Семинар на тему «Электрические заряды. Электрическое поле»
материал по физике на тему

    Семинар на тему «Электрические заряды. Электрическое поле»

Рассматриваемый семинар является первым по разделу «Электричество», и это в известной мере определяет его задачи и некоторые особенности методики проведения. Одна из дидактических задач семинара заключается в том, чтобы выявить уровень подготовки учащихся к самостоятельной работе с литературой и подготовить их к выполнению более сложных видов самостоятельной работы с дополнительной литературой.

Задачи семинара:

1. Уточнить и углубить понятие об электрическом заряде, отделить понятие «электрический заряд» от понятия «электрон».
2.  Систематизировать знания учащихся об электрическом поле и его свойствах.
3.  Уточнить содержание понятий: «потенциал электрического поля», «разность потенциалов», «напряженность электрического поля», «энергия электрического поля»,.
4. Повторить свойства проводников и диэлектриков в электрическом поле.
5. Ознакомить учащихся с наиболее важными практическими применениями свойств электрических зарядов и электрических полей.

Дан план семинара. В плане указана литература, пользуясь которой учащиеся могли бы систематизировать, углубить и уточнить знания.

План семинара на тему «Электрическое поле. Электрические заряды»

1Здесь  и далее имеется в виду: Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.. Сотский Н.Н. Физика. Учебное пособие для 10 класса. Просвещение, 2012г.

2Селезнев Ю.А. Основы элементарной физики. Пособие для самообразования, под ред. Б.М. Яворского. М., 1974г.

3Жданор А.С., Маранджян В.А. Курс физики для средних специальных учебных заведений, т. II. М., 1971г.

Этот двухчасовой семинар проводят в конце изучения темы. План семинара сообщаю учащимся в начале ее изучения и вывешиваю его в кабинете, с тем чтобы они постепенно могли переписать и план, и список литературы.

Одновременно с планом, в котором указаны основные вопросы семинара, учащимся выдаю задания, в которых конкретизировано содержание каждого вопроса.

            З а д а н и я       и      в о п р о с ы        д л я       с а м о к о н т р о л я

Задание 1. Уточнить содержание понятия «электрический заряд». Указать, каким свойством частиц определяется это понятие, что принято за единицу измерения электрического заряда, как взаимодействуют частицы, обладающие электрическим зарядом.

В о п о р с ы:

1. Часто говорят о перемещении электрических зарядов. В чем условность приведенных выражений? Что в действительности  перемещается?
2. Попытка как-то наглядно представить электрические явления привели к понятиям «свободных» и «связанных электрических зарядов». Что имеется в виду, когда оперируют такими понятиями?
3. В чем заключается закон сохранения электрических зарядов?
4. В чем состоит отличия электрического взаимодействия между заряженными телами от гравитационного взаимодействия тел (частиц)? Что общего между этими видами взаимодействия?
5. Каков физический смысл величин, входящих в уравнение, выражающие закон Кулона?

Задание 2. Уточнить содержание понятия «электрическое поле»; Указать основные свойства электрического поля и величины, характеризующие его .

В о п о р с ы:

1. Что такое электрическое поле?
2. Какие свойства присуще электрическому полю? Какие величины характеризуют его?
3. Каково основное свойство электрического поля, по которому судят о его существовании и отличают его от других полей?
4. Какие из свойств электрического поля присуще и веществу?

Задание 3. Уточнить физический смысл понятия «напряженность электрического поля», повторить способы определения величины напряженности и единицы измерения.

В о п о р с ы:

1. Что называется напряженностью электрического поля? Что принято за единицу измерения напряженности в системе СИ?
2. От чего зависит величина напряженности электрического поля данного заряда в той или иной точке поля?
3. Каково напряженность в точке, в удаленной от точечного заряда q, образующего исследуемое электрическое поле, на расстояние r: а) в вакууме; б) в среде с электрической постоянной ɛ?
4. Какое электрическое поле называют однородным? Как оно изображается с помощью силовых линий?
5. Как движется заряженная частица в однородном электрическом поле?

Задание 4. Уточнить, при каких условиях совершается работа в электрическом поле и от чего она зависит.

В о п о р с ы:

1. Что называют потенциалом точки электрического поля? Что называют разностью потенциалов?
2. От чего и как зависит величина работы при перемещении электрического заряда q между двумя точками поля? Какова особенность этой работы?
3. В каком случае работу по перемещению заряда в электрическом поле считают положительной? В каком случае – отрицательной?

Задание 5. Сравнить свойства электростатического и гравитационного полей.

В о п о р с ы:

1. Что общего в свойствах электростатического и гравитационного полей? В чем состоит их коренное отличие?
2. Что общего между работой по перемещению заряда в электрическом поле и работой по перемещению тел в поле тяготения?
3. В чем заключается аналогия между формулами работы по перемещению заряда q в однородном электрическом поле (ΔА= qЕd) и работы по перемещению тела массой m в поле тяготения другого тела (ΔА = mgh)?

                   М е т о д и к а     п р о в е д е н и я     с е м и н а р а

К данному семинару все учащиеся класса готовятся по общему плану. Для всех указан общий минимум литературы ( перечень соответствующих параграфов учебника) и номеров задач. Исключение представляют индивидуальные задания по подготовке сообщений о применении электрических полей для осуществления технологических процессов.

Однако это не означает, что все учащиеся независимо от их интересов и склонностей готовятся к семинару одинаково.

В списке литературы наряду с обязательной для всех указана дополнительная литература. В зависимости от уровня подготовки способностей, а также наличия литературы учащиеся или ограничиваются только учебником, или дополняют его материалом из «элементарного учебника физики» под редакцией Г. С.  Л а н д с б е р г а, из книги Ю.А. С е л е з н е в а «Основы элементарной физики» или из «Курса физики» Л.С. Ж д а н о в а   и   В.А. М а р а н д ж я н а, Г.Е. Зильберман  .

Семинар проводят в соответствии с приведенным выше планом, вопросы обсуждают в той же последовательности. По каждому вопросу может выступить любой из желающих учащихся. В тех случаях, когда таких  не оказывается, я оставляю за собой право вызова любого школьника. После ответа на вопрос вызванного ученика организуется обсуждение. Оно включает постановку дополнительных вопросов и ответов на них, дополнений с мест к ответу товарищей, внесение уточнений и исправлений.

На семинаре особое внимание уделяю уточнению понятий «электрический заряд», «электрическое поле» и выявлению общего и особенного в свойствах электрического и гравитационного полей. На нем необходимо подвергнуть анализу определения понятия «электрический заряд» в доступной для учащихся учебной литературе – В. Григорьева и  Г.Мякишева «Силы в природе» выясняют , что определить понятие «электрический заряд» оказывается не так просто. Но можно указать его существенные признаки (свойства).

В процессе обсуждения вопрос выясняют следующие        с в о й с т в а       э л е к т р и ч е с к и х      з а р я д о в.

Величина заряда является мерой электрических свойств тел и некоторых частиц, подобно тому как масса является мерой инертных и гравитационных  свойств тел (и частиц); электрические заряды связаны с электрическими полями, посредством которых осуществляется взаимодействие заряженных  тел (или частиц); существует наименьшая величина электрического заряда, равная заряду электрона (или равного ему по величине заряду протона). Заряда, меньшего по величине, в природе не обнаружено.Заряд тел (или частиц)  может  быть  только  в целое  число  раз  больше  заряда  электрона ( или  протона),  равного   1,6. 10-19.Этот заряд является естественным эталоном электрических зарядов. Его принято называть э л е м е н т а р н ы м  э л е к т р и ч е с к и м зарядом.

Электрические заряды не возникают и не исчезают, они могут лишь быть переданы от одного тела ( частицы) другому или перемещены внутри данного тела; вокруг электрического заряда всегда существует  электрическое поле. Это действует на другие электрические заряды. Если в поле данного заряда попадает другой заряд, то на него непосредственно действует не сам заряд, а его поле. Движущиеся заряды взаимодействуют посредством связанных с ними  электромагнитных полей. Электрические заряды связаны с частицами. Бывают частицы без зарядов, но не существует электрических зарядов без частиц.

Все сказанное выше характеризует то, что выражает понятие «электрический заряд», его основные свойства, с которыми представляется возможным познакомить учащихся на данном этапе его формирования.

Э л е к т р и ч е с к о е    п о л е – второе понятие, существенные признаки (свойства) которого уточняются на семинаре. До сих пор учащиеся оперировали термином «электрическое поле», не определяя его содержания. В «Физика-10» определение этого понятия не выделено. В нем имеется указание о том, что действие одного заряженного тела на другое осуществляется посредством электрических полей, окружающих эти заряды. Далее отмечается, что электрическое поле есть особая форма материи, «движение которой не подчиняется законам механики Ньютона». Однако это важное указание не подчеркнуто и потому нередко проходит мимо сознания учащихся.

Одна из задач семинара – предупредить формирования у учащихся неверного представления об электрическом поле как о пространстве, в котором  проявляется  действие электрических сил.  С  этой целью  всем ученикам  еще  раз рекомендовалась  внимательно прочесть  в  учебнике § 38 (электрическое поле), выписать содержащиеся в нем характеристики электрического поля, указать факты, подтверждающие материальность электрического поля.

В дополнение к учебнику полезно рекомендовать прочесть п. 1 (§19) в книге Ю.А. С е л е з н е в а  «Основы элементарной физики», где дано следующие определение электрического поля: «Материальный объект, осуществляющий электрические взаимодействия между неподвижными электрическими зарядами (или заряженными избыточными зарядами – телами), называют «электрическим полем». Далее подчеркивается, что «поле…  обладает энергией, массой и другими признаками материи и определенным образом распределено в пространстве, где находятся заряды его вызывающие»

Отметим, что основное внимание уделяется не определению поля и заряда, а выяснению их свойств.

Учащиеся должны усвоить, что поле и вещество – две формы материи,  что к полям относятся формы материи,  осуществляющие  взаимодействие покоящихся  электрических  заряженных  частиц  (или тел)  называются э л е к т р о с т а т и ч е с к и м и     п о л я м и. По ходу семинара учащимся рекомендуется выписывать основные характеристики электростатического поля.

Отмечают что основным  признаком, по которому электрическое поле отличают от других полей, например от гравитационного поля, поля ядерных сил, является взаимодействие наэлектризованных тел или заряженных частиц. Этот признак электрического поля – один из наиболее существенных. Обнаружить электрическое поле какого – нибудь заряда в заданной точке пространства можно только при помощи другого электрического заряда, внесенного в эту точку.

Далее отмечают, что электрическое поле распределяется во всем пространстве, окружающем заряд. Об этом можно судить по его действию на электрически заряженные тела (или частицы), помещаемые в различные  точки поля. С увеличением расстояния действие поля на вносимый заряд ослабевает. Сила взаимодействия между точечными зарядами подчиняется закону Кулона. Электрическое поле обладает энергией, поскольку силы поля совершают работу по перемещению вносимых в него заряженных тел (или частиц). Внимание учащихся обращают на то, что это свойство поля является общим со свойствами  вещества.

Одной из задач семинара является сравнение свойств электрического поля со свойствами гравитационного поля. Сравнение начинается с установления аналогии между законами взаимодействия масс и заряженных частиц. Для этого записывают формулы, выражающие законы взаимодействия масс и заряженных частиц:

                   F= G m1m2            и           F= R q1q2         

                                    r2                                                    r2

Обращают  внимание на то, что сила тяготения прямо пропорциональна массам взаимодействующих тел, а сила электрического взаимодействия прямо пропорциональна величинам зарядов взаимодействующих тел (или частиц). В том и в другом случае сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между взаимодействующими объектами.

Отмечают и различия. Она состоит в том, что в электрическом поле как отталкивание, так и притяжение, а в гравитационном – только притяжение.

Поля сравнивают также при рассмотрении основных характеристик электрического поля – напряженности и потенциала. Напряженность электрического поля измеряется отношением силы, действующей на положительный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:        

                                                   E=  F        

                                                                                   q

Напряженность гравитационного поля измеряется отношением силы, действующей на массу, помещенную в данную точку поля, к величине этой массы. Это величина равна ускорению свободного падения

                                         g=  P .

                                                m

И наконец, сравнение свойств гравитационного и электрического полей проводят при обсуждении вопроса «работа по перемещению заряда в электрическом поле». Сравнивают формулы для подсчета работы в гравитационном и электрических полях:

                                 A=mgh;                          A=qEd.

Здесь устанавливают по форме и содержанию: m и q характеризуют свойства перемещающихся объектов, g и Е – характер взаимодействия (силу воздействия поля на единичный заряд и силу воздействия поля на тело единичной массы), h и d – о расстояние между точками начального и конечного положения движущихся объектов. Обе формулы справедливы для однородных полей (напряженность Е не изменяется на пути d перемещения заряда, а ускорение силы тяжести g – на пути h перемещения тела). Произведения Ed – разность потенциалов между начальной и конечной точками  перемещения электрического заряда в электрическом поле, gh есть разность потенциалов двух точек поля тяготения.

В процессе сравнения свойств полей учащиеся заполняют таблицу 2.