Емельянченко Н.Д., Сакович А.Л. Обобщающий урок по теме «Силовые поля»

Предмет – физика.

Класс – 10 (одиннадцатилетняя школа); 11 (двенадцатилетняя школа).

Уровень обучения – профильный.

Тема – Обобщающий урок по теме «Силовые поля».

Продолжительность – 90 минут.

Место урока в теме – последний урок в теме «Электромагнитная индукция».

Краткая характеристика класса. В классе 25 человек, из них 16% учащихся по уровню обучения соответствуют базовому уровню обучения, остальные 84% соответствуют профильному уровню обучения, из них 28% посещают дополнительные занятия по физике для подготовки к олимпиадам – углубленный уровень. Логическое мышление достаточно развито у всех учащихся. Умеют сосредоточенно работать 84% учащихся. Зрительная память хорошо развита у 80% учащихся, образная – у 30%, слуховая – у 40%, моторная – у 15%. У большинства учащихся сочетаются различные формы памяти. 10 человек в классе имеют ослабленное зрение.

Учащиеся в достаточной мере овладели приемами работы в парах, группах, большинство из них умеет делать логические умозаключения на основе полученной информации.

Образовательная цель урока – учащиеся должны:

•     повторить и систематизировать знания о силовых и энергетических характеристиках гравитационных, электростатических, вихревых электрических и магнитных полей;
•     установить аналогию между величинами и закономерностями, описывающими гравитационные, электростатические, вихревые электрические и магнитные поля; 
•     освоить метод «Аналогии» при решении задач. 

Задачи личностного развития учащихся создать условия для развития:

•     логического мышления учащихся (методы сравнения и обобщения);
•     проявления индивидуальных способностей;
•     коммуникативных способностей;
•     формирования научного мировоззрения.

Приборы и оборудование: графопроектор или персональный компьютер с мультимедийным проектором, листы ватмана, маркеры.

Ход урока

Первый этап. Ориентировочный – 5 мин.

Цель этапа – выделить признаки для сравнения силовых полей.

Педагогические задачи:

•     развивать логическое мышление учащихся путем закрепления навыка сравнения и обобщения материала;
•     развивать критичность мышления;
•     показать аналогичность физических законов и явлений для различных силовых полей;
•     создать условия для работы в группах;
•     развивать коммуникативные навыки.

Третий этап. Закрепление материала – 15 мин.

Цель этапа – показать практическое значение проделанной работы.

Педагогические задачи:

•     показать применение метода «Аналогии» при решении задач повышенной трудности.

Четвертый этап. Выходной контроль – 20 мин.

Цель этапа – определить степень выполнения образовательных целей.

Педагогические задачи:

•     проверить степень усвоения материала;
•     создать условия для самооценки, коррекции знаний.

Пятый этап. Домашняя работа – 5 мин.

Цель этапа – закрепление метода «Аналогии».

Педагогические задачи:

•     способствовать формированию уверенности учащихся в собственных силах; развивать индивидуальные способности учащихся;
•     закрепить полученные навыки.

Условиями, необходимыми для реализации предложенного урока, являются:

•     наличие в классе не менее 70 % учеников, соответствующих профильному уровню обучения;
•     наличие учителя, владеющего методами решения олимпиадных задач.

Приложение.Таблица 1. Силовые поля

Карточка 1

Пример 1

Задача 1. Определите работу электростатического поля при перемещении точечного заряда q в поле точечного заряда Q из точки А, расположенной на расстоянии r₁ от заряда Q, в точку В, расположенной на расстоянии r₂.

Работа электростатического поля при перемещении заряда q не в однородном поле от точки А к точке В можно найти, используя следующее уравнение ,  где . Тогда .

Задача 2. Определите работу гравитационного поля планеты массой М по перемещению тела массой т из точки удалённой от центра этой планеты на r₁ до расстояния r₂.

При решении задачи воспользуемся методом аналогии. Сравнивая два неоднородных поля: гравитационное поле планеты и электростатическое точечного заряда, – и их признаки, делаем вывод, что при решении можно применить следующую формулу: , где  – потенциалы гравитационного поля. Тогда .

Карточка 2

Пример 2

Напряженность электростатического поля можно найти через напряжение между пластин , где Δx = d, . Тогда .

2. Индукция однородного магнитного поля внутри цилиндра радиуса r = 0,1 м линейно возрастает со временем:  (коэффициент α = 10^–3 Тл/с). Магнитное поле направлено вдоль оси цилиндра. Чему равна напряжённость вихревого электрического поля на расстоянии l = 0,2 м от оси цилиндра?

При решении задачи воспользуемся методом аналогии. Сравнивая два поля: электрическое поле и вихревое электрическое поле, записываем, что , где .

Обратите внимание, что электростатическое поле потенциально, поэтому расстояние Δx не зависит от формы силовой линии, а определяется только разностью между конечной и начальной координаты. Вихревое электрическое поле является не потенциальным, линии напряженности замкнуты, поэтому расстояние . Тогда  , Е = 2,5•10^–5 В/м.

  
Карточка 3

Тест

1. Установите для величин электрического поля q, E, φ аналоги гравитационного поля.

2. Установите формулу для определения потенциала гравитационного поля для точечной массы на расстоянии R.

3. Определите работу гравитационного поля точечной массы при перемещении тела из одной точки в другую не по эквипотенциальной поверхности.

5. Индукция магнитного поля внутри цилиндра радиуса 8 см возрастает со временем по закону  (коэффициент α = 10^–4 Тл/с²). Магнитное поле направлено вдоль оси цилиндра. Чему равна напряжённость вихревого электрического поля на расстоянии 0,1 м от оси цилиндра в момент времени: а) t₁ = 1 c, б) t₂ = 4 c? Подсказка. .

  Карточка 4

Ответы к тесту

1. масса m; ускорение свободного падения g*; величина, равная .

2. .

3. .

4. .

5. , E₁ = 6,4•10^–6 В/м, E₂ = 2,56•10^–5 В/м.
 

Карточка 5

Задание на дом

 Ответ: , h » 4,3·10⁶ м.

2. На гладкой горизонтальной плоскости находится диэлектрическое кольцо радиуса R массы m с равномерно распределённым по нему зарядом q, помещённое в магнитное поле индукции В, перпендикулярное плоскости кольца. Определите угловую скорость кольца непосредственно после выключения магнитного поля.

Ответ: .

Для тех, кто не решил задачи в тесте.

 

3. Небольшое тело массы m и зарядом +q скользит с высоты H по наклонной плоскости, образующей с горизонтом угол α. Определить скорость тела у основания наклонной плоскости, если в вершине прямого угла, образованного высотой H и горизонтом, находится неподвижный точечный заряд +q₀.

Ответ: .

4. Индукция магнитного поля внутри цилиндра радиуса 8 см возрастает со временем по закону  (коэффициент α = 10^–4 Тл/с²). Магнитное поле направлено вдоль оси цилиндра. Чему равна напряжённость вихревого электрического поля на расстоянии 0,1 м от оси цилиндра в момент времени: а) t₁ = 1 c, б) t₂ = 4 c? Подсказка. .

Ответ: , E₁ = 6,4•10^–6 В/м, E₂ = 2,56•10^–5 В/м. {mospagebreak}

Таблица 2

Силовые поля

Признаки и формулы для сравнения
Поля	Источник поля	Величина, характеризующая взаимодействие	Силовая характеристика	Сила	Потенциаль- ность поля	Энергетическая характеристика	Энергия	Работа поля
Гравита- ционное	Тело, имеющее массу	Масса m	Ускорение свободного падения		Потен- циально
		Материальная точка, тела сферической формы
Электро- статическое	Неподвижный заряд	Заряд q	Напряжённость		Потен- циально
		точечный заряд, сфера
Магнитное	Движущийся электрический заряд	Элемент тока	Индукция		Не потен- циально	–		A = W1 – W2
Вихревое электри- ческое	Изменяющееся магнитное поле	Скорость изменения магнитного поля	Напряжённость		Не потен- циально