вполне определенное положение. Эти опыты говорят о том, что вокруг
наэлектризованных тел существует материальный передатчик взаимодействия
электрических зарядов, который называем электрическим полем.
Показываем, что электрическое поле, существующее вокруг наэлектризованной
палочки на различных расстояниях от палочки не одинаково. Следовательно, не
обходимо ввести физическую величину, которая характеризует электрические
поле. Для этого можно воспользоваться действием поля на пробный
электрический заряд q. Отношение силы, с которой электрическое поле
действует на пробный заряд к этому заряду будет зависеть от поля, которое
изучается и от положения пробного заряда в нем.
Напряженностью электрического поля называют векторную величину, являющуюся
силовой характеристикой электрического поля в данной точке. Напряженность
равна отношению силы с которой поле действует на точечный положительный
электрический заряд к этому заряду. [pic], [pic]. Если поля создаются n
зарядами и в это поле вводится заряд q, то равнодействующая сила,
действующая на заряд q, равна векторной сумме сил.
Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей
поля каждого из зарядов системы. Этот вывод называется принципом
суперпозиции.
Распределение поля в пространстве можно сделать видимым. Дается
определение: Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через
которую они проходят, совпадают с вектором напряженности называются
силовыми линиями электрического поля, либо линиями напряженности.
Опыт: с помощью султанов показывают демонстрации, сначала с одним, затем с
двумя.
17. Научно методический анализ основных понятий раздела электродинамики
(Потенциал, разность потенциалов, отношение между напряженностью поля и
разностью потенциалов).
Работа электрического поля по перемещению заряда [pic], [pic], [pic],
[pic].
Из курса физики 9 класса известно, что если работа не зависит от формы
траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятой со знаком
минус. Следовательно, введем обозначение [pic] - потенциальная энергия
заряда в положении 2, аналогично для положения 1. Значит потенциальная
энергия заряда в однородном электростатическом поле в общем случае равен
[pic] (3). (эта формула подобна [pic]), но заряд в отличие от массы может
быть положительным и отрицательным. Если поле совершает положительную
работу, то потенциальная энергия заряженного тела уменьшается,
одновременно, согласно закону сохранения энергии, кинетическая энергия –
увеличивается, то есть заряд ускоряется в поле.
Физический смысл имеет не сила потенциальной энергии, а разность ее
значений, определенная работой поля при перемещении заряда из начального
положения в конечное.
Отметим, что работа электростатического поля при перемещении заряда из
одной точки в другую не зависит от начального и конечного положений заряда.
На замкнутой траектории положительного заряда. На замкнутой траектории
работа электростатического поля всегда равна нулю.
Из (3) следует, что потенциальная энергия заряда пропорциональна заряду,
следовательно отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от
помещенного в поле заряда. Это позволяет ввести новую характеристику поля –
потенциал.
Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной
энергии заряда в поле к этому заряду. [pic] (4). [pic] - скалярная
величина, энергетическая характеристика поля, определяет потенциальную
энергию заряда q в данной точке поля.
Модуль и знак потенциала определяется выбором нулевого уровня.
Потенциал поля системы зарядов равен арифметической сумме потенциалов,
созданных каждым из зарядов в отдельности.
Работа по перемещению заряда [pic] (6).
Вводим обозначение [pic] - напряжение или разность потенциалов. [pic] (7).
Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению
работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому
заряду.
Далее рассматривается вопрос о связи напряженности электростатического поля
и разности потенциалов. Пусть заряд q перемещается в направлении
электрического поля E из 1 в 2. Работа, совершенная полем A будет равна
[pic], [pic]=>[pic] (8) последняя формула позволяет найти напряженность
поля, если известно напряжение между двумя точками, расположенными на
расстоянии ?d. Она также показывает, что чем меньше меняется потенциал на
расстоянии ?d, тем меньше напряженность электростатического поля, если
потенциал не меняется, то напряженность поля равна нулю.
Согласно определения, напряженность [pic], [pic] из (8) [pic]
18. Методика изучения главы «Магнитное поле».
Известно что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы,
определяемые законом Кулона. Однако, между электрическими зарядами могут
существовать и силы иной природы. Обратимся к опыту: ленты из фольги с
наконечниками – 2шт, штатив, источник тока ВС-21М, рассчитанный на 10А.
Если пропустить ток через фольгу в одну и ту же сторону, то наблюдается
притяжение фольги друг к другу, если пропустить ток разного направления, то
они отталкиваются.
Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между
движущимися зарядами называются магнитными. Силы, с которыми проводники с
током действуют друг на друга называются магнитными силами.
В учебнике физики 10 (мяк, Бух) авторы используют аналогию между
электрическими и магнитными полями, отмечая, что подобно тому, как в
пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды возникает
электрическое поле, вокруг проводника с током возникает магнитное поле.
Магнитное поле представляет собой особую форму материи посредством которой
осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными
частицами.
Затем рассматривают свойства магнитного поля:
1. магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
(опыт Эрстеда, Иоффе, Эйхенвальда)
2. магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды).
3. Магнитное поле существует реально и не зависит от нашего сознания.
Действие магнитного поля может быть больше или меньше, имеет определенную
направленность, следовательно должно характеризоваться некоторой величиной
называемой магнитной индукцией В.
При определении модуля В можно использовать следующие методические подходы:
а) силовой характеристикой электрического поля является напряженность Е,
силовую характеристику магнитного поля можно определить.
Следует учесть что сила с которой действует магнитное поле на пробный ток
зависит не только от силы тока, но и от длины активной части, в которой
этот ток существует, следовательно в качестве силовой характеристики
магнитного поля надо взять отношение силы F, с которой магнитное поле
действует на пробный ток, к силе тока I и длины проводника l.
[pic], В – векторная величина, однако следует отметить, что ее направление
не совпадает с направлением силы, с которой магнитное поле действует на
ток.
Т.о. магнитная индукция – векторная величина, являющаяся силовой
характеристикой магнитного поля.
[B]=Тл, 1Тл= Н / А м
б) В начале изучают закон Ампера. Экспериментально установлено, что сила,
действующая на проводник с током FА, находящийся в магнитном поле, прямо
пропорциональна длине проводника и силе тока в нем, а так же зависит от
угла альфа между направлением тока и линии магнитной индукции в том месте,
где находится проводник. Эта сила также зависит от магнитного поля. Эту
зависимость выражают через В: [pic].
Направление Fa, определяется правилом левой руки: Если расположить левую
руку вдоль проводника, чтобы 4 вытянутых пальца указывали направление тока
в нем, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый большой
палец будет указывать направление силы Ампера. После этого обращают
внимание, что сила Ампера максимальна когда синус альфа равен 1, то есть
альфа равен 900. [pic].
в) магнитное поле оказывает ориентирующее действие на рамку с током,
помещенного в нем. Это означает, что магнитное поле характеризуется
величиной В.
Опытом показывают, что максимальный момент сил действующих на рамку с током
пропорционален Мmax ~ I S, S – площадь, ограниченная витком и не зависит от
формы контура. Именно поэтому отношение Мmax к I S не зависит от параметров
контура и характеризует магнитное поле в данном месте: [pic].
Направление В, определяют с помощью правила буравчика (правый винт).
Сила Лоренца. Согласно закону Ампера сила, с которой магнитное поле
действует на проводник с током определяется следующим образом [pic]. Сила с
которой магнитное поле действует на движущийся заряд называется силой
Лоренца Fл.
Если на участок проводника длинной l, по которому течет ток I, магнитное
поле с В действует с силой FA, то Fл=FA/N, N – число свободных электронов в
рассматриваемом участке проводника.
N=nV, n – концентрация, N = n S l
[pic], I = n l S, - средняя скорость упорядоченных электронов. I =
q / l, q=ne
[pic].
Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки, указательный
вдоль вектора скорости движения положительно заряженной частицы или против
вектора скорости, если частица отрицательно заряжена.
Графически магнитное поле изображается линиями индукции. Линиями магнитной
индукции называются линии, касательные к которым направлены так же как в
вектор магнитной индукции в данной точке. Важная особенность, линии
магнитной индукции замкнуты.
Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.
Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментально
свойство магнитного поля – магнитное поле не имеет источников, магнитных
зарядов подобных электрическим нет. Линии магнитной индукции магнитного
поля реально не существуют.
19. Методика изучения под темы «Законы постоянного тока» в 10 классе.
Классическая электронная теория (разработана в 1900г. Друде, которую развил
Лоренц) предполагает:
1) движение электронов подчиняется законам классической механики;
2) электроны друг с другом не взаимодействуют;
3) электроны взаимодействуют только с ионами кристаллической решетки, это
взаимодействие сводится только к соударению;
4) в промежутках между соударениями электрон движется свободно;
5) электроны проводимости рассматривают как электронный газ, подобно
идеальному газу; идеальный газ подчиняется закону равномерного
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
