Вопрос №7

Раздел изучается в 10 классе.

В современном курсе физики ведущими понятиями являются «электрический заряд» и «электростатическое поле» но для усвоения этих понятий необходимы закон Кулона и принцип суперпозиции. Обычно в школьном курсе дают лишь энергетическую трактовку потенциального электрического поля. Но одного энергетического анализа потенциального электрического поля недостаточно - его необходимо рассматривать параллельно с анализом структуры поля.

Остановимся на методике формирования представления о потенциальности электростатического поля. Определив потенциальную энергию заряда в однородном поле и установив независимость работы электростатических сил от формы траектории, целесообразно проанализировать аналогичную проблему для поля статического заряда. Последнее, позволит выяснить какие особенности электростатического поля обязан его потенциальный характер, и показать связь потенциального поля с фактом существования источника поля. Анализ потенциального электрического поля точечного заряда очень важен. Например. Если ограничиться расстоянием только однородного электростатического поля, то у ребят может возникнуть нежелательная ассоциация «однородное поле потенциально» такая ассоциация, будет применима к магнитному в полю, нередко приводит к затруднению в понимании того, почему магнитное поле которое тоже может быть однородным, не является потенциальным. При определении работы. Совершаемое полем над зарядом, подводит десятиклассников к пониманию существа свойств электростатических сил, благодаря которым их работа не зависит от формы траектории, установив потенциальный характер электростатического поля вводит понятие потенциала. Если вектор направляющий Е - силовая характеристика поля, то потенциал и является энергетической характеристикой. Последовательность рассуждений при введение понятие потенциала: Установить факт независимости поля от формы траектории при перемещение заряда из одной точки в другую. Зафиксировав одну из точек, определяют работу совершаемую полем при перемещении заряда из данного положения в нулевое. Сообщают, что модуль и знак потенциала определяется выбором нулевого уровня. Устанавливают, что под действие поля свободные положительные заряды движутся в сторону уменьшения потенциала, а отрицательная - в сторону увеличения потенциала. Вводят понятие эквипотенциальной поверхности и устанавливают, что линии напряженности электростатического поля перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям и направлены в стороны убывания потенциала. Чтобы проанализировать, что должны знать учащиеся об электростатическом поле формулируют основные свойства. Затем рассматривают закон Кулона, установленный с помощью фундаментального опыта. В самой формулировки закона Кулона указывает на неподвижность взаимодействующих заряженных частиц.

1 формулировка закона Кулона иметься указание на точечность заряда. Учащимся необходимо разъяснить смысл этого ограничения: закон Кулона может быть применяться и тогда, когда заряды нельзя считать точечными.

Возможность суммирования действия отдельных зарядов на какой-либо данный заряд (принцип суперпозиции) опытный факт, как и закон Кулона это обязательно следует разъяснить школьникам.

Вопрос №8.

Данный раздел изучается в 10 классе (Мякишев, Буховцев).

Изучение в школе законов сохранения (ЗС) имеет большое познавательное и мировоззренческое значение. ЗС принадлежат к наиболее общим законам природы. В отличии, например, от закона Паскаля, который справедлив лишь для жидкостей и газов и других законов, имеющих ограниченную область применения. ЗС энергии и импульса выполняется во всех физических процессах.

При изучении темы Законы сохранения в механике вводятся понятия, определяющие область применимости ЗС импульса и энергии.

Замкнутая система. Физическая система считается замкнутой, если внешние силы не действуют на эту систему.

Однако, поскольку действие, например, гравитационных сил простирается до бесконечности, то очевидно понятие замкнутая система является абстракцией. Это можно пояснить следующими примерами: система тел спутник, движется вокруг Земли, электрон движется вокруг протона в атоме. В ряде случаев, когда внешней силой можно пренебречь, систему можно считать замкнутой. В замкнутой системе действуют силы, которые называются внутренними.

Консервативные силы – это силы, работа которых не зависит от длины пути, а зависит только от положения начальной и конечной точек пути. К консервативным силам можно отнести нуклоновские силы, силу тяжести, силу упругости.

Система тел, в которой действует консервативная сила, называется консервативной. Необходимо отметить, что если для применимости закона сохранения импульса достаточно, чтобы система тел была замкнутой, то для применимости закона сохранения энергии, необходимо еще чтобы внутренние силы, действующие в замкнутой системе, были консервативными. В теме изучаются такие понятия как: работа, энергия, импульс.

Импульс силы. Импульс тела.

Изменение скорости одного и того же тела зависит не только от силы, приложенной к телу, но и от времени ее действия. Это может наблюдаться на ряде опытов. При быстром выдергивании листочка бумаги из под стакана с водой, стакан остается на прежнем месте. Если привязать груз на нить и резко дернуть нижнюю нить, оторвется нижняя нить. Если в перечисленных опытах время действия силы увеличить, то даже при существенно меньших действиях силы стакан и груз получат заметные скорости. Таким образом учащиеся подводятся к понятию импульса силы – векторная величина, которая равна произведению силы на время ее действия. Существует величина, одинаково изменяющаяся у тел разной массы, если импульс действующих сил одинаков. Эту физическую величину назвали импульсом или количеством движения. .

Затем переходят к закону сохранения импульса . Необходимо отметить, что при выводе формулы ЗС импульса учащимся надо объяснить, что в течение времени взаимодействия (столкновении) тел модули сил с которыми тела взаимодействуют, изменяются, оставаясь, все время одинаковыми.

Полученный теоретический вывод иллюстрируется на опытах упругого и неупругого столкновения тел.

Интересен вывод ЗС импульса, основанный на серии опытов, подводящих учащихся к нему: а) при скатывании шара с наклонного желоба импульс, приобретаемый в конечной точке

(прод8)прямо пропорционален скорости полета. ;б) при упругом соударении шара с таким же шаром, находящимся на горизонтальной лотке, происходит обмен импульсами (удар центральный); в) при упругом не центральном ударе направление разлета шаров оказывается различным. Измерив расстояния и произведя векторные сложения перемещений, получим ЗС импульса в векторной форме: .

Работа. Работа равна произведению модуля силы, действующей на материальную точку на перемещение которое было совершено , Понятие работа сложное. Трудности: представления полученные учащимися до школы, в школе углубляются и т.е. представления школьников не соответствуют научному пониманию, смысл многих величин раскрыт через производную, интеграл. Это не позволит дать простую физическую интерпретацию. Термин работа употребляется в двух смыслах:

1.работа это процесс перемещения тела под действием сил.

2.работа это физическая величина характеризующая изменение энергии. Этапы формирования понятия: 1) повторение первоначального представления о работе , 2)расширить и уточнить определение механической работы , 3) виды сил: работа силы тяжести, упругости, силы трения; 4) графическое изображение работы, когда F=const и когда линейно меняется. 5) уточнение понятия мощность ; 6) выяснить зависит ли А от выбора системы отсчета Закон сохранения энергии.

На первой ступени обучения физики учащиеся получили представления об энергии. Если тело способно совершать работу, то оно обладает энергией.

Энергия – это физическая величина, которая зависит от состояния тела (системы тел), ее перехода из одного состояния в другое определяют величиной совершенной работы. Наиболее простым видом механической энергии является кинетическая энергия, так как во всех случаях она определяется и не зависит от того взаимодействует это тело с другими телами или нет. Потенциальная энергия же энергия относящаяся к системе взаимодействующих тел, ее рассчитывают в зависимости от вида сил, обуславливающих существование этого взаимодействия. Целесообразно начать формирование понятия энергии в механике с рассмотрения кинетической энергии.

Кинетическая энергия. Используя определения работы и второй закон Ньютона получим: - теорема о кинетической энергии. Заметим, что если работа больше ноля, то энергия возрастает, в противном случае убывает. Энергия, как и работы, является величиной относительной.

Потенциальная энергия. При изучении этого вида механической энергии важно, чтобы школьники усвоили, что

(прод6)Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении тока, протекающего через контур.При изменении тока в контуре меняется магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, изменение потока магнитной индукции приводит к возбуждению ЭДС самоиндукции. Направление ЭДС оказывается таким, что при увеличении тока в цепи ЭДС препятствует возрастанию тока, а при уменьшении тока — убыванию. Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока I и индуктивности контура L:

За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи, при этом величина ЭДС самоиндукции может значительно превышать ЭДС источника. Индукти́вность — коэффициент пропорциональности между магнитным потоком (создаваемым током какого-либо витка при отсутствии намагничивающих сред, например, в воздухе) и величиной этого тока

Св-ва индуктивности Индуктивность всегда положительна; Индуктивность зависит только от геометрических свойств контура.

К законам самоиндукции следует отнести те законы, которые описывают реакцию таких элементов радиотехнических цепей, как ёмкость, индуктивность и сопротивление при гальваническом подключении к ним источников тока или напряжения. Эти законы являются основой теории электрических цепей. Результаты этой теории в отдельных случаях могут быть перенесены и на электродинамику материальных сред, т.к. такие среды могут быть представлены в виде эквивалентных схем с использованием таких элементов.

На электрические заряды, перемещающиеся вместе с проводником в магнитном поле, действует
сила Лоренца: Fл = /q/vB sin a
Её направление можно определить по правилу левой руки.
Под действием Fл внутри проводника происходит распределение положительных и отрицательных зарядов вдоль всей длины проводника l. Сила Лоренца является в данном случае сторонней силой, и в проводнике возникает ЭДС индукции, а на концах проводника возникает разность потенциалов.

Причина возникновения ЭДС индукции в движущемся проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды. Опыт фарадея

Установка, на которой Фарадей сделал своё открытие, заключалась в том, что Фарадей изготовил кольцо из мягкого железа примерно 2 см шириной и 15 см диаметром и намотал много витков медной проволоки на каждой половине кольца. Цепь одной обмотки замыкала проволока, в её витках находилась магнитная стрелка, удаленная настолько, чтобы не сказывалось действие магнетизма, созданного в кольце. Через вторую обмотку пропускался ток от батареи гальванических элементов. При включении тока магнитная стрелка совершала несколько колебаний и успокаивалась; когда ток прерывали, стрелка снова колебалась. Выяснилось, что стрелка отклонялась в одну сторону при включении тока и в другую, когда ток прерывался. М. Фарадей установил, что «превращать магнетизм в электричество» можно и с помощью обыкновенного магнита.

Вопрос №9.

Раздел изучается в 11 классе.

В школьном курсе рассматриваются интерференции и дифракции. Наиболее подробно рассматривают явление интерференции света, причем излагают данный материал опираясь на уже известные учащимися явления интерференции механических и электромагнитных волн. В учебно - методической литературе явление интерференции часто начинают рассматривать с описания опыта с тонкими пленками. Предпочтение этому опыту отдают, потому что интерференция в тонких пленках очень эффектное явление, часто встречающееся в окружающей жизни. Но интерференция в тонких пленках более сложна для объяснения, чем интерференция в зеркалах и бипризме. Многолетняя практика преподавания дает основание сделать вывод: в средней школе основным опытом по интерференции света должен быть опыт с бипризмой Френеля, но опыты с зеркалами Френеля показывать трудно. Завершают изучение интерференции света рассмотрением ее проявлений в природе и практическое ее применение в технике. Далее переходят к изучению дифракции света. В первую очередь напоминают основное условие при выполнении, которого можно наблюдать дифракцию волн (размеры препятствия должны быть соизмеримы с длиной волны). Большое внимание при изучении явления дифракции уделяют рассмотрению дифракционной решетки. Дифракционная решетка дает возможность экспериментально определить длину световой волны. Также программа средней школы большое внимание удаляет поляризации света. Рассмотрение этого вопроса необходимо, потому что без установления поперечного характера световых волн доказательство, электромагнитной природы света не будет достаточно убедительным. Объясняют, что естественный свет не поляризован. В пучке волн испускаемых обычным источником присутствуют колебания различных направлений.

В заключении рассматривают вопрос о дисперсии света. Сначала учащиеся знакомятся с рядом новых для них понятий, прежде всего с понятием «монохроматического излучения» и дисперсия волн. Дисперсия волн это явление, состоящее в том, что скорость распространения света в веществе, является функцией частоты световых колебаний численно такое представление о дисперсии света должны получить ученики.

Вопрос №10.

Данный раздел изучается в 9 и 11 классах.

Изучение строения атома начинается обычно с опыта Резерфорда и планетарной модели атома. Однако учащиеся к этому времени еще не знают ничего о радиоактивности, поэтому вначале необходимо ознакомить школьников с видами радиоактивного излучения.