Тараскина Маргарита Анатольевна
преподаватель физики и математики Юридический колледж г. Алматы

         Цели урока:

Образовательная: формирование представления о проводниках и диэлектриках; обеспечение в ходе урока понимания учащимися отличия проводников от диэлектриков с точки зрения электронной теории; создать условия для формирования понятие о диэлектриках и их физической природе с точки зрения электронной теории.

Развивающая: способствовать развитию познавательной активности, образного мышления; способствовать дальнейшему развитию умений выделять главное, сравнивать, анализировать, делать выводы.

Воспитательная: воспитание чувства ответственности и готовности к сотрудничеству; приобретение навыков общения и самоорганизации; способствовать формированию научного мировоззрения..

Оборудование: персональный компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация, раздаточный материал

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный.

План урока

Этапы урока
Время, мин
Приемы и методы
1.Организационный момент, сообщение плана работы на уроке.
2 мин
Информация учителя (раздаточный материал)
2. Активизация знаний.
25 мин
Беседа, тестовое задание
3. Изучение нового материала. Лекция.
35 мин
Беседа, рассказ, сопровождающийся презентацией и демонстрацией опытов
4. Подведение итога урока.
5 мин
Выделение главного.
5. Самопроверка
10 мин
Повторение нового материала
6. Домашнее задание
3 мин
Сообщение учителя
 

ХОД УРОКА

1Организационный момент:

Приветствие.

Сегодняшний урок продолжает тему электростатика. У вас на партах находятся карточки тестовых заданий и таблица для домашней работы, которые нам нужны будут в процессе урока.

На предыдущих уроках по теме “электростатика” мы рассматривали виды зарядов, электрическое поле, его свойства. Сегодня мы поговорим о двух видах веществ, которые по-разному ведут себя в  электрическом поле. Эти два вида веществ называются проводники и диэлектрики.

2 Активизация знаний

Сначала проведем короткий тест на 5 мин. (Приложение 1).

 

В карточках, которые находятся на партах, напишите свою фамилию. Вы должны отметить правильные ответы галочкой. В заданиях может быть больше одного правильного ответа.

Преподаватель:

Прежде чем приступить к изучению новой темы, давайте вспомним предыдущую тему?  Презентация «Проводники и диэлектрики в электростатическом поле» (Приложение 4).

Ответьте на следующие вопросы (Слайд1):

Вопрос 1. Что называют электрическим полем?

Ответ: электрическое поле – это объективная реальность, данная нам в ощущениях и не зависящая от нашего сознания.

Вопрос 2. Каковы его свойства?

Ответ: электрическое поле порождается электрическими зарядами и проявляет себя по действию на электрический заряд.

Вопрос 3. Как проявляет себя электрическое поле в пространстве?

Ответ: электрическое поле действует на заряженные частицы.

Вопрос 4. Как называется его силовая характеристика?

Ответ: его силовая характеристика называется напряжённостью.

Вопрос 5. Что называется напряжённостью электрического поля?

Ответ: напряжённостью электрического поля называется отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к величине этого заряда.

Вопрос 6. Какое направление имеет вектор напряжённости (изобразите на доске)?

Ответ: вектор напряжённости направлен от положительного заряда к отрицательному заряду.

Решение на доске задач, заданных на дом.

На доске представлены два вида задач по теме «Напряженность электрического поля». Мы послушаем объяснение и проверим правильность выполнения домашнего задания. К доске вызываются два ученика.

Задача 1.Рассчитать напряженность поля, связанного с точечным  электрическим зарядом 10ˉ8Кл на расстоянии 30 см от него.

Дано:                              Решение:

q=10ˉ8Кл

r=30 см=0,3 м              Е=9∙10 9∙10⁻8/0,3∙0,3=103 Н/Кл

Е=?

 

Задача 2.Определить напряженность электрического поля, созданного двумя зарядами

 

 

Для решения задачи используем принцип суперпозиции полей:

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряжённости которых  1,  2,  3 и т. д., то результирующая напряжённость поля в этой точке равна векторной сумме напряжённостей этих полей:

=  1 +  2 +  3 + … .

Напряжённость поля, создаваемого отдельным зарядом, определяется так, как будто других зарядов, создающих поле, не существует.

Проведем векторы напряженности, затем совмести начало второго вектора с началом первого и, применив правила сложения векторов, получим результат.

= 1+ 2

Объявление темы урока

Посмотрим ролики о проводниках и диэлектриках (Приложение 2,3).

 

 

С помощью презентации (Приложение 4) подробно рассмотрим физические процессы. Ребята, запишите в тетради тему урока: “Проводники и диэлектрики в электростатическом поле” (Слайд 2,3).

 

На этом уроке мы рассмотрим поведение в электростатическом поле веществ, которые не могут проводить электрический ток (диэлектриков), и тех веществ, которые его проводят (проводники) (Слайд 4).

 

Главное отличие проводников от диэлектриков – наличие свободных зарядов, которые могут перемещаться под действием кулоновских сил (Слайд 5).

 

 

 

Это свойство проводников позволяет объяснить их поведение в электрическом поле.

Если проводник заряжен, то есть на нем находится избыточный заряд какого-либо знака, то из-за того, что одноименные заряды отталкиваются, они будут стремиться занять как можно больший объем и окажутся все на поверхности проводника (Слайд 6).

 

Наличие поля внутри привело бы к непрерывному движению зарядов до тех пор, пока поле не исчезло бы. Таким образом, внутри заряженного проводника электростатическое поле отсутствует. Потенциал внутри проводника постоянен.

Если проводник поместить во внешнее электрическое поле, то начнется перемещение свободных зарядов таким образом, что положительные заряды скапливаются на одной стороне, а отрицательные – на противоположной (Слайд 7).

 

Перераспределение зарядов будет происходить до тех пор, пока поле, созданное этими зарядами, не скомпенсирует внешнее поле (Приложение 4. Слайд 8).

 

 

Если в этот момент разделить проводник плоскостью, перпендикулярной внешнему полю, то разделенные части проводника окажутся заряженными разноименно.

В разделении зарядов и заключается явление электростатической индукции. Благодаря этому явлению осуществляется электростатическая защита. Если какой-либо прибор необходимо защитить от внешних электрических полей, то его помещают в проводящую оболочку.

Этот вывод наглядно продемонстрировал английский физик Майкл Фарадей. Он провёл следующий опыт. Оклеил большую деревянную клетку листами станиоля (оловянной бумагой) и изолировал её от Земли. При помощи электрической машины Фарадей очень сильно зарядил клетку, а сам поместился в неё с чувствительным электроскопом. При этом электроскоп не показывал никакого отклонения.

Послушаем доклад студентов о применении проводников (Приложение 6).

Диэлектрики – это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, т.е. таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объему тела (Слайд 9). Поэтому диэлектрики не могут проводить электрический ток.

 

 

 

Диэлектрики иначе называются изоляторами, назовите примеры твердых тел, являющихся диэлектриками (изоляторами).

Ученики: Диэлектриками являются многие твердые тела (фарфор, янтарь, эбонит, стекло, кварц, мрамор и др.), некоторые жидкости (например, дистиллированная вода) и все газы.

Учитель: По внутреннему строению диэлектрики разделяются на полярные и неполярные.

В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К таким диэлектрикам относятся спирт, вода, аммиак и др.

Рассмотрим поведение типичного полярного диэлектрика в электрическом поле. Сообщаем, что в отличие от проводников в диэлектриках нет свободных зарядов, которые могли бы под действием поля перемещаться по всему объему (Слайд 10).

 

Все электрические заряды диэлектрика связаны с молекулами и атомами вещества. Под действием электрического поля эти заряды могут смещаться только в пределах микроскопических объемов. Процесс смещения этих зарядов называют, поляризацией диэлектриков.

Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают. К таким веществам относятся инертные газы, водород, кислород, полиэтилен и др.

Если диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, то происходит поляризация диэлектрика (Слайд 11).

 

 

При этом процессе молекулы диэлектрика ориентируются по внешнему электрическому полю. На противоположных поверхностях диполя появляются связанные заряды. Это приводит к тому, что в диэлектриках возникает свое электрическое поле, направленное против внешнего, и в сумме поле внутри диэлектрика будет меньше внешнего. Диэлектрическая проницаемость, о которой мы говорили раньше, характеризует способность диэлектрика к ослаблению внешнего поля.

Внесём полярный диэлектрик в электростатическое поле и посмотрим, что при этом произойдёт. В полярных диэлектриках поляризация происходит в результате переориентации диполей. Когда нет внешнего поля, диполи сориентированы хаотично и суммарное поле внутри вещества равно нулю. Во внешнем поле под действием кулоновских сил происходит поворот диполей. Воздействие внешнего электрического поля испытывают все молекулы диэлектрика. Это приводит к тому, что в диэлектрике возникает собственное электрическое поле. Электрическое поле внутри диэлектриков будет ослаблено по сравнению с внешним полем Е. Наряду с ориентирующим действием кулоновских сил, дипольные молекулы находятся под влиянием теплового движения. Тепловое движение стремится нарушить ориентацию диполей.

Когда неполярный диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле, происходит перераспределение зарядов внутри молекул таким образом, что в целом в диэлектрике появляется собственное поле. В отличие от полярных диэлектриков, здесь нет влияния теплового движения на процесс поляризации.

Для того чтобы описать, как сильно ослабляет диэлектрик электрическое поле, вводят величину, которую называют диэлектрической проницаемостью (Слайд 12).

Если обозначить Ео – напряжённость электрического поля в вакууме;

Е – напряжённость электрического поля в диэлектрике;

e-диэлектрическая проницаемость среды, то получим формулу:

 

Закон Кулона для зарядов, взаимодействующих в среде, мы можем записать с учетом диэлектрической проницаемости:

 

Запишем в справочник формулы, в которых отражены новые знания, полученные на данном уроке (Слайд 13):

 

Послушаем доклад студентов о применении диэлектриков (Приложение 7).

Сегодня на уроке мы разобрали поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Сделаем выводы:

– Главное отличие проводников от диэлектриков – наличие свободных зарядов, которые могут перемещаться под действием кулоновских сил.

– Внутри заряженного проводника электростатическое поле отсутствует.

– Потенциал внутри проводника постоянен.

– Диэлектрики – это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц.

– В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

– Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.

– При поляризации молекулы диэлектрика ориентируются по внешнему электрическому полю.

– Диэлектрическая проницаемость характеризует способность диэлектрика к ослаблению внешнего поля.

Повторение пройденного материала в игровой форме. Класс делится на две группы (по рядам). Одна группа – проводники, другая – диэлектрики. Учитель проговаривает предложения о свойствах материалов. Та группа, к которой относится данное свойство, поднимает руки.

В заключение посмотрим  видеоролик  «Клетка Фарадея»,  (Приложение 7), демонстрирующий электростатическую защиту.

 

Домашнее задание: §§ 4 по учебнику Башарулы Р.Физика/Учебник для 11 классов; конспект лекции, заполнить таблицу (пропущенные клетки).

 

Проводники в электрическом поле
Диэлектрики в электрическом поле
1. Есть свободные электроны
1.

2.
2. В электрическом поле молекулы и атомы поворачиваются так, что с одной стороны в диэлектрике появляется избыточный положительный заряд, а с другой – отрицательный
3. Внутри проводника электрического поля нет
3.

4.
4. Диэлектрик можно разделить на 2 части в электрическом поле, но каждая из них будет незаряженной
Приложения:

Приложение 1: Тест по теме «Электризация тел»

Приложение 2: Видеоролик «Проводники в электрическом поле»

Приложение 3: Видеоролик «Диэлектрики в электрическом поле»

Приложение 4: Презентация «Проводники и диэлектрики»

Приложение 5: Реферат «Проводники»

Приложение 6: Реферат «Диэлектрики»

Приложение 7: Видеоролик «Клетка Фарадея!»