Філоненко І.І, БДПУ

запустити on-line скачати

Модель призначено для введення понять напруженості, принципу суперпозиції, силової лінії електричного поля, потенціалу, еквіпотенціальних поверхонь.

З "корзин" можна витягти довільну кількість позитивних, негативних зарядів величиною в 1нКл та пробних зарядів. Від пробного заряду відображається вектор напруженості. Вимірювач дозволяє визначити потенціал поля та побудувати еквіпотенціальну поверхню. Додаткові налаштування (у зеленому полі): включати відображення напряму електричного поля (стрілочки рівної довжини в багатьох точках), при цьому насиченість кольору залежить від величини поля, показати потенціал (насиченістю кольору фона) грубо та більш точно, включити відображення сітки, показати значення напруженості та кута вектру напруженості біля пробних зарядів, вивести рулетку для вимірювання відстаней та кутів.

Напруженість, принцип суперпозиції

Актуалізація: взаємодія електричних зарядів, закон Кулона, електричне поле як вид матерії, що забезпечує цю взаємодію.

Проблемне питання: як описати електричне поле?

Оскільки електричне поле проявляє себе по дії на електричний заряд, то логічно описати електричне поле, вказавши сили, що діють на заряди в різних точках поля. Але... ця сила залежить не тільки від поля, а і від величини заряда! Якщо силу розділити на величину заряда, то отримуємо величину, що описує електричне поле і не залежить від заряда - напруженість електричного поля.

Спробуємо описати електричне поле одного електричного заряду. - Перетягуємо позитивний заряд в моделі.

Якщо поряд із зарядом буде невеличкий позитивний (пробний) заряд, то як буде спрямована сила дії електричного поля?

Як буде залежати величина цієї сили?

Так само буде спрямована і так само залежати величина напруженості. - Перетягуємо один з сенсорів, показуємо зміну напряму та величини вектору напруженості.

Як скласти більш повне уявлення про електричне поле цього заряду? Потрібно більше пробних зарядів. - Розміщуємо сенсори по колу біля заряду та замальовуємо картину. Електричне поле позитивного заряду спрямоване від нього.

Як буде спрямоване електричне поле негативного заряду?

Якщо поряд буде невеличний позитивний (пробний) заряд, то як буде спрямована сила і отже напруженість електричного поля?

До негативного заряду. - Показуємо на моделі.

Напруженісь електричного поля: (у констпект)

• векторна фізична величина (бо вказує напрям дії електричного поля на заряд);
• що є силовою характеристикою електричного поля (бо характеризує напрям та величину сили);
• формула E=F/q, тому числове значення напруженості дорівнює силі, що діяла б в певній точці на заряд в один кулон;
• вимірюється у Н/Кл (другу одиницю вимірювання В/м треба дати після вивчення зв'язку напруженості та напруги).

Якщо буде кілька зарядів, то як буде спрямован вектор напруженості? - Перетягуємо два позитивних заряди, розміщуємо курсор в потрібній точці, замальовуємо задачу в зошиті та на дошці.

Будуємо вектор напруженості від першого заряду, від другого. А від обох відразу? Складаємо вектори. - Перевіряємо правильність на моделі.

При наявності кількох зарядів ми завжди розглядаємо напруженість сумарного електричного поля як суму напруженостей від кожного з зарядів - принцип суперпозиції.

Виконуємо вправи на побудову напряму вектора напруженості та розрахунок величини. - Правильність перевіряємо на моделі.

Силові лінії електричного поля

Ми вже вміємо будувати вектор напряженості від кількох зарядів. Та чи дозволяє це уявити відразу все поле від кількох електричних зарядів? - Перетягуємо позитивний та негативний заряди, кілька сенсорів.

Картина занадто складна. Спробуємо враховувати тільки напрям векторів і збільшимо їх кількість. - Перетягуємо два заряди, включаємо відображення напряму електричного поля у зеленому полі.

Тепер конфігурація електричного поля як на долоні. Велика кількість стрілочок розташовані ніби по певних лініях. Такі лінії можна побачити і в реальному експерименті (волосинки довжиною в 1 мм або кришталики солі в маслі + електрофорна машина). Ці лінії мають назву силові лінії електричного поля. Вектор напруженості буде дотичний до силової лінії. - Перетягуємо сенсор для демострації цього.

Силові лінії електричного поля (у конспект) - спосіб швидко описати конфігурацію (напрям та величину напруженості) електричного поля. Напрям напруженості дотичний до силової лінії, кількість силових ліній позначає величину поля.

Потенціал

Актуалізація: робота електричного поля, залежність роботи від напруженості, заряду, проекції переміщення на силову лінію, потенційне поле, потенціальна енергія заряду в електричному полі, напруженість як силова характеристика електричного поля.

Другий спосіб описати електричне поле полягає у тому, що для кожної точки вказується потенційна енергія заряду. Але потенційна енергія залежить від величини заряду, тому, як і в випадку з напруженістю, поділимо потенційну енергію на заряд і отримаємо енергетичну характеристику електричного поля - потенціал.

Потенціал

1. скалярна фізична величина (бо потенційна енергія напряму не має);
2. що є енергетичною характеристикою електричного поля;
3. формула W/q, тому числове значення дорівнює потенційній енергії заряду в 1 Кл в певній точці;
4. вимірюється у Дж/Кл, тобто у В.

Пробуємо обчислити потенціал поля між позитивним та негативним зарядами, складаємо потенціали скалярно (напрямку ж нема), підкреслюємо різницю між потенціалом та напруженістю (напруженості складали векторно). - Показуємо розподіл потенціалів на моделі.

Еквіпотенціальні поверхні

В деяких точках навколо заряду потенціали мають однакове значення. Назвемо цю уявну поверхню, що проходить через точки з рівними потенціалами еквіпотенціальною. - Показуємо на моделі еквіпотенціальні поверхні. Показуємо, що силові лінії перпендикулярні еквіпотенціальним поверхностям.