План урока для 10-класса. На тему "Закон Кулона"

План конспект открытого урока в 10 классе по физике

по теме «Закон Кулона. Единица измерение электрического заряда»

Цель урока:

Образовательные: сформировать знания обучающихся о точечном заряде, о силе взаимодействия между зарядами, разъяснить физический смысл закона Кулона, указать границы его применения, научить решать качественные задачи на применение закона Кулона, сформировать умения работать с компьютерной моделью

Развивающие: развивать у обучающихся умения наблюдать, анализировать, обобщать, сравнивать познавательные объекты, делать выводы, осуществлять самоконтроль, самооценку и самокоррекцию учебной деятельности.

Воспитательные: развивать у обучающихся умения наблюдать, анализировать, обобщать, сравнивать познавательные объекты, делать выводы, осуществлять самоконтроль, самооценку и самокоррекцию учебной деятельности.

Ожидаемый результат: После изучения данной темы учащиеся должны понимать характер взаимодействия электрических зарядов, знать закон Кулона понимать физический смысл коэффициента пропорциональности в законе Кулона уметь применять его для вычисления силы взаимодействия точечных зарядов, находящихся в вакууме в других средах.

Тип урока: урок открытия новых знаний.

Метод урока: Репродуктивный, интерактивный, беседа.

Оборудование: компьютеры, мультимедийный проектор, компьютерная презентация по данной теме, видео урок про крутильного веса, интерактивные программы, раздаточный материал (карты с заданиями) и карты для оценивании.

План урока:

1. Организационный момент. 2 мин

2. Проверка домашнего задания. 5 мин

3. Проверка знаний, умений и навыков.7 мин

4. Объяснение нового материала. 16 мин

5. Закрепление и решение задач. 10 мин

6. Домашнее задание. 2 мин

7. Итоги урока. 3 мин

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Повторение. (с программой кахут, игровой тест)

3. Опыты про электризации тел. «Электризация тел. Закон сохранения электричесого заряда»

1. Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?

2. Как называется процесс, приводящий к появлению на телах электрических зарядов?

3. Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?

4. Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел системы остается постоянной?

4. Изучение нового материала.

А) Биография Ш. Кулона.

ШАРЛЬ ОГЮСТЕН КУЛОН 

(1736— 1806)

Французский физик Шарль Кулон родился в городе Ангулеме. После окончания средней школы он поступил на военную службу. В Париже прошел инженерную подготовку и был направлен на остров Мартинику для строительства укреплений. В 1772 г. Кулон вернулся во Францию и был назначен инженером по крепостным и водным сооружениям. Одновременно со службой он проводил научные исследования. Вначале его привлекли проблемы трения, кручения и сопротивления материалов.

Его имя стало известно в научном мире в 1777 г., когда он опубликовал ряд работ, в которых представил результаты экспериментов по измерению кручения волос, шелковых и металлических нитей.

За эти работы в 1781 г. Кулона избрали членом Парижской академии наук.

Пользуясь изобретенными им крутильными весами, Кулон детально исследовал взаимодействие одноименных и разноименных точечных электрических зарядов. Эти эксперименты привели к открытию в 1785 г. основного закона электростатики — закона Кулона. В своих опубликованных работах 1785—1789 гг. ученый показал, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника, ввел понятия магнитного момента и поляризации зарядов и т. д.

экспериментальные работы Кулона имели важное значение для создания теории электромагнитных явлений. Его именем названа единица количества электричества (Кулон).

Б) Объяснение закона Кулона

В 1785 г. французским физиком Шарлем Кулоном установлен закон взаимодействия точечных зарядов.

Точечными зарядами называют заряженные тела размеры которых много меньше расстояния между ними.

Видео ролик про крутильного веса

https://youtu.be/bdflG2HTDq4

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Кулоновская сила подчиняется III закону Ньютона: силы взаимодействия между зарядами равны по модулю и направлены противоположно друг другу вдоль прямой, соединяющей эти заряды.  Кулоновские силы F — центральные силы. 

Единица заряда — кулон (1 Кл). Это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А.

Минимальный заряд, существующий в природе,— заряд электрона:

q = - 1,6.10^-19 Кл.

Коэффициент пропорциональности k, выраженный из  закона Кулона:

Т. е. k показывает, что два точечных заряда по 1 Кл каждый на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме взаимодействуют с силой 9 * 10⁹ Н.

Диэлектрическая проницаемость среды ε 

Диэлектрическая постоянная ε    характеризует электрические свойства среды. Для любой среды ε  1 и зависит от самой среды; 

показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных заряженных тел в вакууме больше их сил взаимодействия в среде при прочих равных условиях. 

Закон Кулона для среды: 

В системе СИ коэффициент k  выражают через электрическую постоянную ₀

, следовательно ,

Закон Кулона для среды в СИ:

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

5.. Повторение изученного материала.

1. Что определяет закон Кулона?

2. Как записывается закон Кулона для взаимодействия зарядов в вакууме?

3. Какая величина характеризует влияние среды на силу взаимодействия между зарядами?

4. Запишите закон Кулона для взаимодействия зарядов с учетом среды в системе СИ?

5. Чему равен коэффициент пропорциональности в законе Кулона?

6. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого заряда в 3 раза, если расстояние между ними уменьшить в 2 раза?

7. Как изменится сила электростатического взаимодействия точечных электрических зарядов при перенесении их из среды с диэлектрической проницаемостью 7 в вакуум, если расстояние между зарядами останется неизменным?

8. Два одинаковых металлических шара заряжены равными по модулю, но разноименными зарядами. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на прежнее расстояние. Во сколько раз изменилась сила взаимодействия?

6. Решение задач.

Задача. 1 Два заряда +1.66 10^-9 Кл и +3,33 10^-9 Кл находятся на расстоянии 20 см друг от друга. Где надо поместить третий заряд, чтобы он оказался в равновесии?

Дано: q₁ = 1.66 10^-9 Кл, q₂ = 3,33 10^-9 Кл, r = 0,42 м,   = 1.

Найти: r₁

Решение. Точка, где надо поместить третий заряд q (положительный или отрицательный) лежит на линии, соединяющей эти заряды. Допустим, q - положительный заряд. На него действуют кулоновские силы F₁ и F₂ (рис. 1) со стороны зарядов q₁ и q₂. Заряд q находится в равновесии, значит . Значит в проекциях на ось X: F₁ – F₂ = 0 или F₁ = F₂. Учитывая, что

Получим

=

откуда r₁ = 0,08 м

Задача.2 Два шарика, расположенных на расстоянии г = 20 см друг от друга, имеют одинаковые по модулю заряды и взаимодействуют в воздухе с силой F = 0,3 мН. Найти число нескомпенсированных электронов N на каждом шарике.

Задача.3 На изолирующей нити подвешен маленький шарик массой m = 1 г, имеющий заряд q1 = 1 нКл. К нему снизу подносят на расстояние г = 2 см другой заряженный маленький шарик, и при этом сила натяжения нити уменьшается вдвое. Чему равен заряд q2 другого шарика? Среда — воздух.

Задача.4 Два одинаковых маленьких шарика подвешены на невесомых нитях длиной I каждая в одной точке. Когда им сообщили одинаковые заряды q, шарики разошлись на угол а (рис 1-16). Найти силу натяжения Fн каждой нити. Среда — воздух.

7. Домашнее задание

П. 87, 88. Упр.16 (3,4)

8. Итоги урока