Урок по физике на тему "Электростатическое поле сферы"

МАОУ СОШ №37 Октябрьского района ГО г. Уфа РБ.

Разработка урока по физике.

Электростатическое поле заряженной сферы.

составила и провела:

учитель физики

Хаматнурова Э.М.

Тема урока:

Электрическое поле заряженной сферы.

Цель урока:

Продемонстрировать электрическое поле вне и внутри заряженной сферы. Рассчитать значение напряжённости электрического поля заряженной сферы в различных её точках.

Задачи урока:

1) сформировать умения и навыки практического характера: наблюдение за демонстрационным экспериментом, составление  умозаключения в ходе эксперимента, умение качественно описывать эксперимент и решать задачи.

2) развивать познавательный интерес к предмету на основных достижениях науки и техники, а также при наблюдении природных явлениях.

3) воспитывать ответственность за результаты учебного труда, понимание его значимости, соблюдение техники безопасности, санитарно-гигиенических условий труда.

ТСО:

1)    Интерактивная доска.

2)    Электрофорная машина, сосуд, дипольные индикаторы, металлический шар.

Физический диктант.

№	Вопрос	Ответ
1	Что такое электрическое поле?	Форма существования материи.
2	Назовите свойства электрического поля?	Поле материально, существует не зависимо от нас, обладает определёнными свойствами, которые позволяют не путать его с чем-либо другим в окружающем мире, создаётся только электрическим зарядом, неразрывно связано с зарядом.
3	Назовите количественную характеристику электрического поля?	Напряжённость электрического поля.
4	Как зависит напряжённость электрического поля, созданная точечным зарядом,  при удалении от заряда на расстояние?	Напряжённость электрического поля ослабевает с увеличением расстояния. Самое сильное поле у поверхности заряженного тела.
5	Как обнаружить в пространстве электрическое  поле?	Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряженное тело.
6	Дайте определение точечного заряда.	Точечный заряд- заряженное тело, размеры которого много меньше расстояния его возможного действия на другие тела.
7	Что является источником электростатического поля?	Неподвижный заряд.
8	Опишите принцип суперпозиции полей.	Напряжённость поля системы зарядов в данной точке равна геометрической(векторной) сумме напряжённостей полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности.
9	Дайте определение линиям напряжённости.	Линии напряжённости-линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряжённости электростатического поля в данной точке.
10	Дайте определение однородного электрического поля.	Электрическое поле, векторы напряжённости которого одинаковы во всех точках пространства, называется однородным.

Разноимённые заряды по 0,1 мкКл каждый находятся на расстоянии 6см друг от друга. Найдите напряжённость поля в точке, удалённой на 5 см от каждого из зарядов.

Демонстрационный эксперимент №1.

В сосуд наливаем немного подсолнечного масла и посыпаем его сверху манной крупой. Вводим один электрод, на который подаём заряд. Наблюдаем картину электрического поля одного заряда. В этот сосуд вводим  проводящий заряженный шарик. Наблюдаем, как первоначально хаотически ориентированные частички выстраиваются в упорядоченные линии.

Вывод

Частицы выстраиваются в линии потому, что со стороны электрического поля на них действуют силы. Поэтому линии между электродами, которые обозначают частицы, называют силовыми линиями электрического поля.

Демонстрационный эксперимент №2.

Изготавливаем несколько одинаковых дипольных индикаторов: полоски бумаги, согнутые под углом вдоль, устанавливаем на иглы по центру тяжести. В качестве подставок используем держатели для магнитных стрелок. С помощью этих индикаторов визуализируем электрическое поле: заряженного шара.

Вывод

Дипольные индикаторы позволяют визуализировать электрическое поле и помогают сформировать понятие силовых линий электрического поля.

О чём будет идти речь на уроке?

Тема урока: Электростатическое поле заряженной сферы.

Цель урока: Продемонстрировать электрическое поле вне и внутри заряженной сферы и рассчитать значение напряжённости электрического поля заряженной сферы в различных её точках.

Демонстрационный эксперимент №3.

Видео о заряженной сфере.

Вопросы по фильму:

1)    На какой фотографии электрического поля нет?

2)    На какой фотографии напряжённость электрического поля сферы сильнее?

3)    О чём свидетельствует угол отклонения нити от положения равновесия?

4)    Сможете расставить силы, действующие на пробный заряд.

Пусть мы имеем заряженную сферу, известного радиуса. Найдём напряжённость поля в произвольной точке А (вне сферы), находящейся на расстоянии r от центра сферы, используя принцип суперпозиции полей.

1)    Мысленно разделим сферу на пары одинаковых точечных зарядов q₂ и q₂´, симметричных относительно отрезка ОА, т.к. сферу нельзя рассматривать как точечный заряд вблизи поверхности сферы.

2)    Любая пара зарядов создаёт напряжённость Е_А вдоль оси  ОА, поэтому результирующая напряжённость направлена радиально, от сферы.

3)    Электростатическое поле, созданное заряженной сферой, сосредоточено в определённой области пространства вне сферы.

4)    Линии напряжённости поля, созданные заряженной сферой, совпадают с линиями напряжённости точечного положительного заряда.

5)    Поэтому для расчёта напряжённости вне сферы применима формула напряжённости точечного заряда:

                                    

В центре сферы(стр.383 по Касьянову)

Напряжённости поля, созданного любыми диаметрально противоположными зарядами q₁ и q₁´, одинаковы по модулю и противоположны по направлению.

Напряжённости полей в любой точке внутри сферы компенсируют друг друга.

Внутри заряженной сферы электростатическое поле отсутствует. Е=0.

Электростатическое поле, созданное заряженной сферой, сосредоточено в определённой области пространства вне сферы.

Построим график зависимости напряжённости электрического поля  сферы от расстояния до точки, в которой хотим узнать величину напряжённости электрического поля.

Физкультурная минута.

№1. Задание части В.

В точке А на поверхности равномерно заряженной сферы напряжённость её электрического поля равна Е_а .Чему равна напряжённость поля сферы в её центре О и в точке В, лежащей на середине отрезка ОА?

Установите соответствие между физическими величинами и их значениями.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физическая величина:	Её значение:
А) напряжённость электрического поля сферы в точке О Б) напряжённость электрического поля сферы в точке В	1)    2Еа 2)     Еа 3)        Еа/2 4)     0

№2. Задание части А.

Если равномерно заряженный проводящий шар радиусом  5 см создаёт на расстоянии 10 см от его поверхности электрическое поле напряжённостью 4 В/м , то на расстоянии 10 см от центра шара напряжённость поля равна…

1)    4 В/м

2)    8 В/м

3)    9 В/м

4)    12 В/м

№3. Задание части А.

Напряжённость электрического поля равномерно заряженной поверхности радиусом 0,2 м уменьшается в 6,25 раз при удалении от поверхности сферы на расстояние…

1)    0,1 м

2)    0,2м

3)    0,3м

4)    0,4 м

№4. Задание части А.

Размерность напряжённости электрического поля в системе СИ может быть выражена следующим образом…

1)    Кл / м2

2)    Кл / м

3)    Н / Кл

4)    Н*м / Кл

№5. Задание части А.

Шар радиусом R=5см, обладающий равномерно распределённым зарядом q_ш, покоится в масле с диэлектрической проницаемостью e=4. На расстоянии L=20см от поверхности шара находится точечный заряд q=5нКл. Сила взаимодействия между точечным зарядом и шаром по модулю равна F=12мкН. Величина заряда q_ш равна…

1)    43нКл

2)    67нКл

3)    84нКл

4)    216нКл

№6. Задание части А.

Одинаковые небольшие проводящие шарики, заряженные одноимёнными зарядами q1=20мКл и q2=40мКл, находятся на расстоянии r друг от друга. Затем половину заряда, находящегося на первом шарике, перенесли на второй. При этом сила взаимодействия между ними…

1)    Уменьшилась в 4 раза

2)    Уменьшилась в 1,6 раза

3)    Увеличилась в 1,6 раза

4)    Не изменилась

1)    Отгадайте загадку.

Летит огневая стрела, Никто её не поймает: Ни царь, ни царица, Ни красна девица.

Сверкнёт, мигнёт, кого-то позовёт.

Меня никто не видит, но всякий слышит,           а спутницу мою всяк может видеть, но никто не слышит.

Небесная лошадь скачет, из-под ног огонь сыплется.

2)    Задача по физике с использованием текстов из художественной прозы. Н.С.Лесков

«Реяли молнии; с грохотом нёсся удар за ударом, и вдруг Туберозов видит пред собою тёмный ствол дуба, и к нему плывёт светящийся, как тусклая лампа, шар; чудная искра посредине дерева блеснула ослепляющим светом, выросла в ком и разорвалась. В воздухе гряхнуло страшное бббах!.. Дерево было как ножом срезано у самого корня и лежало на земле…»

Какое явление вы узнаёте в этом эпизоде?

3)    Видео про шаровую молнию.

4)    Доклад про шаровую молнию.

Шарова́я мо́лния — светящийся плавающий в воздухе шар, уникально редкое природное явление, единой физической теории возникновения и протекания которого к настоящему времени не представлено. Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, но вопрос о единственной природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на конец XX века не было создано ни одного опытного стенда, на котором это природное явление искусственно воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев шаровой молнии.

Широко распространено мнение, что шаровая молния — явление электрического происхождения, естественной природы, то есть представляет собой особого вида молнию, существующую продолжительное время и имеющую форму шара, способного перемещаться по непредсказуемой, иногда удивительной для очевидцев траектории.

Во время грозы земля и объекты на ней заряжаются положительно, значит шаровая молния, обходящая объекты и копирующая рельеф, также заряжена положительно. Если встречается предмет, заряженный отрицательно, молния притянется к нему и скорее всего взорвётся.

С течением времени заряд в молнии может изменяться, и тогда меняется характер её движения. Шаровая молния чутко реагирует на электрическое поле вблизи поверхности Земли, на заряд, имеющийся на объектах. Молния стремится переместится в те области пространства, где напряжённость поля меньше, этим можно объяснить частое появление шаровых молний внутри помещения.

Шаровая молния обычно появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую, но не обязательно, наряду с обычными молниями. Но имеется множество свидетельств её наблюдения в солнечную погоду. Чаще всего она как бы «выходит» из проводника или порождается обычными молниями, иногда спускается с облаков, в редких случаях — неожиданно появляется в воздухе или, как сообщают очевидцы, может выйти из какого-либо предмета (дерево, столб).

В связи с тем, что появление шаровой молнии как природного явления происходит редко, а попытки искусственно воспроизвести его в масштабах природного явления не удаются, основным материалом для изучения шаровых молний являются свидетельства неподготовленных к проведению наблюдений случайных очевидцев, тем не менее некоторые свидетельства очень подробно описывают шаровую молнию и достоверность этих материалов не вызывает сомнений.

5)    Коваль-богатырь.(белорусская сказка)

Коваль-богатырь отправился искать Змея, убежавшего с поля боя. В пути его застала ночь.

«Улёгся Коваль-Богатырь под дубом, лежит и слышит- гром громыхает. Зашумел лес, загудел, заговорил на разные голоса. Но вот сверкнула молния и загремело так, что аж земля задрожала, налетел ветер. Дубы трещат, сосны стонут, а ели сгибаются чуть не до земли. А молния как сверкнёт, как блеснёт чуть не через всё небо, осветит тёмный лес, и снова тьма, как под Землёй. Разгулялся Перун, как хватит молнией в сосну, так и располосует её от верхушки до корней, ударит в дуб – расколет дуб…»

Правильно ли поступил Коваль-Богатырь, когда остался под дубом во время грозы?

6)    Физика в шутках и анекдотах.

Учитель спрашивает Жан-Луи:

-Скажи, ты знаешь разницу между молнией и электричеством?

-Да, мосье: молния-это бесплатное электричество.

7)    Пословицы и поговорки.

Молния не сверкнёт- грома не будет.

После того как молния сверкнула, боятся нечего.

Молния два раза в одно место не бьёт.

Чтобы уберечься от молнии, на голову ковш не надевают.

Зимой грома не бывает.

В грозу зонтик не защита.

Молния не всегда рождает гром.

Молния ударяет в высокое дерево.

Гроза застала в поле- садись на землю.