заряд.

Закон Кулона.

Ч е м у

р а в н а

напряжённость

точечного заряда?

К а к

н а п р а в л е н

вектор

напряжённости ?

Принцип

суперпозиции

для

электрических

полей.

Докажем

этот

принцип.

Пусть

на

заряд

действуют сразу две системы зарядов.

Чему равна сила, действующая на заряд q?

Тогда по принципу суперпозиции полная сила,

действующая

на

заряд q

,

равна

сумме

сил,

действующих

со

стороны

каждой

из

систем

зарядов:

F = F1 + F2 .

Пусть

система

(1)

в

отсутствии

системы

(2)

создаёт в точке А поле напряжённостью Е, тогда

сила,

действующая

на

заряд q

со

стороны

системы зарядов (1) равна:

F1 = qE(1) .

Пусть

система

(2)

в

отсутствие

системы

(1)

создаёт в точке А поле напряжённость Е*, тогда

F2 = qЕ* .

Получим:

F = qE + qE* = q (E +E*) .

Полная

напряжённость

поля,

создаваемого

в

точке

А

обеими

системами

зарядов,

согласно

определению равна:

П о

п р и н ц и п у

суперпозиции

полная сила равна

с у м м е

с и л ,

действующих

со

стороны каждой из

систем зарядов.

7.Применение

новых

знаний

в

стандартной

ситуации

Е = F/ q = E + E* .

К какому выводу мы приходим?

Таким

образом.

Мы

приходим

к

следующей

формулировке

принципа

су п е р п о з и ц и и

электрических полей. Пусть имеется несколько

систем зарядов, каждая из которых (в отсутствие

о с т а л ь н ы х )

с о з д а ё т

в

т о ч к е

А

п о л е

напряжённостями Е, Е* и т.д. Тогда поле Е ,

создаваемое в точке А всеми системами зарядов,

равно

векторной

сумме

всех

электрических

полей, создаваемых каждой из систем зарядов по

отдельности:

Е = Е + Е* +…

в)

Задание.

Определить

направление

вектора

напряжённости в точке А.

Поле,

создаваемое

системами зарядов,

равно

векторной

с у м м е

в с е х

электрических

полей.

Организация

Ребята,

давайте

экспериментальным

путём

исследовательской

деятельности

учащихся

д о к а ж е м

с п р а в е д л и в о с т ь

п р и н ц и п а

суперпозиции электрических полей. На каждом

столе лежит листок с указанием ваших действий

для

выполнения

исследований.

Выполните

эксперимент, сделайте вывод.

На

столах

учащихся

находится

необходимое

оборудование и листки с программой действий.

Прежде, чем вы приступите к работе, давайте

повторим

основные

выводы,

которые

вам

помогут

правильно

выполнить

практическую

работу,

усвоить

изученный

сегодня

на

уроке

материал.

Ответьте на следующие вопросы:

Что называется напряжённостью электрического

поля ?

Чему

равна

напряжённость

электрического

поля?

Мы убедились, что

принцип

суперпозиции

электрических

полей

экспериментально

обоснован.

Силовой

характеристикой

электрического

п о л я

я в л я е т с я

вектор

напряжённости

электрического

поля

Е,

равный

отношению

в е к т о р а

с и л ы ,

д е й с т ву ю щ е й

в

данной точке поля

н а

п р о б н ы й

положительный

заряд,

к

величине

В

чём

заключается

принцип

суперпозиции

электрических полей?

Чему

равна

напряжённость

пробного

заряда,

помещенного в данную точку поля ?

Р е б я т а ,

п р и с т у п а й т е

к

в ы п о л н е н и ю

практической

работы.

По

звонку

отчёты

о

проделанной работе сдайте на учительский стол.

Обратите внимание, домашнее задание написано

на доске.

этого заряда.

Принцип

суперпозиции:

напряжённость

результируещего

электрического

п о л я

е с т ь

геометрическая

(векторная)

сумма

напряжённостей

полей,

создаваемых

отдельными

зарядами:

Е = Е + Е + …

Напряжённость

п оля

т о ч е ч н о г о

заряда равна:

Е = kq/ r.

Учащиеся

п р и с т у п а ю т

к

выполнению

работы. Работают в

парах.

Оборудование

имеется на каждом

столе.

8.Самостоятельно

е

в ы п о л н е н и е

з а д а н и я

п о д

контролем учителя

Сейчас

мы

рассмотрим

решение

задачи,

применяя новые знания изученные на уроке.

ЗАДАЧА.

Ромб

составлен

из

двух

равносторонних

треугольников

со

стороной,

равной

0,2

м.

В

вершинах при острых углах ромба помещены

одинаковые положительные заряды по 6 10 Кл. В

вершине

при

одном

из

тупых

углов

помещён

отрицательный

заряд

8

10

Кл.

Определите

напряжённость электрического поля в четвёртой

вершине ромба.

ДАНО: α = 60

о

, а = 0,2 м, q =q =6 10Кл, q =q = 8

10 Кл, Е -?

РЕШЕНИЕ:

С чего начнём решение задачи?

Какая ситуация описана в условии задачи?

С анализа ситуации

о п и с а н н о й

в

условии задачи.

Имеется

точечный

заряд,

помещённый

в

э л е к т р и ч е с ко е

п ол е ,

с о з д а н н о е

системой

зарядов

{q,q,q}.Поскольку

направление вектора

напряжённости

Совершенно

верно,

необходимо

построить

р е зул ьт и р у ю щ и й

в е к т о р

Е ,

у ч и т ы в а я

направление

векторов

напряженностей

полей,

создаваемых

отдельными зарядами q ,q ,q

в

свободной вершине ромба.

Есть

ли

желающий

выполнить

построение

на

доске?

показывает,

куд а

действует

электрическое

поле

на

положительный

заряд,

помещённый

в

д а н н у ю

т о ч к у

п о л я ,

т о

н у ж н о

выполнить

необходимые

геометрические

построения.

Ученик по желанию

выходит к доске и с

помощью

геометрических

построений

изображает

вектор

Е.

рис.4

Какой закон описывает модель ситуации задачи?

Кто

может

написать

на

доске

выражение

для

искомой напряжённости в четвёртой вершине7

Запишем уравнение в проекциях на выбранные

оси координат.

Е' = Еcos α - E + Ecos α ,

E" = Esinα - Esin α

.

Какие твои дальнейшие действия?

Так как

E

= kq/a

, E

= kq/a

, E

= kq/a , то

уравнения принимают вид:

E1 = k(q = q)cos α - lql, E2 = k(q – q)sin α .

a a

Принцип

суперпозиции

электрических

полей.

Ученик

пишет

на

доске выражение:

Е = Е + Е + Е .

Учащийся пишет на

д о с к е

д а н н о е

у р а в н е н и е

в

проекциях

на

оси x

и у.

Переписать

данные

уравнения,

применяя

формулу

напряжённости

для

точечного заряда.

Д л я

п о л н о й

напряжённости

получаем.

Ученик

садится

на

место.

9.Подведение

итогов.

Постановка

домашнего

задания.

Е = Е1 + Е2 = lEl = 4,5 10 В/м.

Ответ: 4,5 10 В/м.

Задача

решена

правильно.

За

ответ

ставится

оценка «отлично».

Мы

решили

задачу,

понимая

смысл

новой

физическоё

величины

–

напряжённо сти

электрического

поля,

и

применяя

принцип

суперпозиции полей. Обратите внимание, что на

ЕГЭ по физике на решение задачи такого типа

отводится 6 минут. Сегодня мы не уложились в

отведённое время. Дома выучить теоретический

материал

и

решить

задачи,

номера

которых

написаны на доске.

Урок окончен, до свидания.