Урок по физике на тему"Электрическое поле. Напряженность и потенциал электрического поля"

Тема урока. Электрическое поле. Напряженность и потенциал электрического поля

Цели: напомнить обучающимся об электризации тел, двух типах электрических зарядов и их взаимодействии, углубить знания об электрическом поле и его свойствах; ввести характеристики электрического поля - напряженность и потенциал, сравнить их;

развивать образное и критическое мышление, жизненные компетентности;

воспитывать чувство ответственности, трудолюбие, самостоятельность, внимательность.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование и наглядность: электрометр, опыты по электризации, электрическое поле заряженных шариков,  презентация, опорные конспекты.

Межпредметные связи: математика, охрана труда.

ХОД УРОКА

І. Организационный этап

II. Актуализация опорных знаний и умений (Устный опрос)

• Что называют электрическим зарядом?
• Какие два вида электрических зарядов существуют? Как они взаимодействуют?
• Что называют электризацией тел? Какие опыты можно провести по электризации?
• В чем заключается закон сохранения электрического заряда?
• Назовите значение элементарного заряда.
• Что вам известно об электрическом поле?

III. Изучение нового материала

1.      Рассказ преподавателя (с демонстрацией презентации).

2.      Сообщение обучающихся о грозе и  защите от молнии.

3.      Обучающиеся самостоятельно прорабатывают опорный конспект. (Дополнение 1)

План изучения новой темы

·         Электрическое поле.

·         Напряженность электрического поля (определение, формула, единица измерения).

·         Напряженность поля точечного заряда.

·         Линии напряженности электрического поля (определение, свойства, рисунки).

·         Однородное электрическое поле.

·         Принцип суперпозиции полей.

·         Потенциал электрического поля (определение, формула, единица измерения).

·         Разность потенциалов.

·         Связь между разностью потенциалов и напряженностью.

·         Эквипотенциальные поверхности.

·         Техника безопасности и жизнедеятельности: способы защиты от молнии.

ІV. Закрепление новых знаний и умений

Ответить на вопросы

Работа в парах (Взаимопроверка)

• В чем сходство и различие двух характеристик электрического поля - напряженности и потенциала?
• Какой опыт позволяет "увидеть" линии напряженности электрического поля? Как направлена напряженность: в сторону роста или уменьшения потенциала?
• Опишите формулу эквипотенциальных поверхностей заряженных шара, плоскости, прямой бесконечной нити.

Дополнительные вопросы

·         Почему возникают грозы?

·         Почему зимой нет грозы?

Решение задач

1.      Вычислите напряженность электрического поля заряда 20 нКл на расстоянии 10 см от точечного заряда.

2.      С каким ускорением движется электрон в поле с напряженностью       

5 кВ/м?

3.      На каком расстоянии друг от друга заряды 1мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9мН?

V. Подведение итогов урока

Рефлексия

При подведении итогов урока преподаватель обращает внимание обучающихся на ожидаемые результаты урока и, передавая воображаемый микрофон, спрашивает:

Что мы делали на уроке?

Достигли ожидаемых результатов вы лично, группа в целом?

Что могло бы быть организовано лучше, полезнее?

Как вы себя чувствовали сегодня?

VІ. Домашнее задание

·         Изучить§88-89, 94

·         Решить задачу

·         С какой силой взаимодействуют два заряда по 10нКл находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?

Дополнительное задание

·         Подготовить подборку интересных фактов о влиянии электрического поля на живые организмы (в виде компьютерной презентации или сообщения).

Дополнение 1

ОК

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. НАПРЯЖЕННОСТЬ И ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Факт взаимодействия электрических зарядов на расстоянии можно объяснить наличием вокруг них электрического поля - материального объекта, непрерывного в пространстве и способного действовать на другие заряды.

Поле неподвижных электрических зарядов называют электростатическим.

Характеристикой поля является его напряженность.

Напряженность электрического поля в данной точке - это вектор, модуль которого равен отношению силы, действующей на точечный положительный заряд, к величине этого заряда, а направление совпадает с направлением силы.

Напряженность поля точечного заряда Q на расстоянии r от него равна

Принцип суперпозиции полей

Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей каждого из зарядов системы:

Диэлектрическая проницаемость среды равна отношению напряженностей поля в вакууме и в веществе:

Она показывает во сколько раз вещество ослабляет поле. Закон Кулона для двух точечных зарядов q и Q , расположенных на расстоянии r в среде c диэлектрической проницаемостью :

Напряженность поля на расстоянии r от заряда Q равна

При перемещении заряда q вдоль силовой линии электрического поля напряженностью  на расстояние Δ d поле совершает работу

Так как по определению,  то получаем:

Отсюда  и напряженность электрического поля равна   

Итак, напряженность электрического поля равна изменению потенциала при перемещении вдоль силовой линии на единицу длины.

Если положительный заряд перемещается в направлении силовой линии, то направление действия силы совпадает с направлением перемещения, и работа поля положительна:

Тогда , то есть напряженность направлена в сторону убывания потенциала.

Напряженность измеряют в вольтах на метр: [E]=1 B/м

Напряженность поля равна 1 В/м, если напряжение между двумя точками силовой линии, расположенными на расстоянии 1 м, равна 1 В.

Эквипотенциальные поверхности

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью.

Между двумя любыми точками на эквипотенциальной поверхности разность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю. Это означает, что вектор силы  в любой точке траектории движения заряда по эквипотенциальной поверхности перпендикулярен вектору скорости. Следовательно, линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности.

Эквипотенциальными поверхностями поля точечного электрического заряда являются сферы, в центре которых расположен заряд (рис. 1).

Эквипотенциальные поверхности

однородного электрического поля представляют собой плоскости, перпендикулярные линиям напряженности (рис. 2)

рис.1

 рис. 2

Дополнение 2

Почему возникают грозы?

"Облака - взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли".

Гроза́ — атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом. Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождём, градом и шквальным усилением ветра.

Гроза относится к одним из самых опасных для человека природных явлений.

Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.

Почему зимой нет грозы?

Для образования грозового фронта необходимы три основные составляющие: влага, перепад давления, вследствие чего образуется грозовое облако, и мощная энергия. Основным источником энергии является небесное светило солнце, которое освобождает энергию при сгущении пара. В силу того, что в зимний период наблюдается недостаток солнечного света и тепла, подобная энергия не может вырабатываться в достаточной степени. Следующим компонентом является влага, но вследствие поступления ледяного воздуха, атмосферные осадки наблюдаются в виде снега. При приходе весны температура воздуха становится выше, и в воздухе образуется значительное количество влаги, достаточной для образования грозы. Вообще, чем больше ее в воздухе, тем большей силой обладает электрический разряд молнии.

Поражение молнией

При грозе нельзя начинать или продолжать работы на установках, находящихся на открытом воздухе и напрямую подсоединенных к воздушным линиям электропередач.

В грозовых разрядах присутствует удивительно много электричества: одна из каждых трех жертв грозовых разрядов погибает. Последствия ударов молнии — ожоги и клиническая смерть — сравнимы с последствиями производственных поражений электричеством.

При поражении молнией следует руководствоваться рекомендациями, которые применяются к пострадавшим от электрического тока. Характерные признаки электротравмы при поражении молнией выражена более отчетливо, а пострадавший может выглядеть «как мертвый».

Поражение молнией можно избежать, если во время грозы не выходить на открытые участки местности, лечь на землю, избегать приближения к мачтам, опорам, деревьям, расположенным на открытой местности. При приближении грозового фронта необходимо быстро покинуть воду (озеро, море) и удалиться от берега как можно дальше.