Ленгле Наталья Александровна, учитель математики и физики

КГУ Саумалкольская СШ № 1, с. Саумалколь, Айыртауского района,

Северо - Казахстанской области, Казахстан

Урок физики по теме "Закон Кулона — основной закон электростатики".

10-й класс

Цель урока: 1. Сформировать знания учащихся 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.

2. Развивать у учащихся умения наблюдать, анализировать, обобщать, сравнивать познавательные объекты, делать выводы, осуществлять самоконтроль, самооценку и самокоррекцию учебной деятельности.

3. Воспитывать у учащихся ответственность, трудолюбие, помочь им осознать ценность совместной деятельности.

Тип урока: комбинированный с применением ЦОР

Ресурс: ПК учителя, мультимедийный проектор, интерактивная доска, раздаточный материал, ЦОР.

Мультимедийные компоненты: «Презентация MS PowerPoint» для проведения урока

Ход урока

1. Вводно — мотивационный этап

А сейчас я предлагаю вам отгадать кроссворд.

1. Как называется явление разделение электрического заряда? (электризация)
2. С помощью какого математического действия выражен закон сохранения электрического заряда? (сумма, q₁+q₂+…..+q_n=const)
3. Как называется величина, характеризующая действие одного тела на другое? (Сила)
4. Как называется действие тел друг на друга? (взаимодействие)
5. Как называется зависимость, в которой при уменьшении одной величины, другая увеличивается? (обратная)

6. Как называется единица измерения электрического заряда?

Сегодня на уроке мы с вами познакомимся с основным законом электростатики — законом Кулона.

Запишите в тетрадь тему урока «Закон Кулона — основной закон электростатики». (слайд 3)

II. Актуализация познавательной деятельности.

1. Тест

Выполнение теста

Вариант 1

1. Стекло при трении о шелк заряжается:

А. положительно

В. отрицательно.

2. Если наэлектризованное тело отталкивается от эбонитовой палочки, потертой о мех, то оно заряжено:

А. положительно;

В. отрицательно.

3. Три пары легких шариков подвешены па нитях. Какая пара шариков не заряжена?

А. 1; В. 2; С. 3.

4. Какая пара шариков (см. тот же рисунок) имеет одноименные заряды?

А. 1; В. 2; С. 3.

5. Какая пара шариков (см. тот же рисунок) имеет разноименные заряды?

А. 1; В. 2; С. 3.

Вариант 2.

1. При натирании о мех каучук электризуется:

А. положительно;

В. отрицательно.

2. Если заряженное тело притягивается к стеклянной палочке, натертой о шелк, то оно заряжено:

А. положительно;

В. отрицательно.

3. Три пары легких шариков подвешены на нитях. Какая пара шариков имеет одноименные заряды?

А. 1; В. 2; С. 3.

4. Какая пара шариков имеет разноименные заряды (см. тот же рисунок)?

А. 1; В. 2; С. 3.

5. Какая пара шариков не заряжена (см. тот же рисунок)?

А. 1; В. 2; С. 3.

Ответы: 1 вариант АВАСВ 2 вариант ВВАСВ

2. Физический диктант
3. Как называется раздел физики, изучающий неподвижные заряженные тела? (Электростатика)
4. Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами? (электромагнитное)
5. Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие? (электрический заряд)
6. Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов? (нет)
7. Если в замкнутой системе число заряженных частиц уменьшилось, то означает ли это, что заряд всей системы тоже уменьшился? (нет)

III. Формирование новых знаний

Закон Кулона — один важнейших опытных законов, используемых при получении основных уравнений электродинамики.

Задача, стоявшая перед Кулоном, - исследование взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов.

Ну, а пока давайте познакомимся, кто же такой Кулон.

Историческая справка

ЦОР - видеофрагмент фильма «Шарль Кулон»

Кулон(Coulomb) Шарль Огюстен (14.6.1736, Ангулем, — 23.8.1806, Париж), французский физик, член Парижской АН (1781). После окончания средней школы в течение 9 лет работал на острове Мартиника в инженерных войсках. По возвращении (1772) во Францию занимался научными исследованиями. Ему принадлежат работы по технической механике (статика сооружений, теория ветряных мельниц и т. д.). Исследовал кручение волос, шёлковых (1777) и металлических (1784) нитей и сформулировал законы кручения; изобрёл крутильные весы, которые в дальнейшем применил для измерения электрических и магнитных сил взаимодействия. В 1781 описал опыты по трению скольжения и качения и сформулировал законы сухого трения. В 1785—89 опубликовал семь мемуаров, где дан закон взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов (Кулона закон), показано, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника, введены понятия магнитного момента и поляризации зарядов и т. д. Экспериментальные работы Кулона имели важное значение для создания теории электромагнитных явлений. Именем Кулона названа единица количества электричества (кулон).

ЦОР - видеофрагмент фильма «Закон Кулона»

В природе точечных заряженных тел не существует, но если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то, ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними. В таком случае эти тела можно рассматривать как точечные.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами.

Но воздух очень мало влияет на силу взаимодействия заряженных тел, она оказывается почти такой же, как в вакууме. Открытие закона взаимодействия электрических зарядов было облегчено тем, что эти силы оказались велики. С помощью крутильных весов удалось установить, как взаимодействуют друг с другом неподвижные заряженные тела.

Крутильные весы - чувствительный физический прибор для измерения малых сил (малых моментов сил).

Крутильные весы были изобретены Ш. Кулоном в 1784. Простейшая конструкция состоит из вертикальной нити, на которой подвешен лёгкий уравновешенный рычаг.

Измеряемые силы действуют на концы рычага и поворачивают его в горизонтальной плоскости до тех пор, пока не окажутся уравновешенными силами упругости закрученной нити. По углу поворота рычага можно судить о величине крутящего момента действующих сил. Шкалу отсчёта крутильных весов обычно градуируют непосредственно в единицах силы или момента силы. Высокая чувствительность весов достигается применением достаточно длинной нити с малым значением модуля сдвига.

Крутильные весы применяют для измерения механических, электрических, магнитных и гравитационных сил и их вариаций.

Кулон исследовал зависимость силы взаимодействия F от заряда q₁ одного из шариков коромысла весов и заряда q₂ неподвижно закреплённого шарика, находящихся на расстоянии r. Радиусы шариков r₁ и r₂ гораздо меньше r.

Измерять силу и расстояние во времена Кулона уже умели. Сложности были с измерением заряда. Но Кулон нашёл простой способ изменения заряда одного из шариков в 2, 4, и более раз, соединяя его с таким, же незаряженными шариком. Новое значение силы взаимодействия при новом заряде определялось экспериментально.

Закон Кулона:

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

Эту силу называют кулоновской.

F – модуль силы взаимодействия

k — коэффициент пропорциональности = 9 ∙ 10⁹ Н ∙ м² / Кл²

q₁, q₂ — абсолютные значения зарядов

r - расстояние между зарядами

В СИ закон Кулона для вакуума:

ε₀ = 8,85∙ 10^-12 Кл² / Н ∙ м²

Величина ε –называется диэлектрической проницаемостью среды

Закон Кулона в общем случае принимает вид:

Перемножив величины

Двух зарядов результат

Разделить нам есть причины

На известный r-квадрат.

Море знаний бездонно,

Но неплохо здесь учесть,

Что в пропорциях закона

Коэффициенты есть,

И они всегда зависят

От системы единиц.

Точность выбора повысят

Все расчеты без таблиц,

Помни: два заряда эти

В пустоте, и нет нужды

Говорить: « В пустотах, дети,

Нет влияние среды » .

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела. Подобные силы называются центральными.

Создать макроскопический эталон единицы электрического заряда, подобный эталону массы — килограмму, невозможно из–за утечки заряда. Естественно было бы за единицу принять заряд электрона, что, и сделано в атомной физике, но этот заряд слишком мал, и поэтому пользоваться им в качестве единицы заряда не всегда удобно.

В Международной системе единиц (СИ) единица заряда является не основной, а производной и эталон для неё не вводится. Наряду с метром, секундой и килограммом в СИ введена основная единица для электрических величин — единица силы тока — ампер. Эталонное значение ампера устанавливается с помощью магнитных взаимодействий токов.

Единицу заряда в СИ — кулон устанавливают с помощью единицы силы тока.

Один кулон (1К) — это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Минимальный заряд в СИ равен: Кл

В СИ коэффициент пропорциональности в законе Кулона равен: 9∙10^9.

где ε₀= 8,85∙10^-12Кл²/ ( Н∙м² )- электрическая постоянная

Границы применимости:

1. Заряженные тела должны быть точечными. Если же размеры и расстояния соизмеримы, то закон Кулона неприменим. В этом случае необходимо мысленно «разбить» на такие малые объёмы, чтобы каждый из них отвечал условия точечности. Суммирование сил, действующих между элементарными объёмами заряженных тел, даёт возможность определить электрическую силу.
2. Заряженные тела должны быть неподвижными.

Так как при движении заряженных тел проявляется действие магнитного поля, возникшего в результате этого движения.

IV. Применение знаний и умений при решении задач

1. 1. Определите силу взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов по 1 мк Кл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга.
2. Заряды 10 нКл и 16 нКл расположены на расстоянии 7 мм друг от друга. Какая сила действует между ними? (ε=1) (самостоятельно)

3. Решите следующую задачу самостоятельно:

На каком расстоянии нужно расположить два заряда: q₁=5*10^-9 Кл и q²=6*10^-9 Кл, чтобы они отталкивались друг от друга с силой 12*10^-5 Н? (ε=1) (0,03 м)

Подведение итога урока

Отметьте знаком «плюс» то, что вы хорошо поняли на уроке и знаком «минус» то, что поняли плохо или вообще не поняли.

Оцените свою работу на уроке, составив рассказ:

Сегодня на уроке я работал (а) _______________________________________________________________________

Я понял (а) (укажите номера понятых вопросов):_______________________________________________________________

В этом мне помогли:_________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Мне нужно разобраться в таких вопросах (укажите номера непонятых вопросов):_______________________________________________________________

Для этого нужно___________________________________________________________________

________________________________________________________________________

В составлении рассказа вам могут помочь следующие слова.

Слова для оценки работы:

Домашнее задание: п. 8.2 № 1, 4, 5 из упр. 16