Урок з фізики в 10-му класі на тему "Діелектрики та провідники в електричному полі"

розділи: фізика

цілі:

• Освітня: формування уявлення про провідниках і діелектриках; забезпечення в ході уроку розуміння учнями відмінності провідників від діелектриків з точки зору електронної теорії; створити умови для формування поняття про діелектриках і їх фізичну природу з точки зору електронної теорії.
• Розвиваюча: сприяти розвитку пізнавальної активності, образного мислення; сприяти подальшому розвитку умінь виділяти головне, порівнювати, аналізувати, робити висновки.
• Виховна: виховання почуття відповідальності і готовності до співпраці; придбання навичок спілкування і самоорганізації; сприяти формуванню наукового світогляду ..

Обладнання: персональний комп'ютер, мультимедійний проектор, екран, електрометрії з набором тел, гільза на штативі, пластина з оргскла, лист пластику.

Методи навчання: пояснювально-ілюстративний, практичний.

Підручник: Фізика 10 класу, В.А. Касьянов, М., ДРОФА, 2005 р

план уроку

етапи уроку

Час, хв

Прийоми і методи

1.Організаціонний момент, повідомлення плану роботи на уроці.

1-2 хв

інформація вчителя

2. Активізація знань.

бесіда

3. Вивчення нового матеріалу. Лекція.

20-25 хв

Бесіда, розповідь, що супроводжується презентацією і демонстрацією дослідів

4. Підведення підсумку уроку.

2-3 хв

Виділення головного.

5. Самоперевірка

8-10 хв

Робота з карткою

5. Домашнє завдання

2-3 хв

повідомлення вчителя

ХІД УРОКУ

Організаційний момент:

На попередніх уроках по темі "електростатика" ми побачили багато дослідів, що демонструють електричні взаємодії. Ці та інші не менш цікаві досліди і явища можна усвідомити і пояснити після вивчення теми уроку.

Оголошення теми уроку: ( Додаток 1 , Слайд №1)

Хлопці, запишіть в зошити тему уроку: "Діелектрики та провідники в електростатичному полі". На цьому уроці ми розглянемо поведінку в електростатичному полі речовин, які не можуть проводити електричний струм (діелектриків), і тих речовин, які його проводять (провідники) ( Додаток 1 , Слайд №2).

Вашій увазі пропонується лекційна подача матеріалу, в зошиті необхідно зробити короткі записи, які допоможуть в підготовці по темі.

1. Учням пропонується план лекції ( Додаток 1 , Слайд № 3).
2. Провідники і діелектрики.

Учитель: Давайте розберемося, чому діелектрики не проводять електричний струм.

Діелектрики - це речовини, що не містять вільних заряджених частинок, тобто таких заряджених частинок, які здатні вільно переміщатися по всьому об'єму тіла. Тому діелектрики не можуть проводити електричний струм.

Діелектрики інакше називаються ізоляторами, назвіть приклади твердих тіл, які є діелектриками (ізоляторами).

Учні: діелектриком є ​​багато тверді тіла (фарфор, бурштин, ебоніт, скло, кварц, мармур та ін.), Деякі рідини (наприклад, дистильована вода) і все гази.

Учитель: За внутрішньою будовою діелектрики поділяються на полярні і неполярні ( Додаток 1 , Слайд № 4).

У полярних діелектриках молекули є диполями, в яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються. До таких діелектриків відносяться спирт, вода, аміак та ін. ( Додаток 1 , Слайд № 5).

Розглянемо поведінку типового полярного діелектрика в електричному полі (слайд №6). Повідомляємо, що на відміну від провідників в діелектриках немає вільних зарядів, які могли б під дією поля переміщатися по всьому об'єму. Всі електричні заряди діелектрика пов'язані з молекулами і атомами речовини. Під дією електричного поля ці заряди можуть зміщуватися тільки в межах мікроскопічних обсягів. Процес зсуву цих зарядів називають, поляризацією діелектриків.

Неполярні діелектрики складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів збігаються. До таких речовин відносяться інертні гази, водень, кисень, поліетилен та ін. ( Додаток 1 , Слайд № 7, 8).

Якщо діелектрик помістити в зовнішнє електричне поле, то відбувається поляризація діелектрика. При цьому процесі молекули діелектрика орієнтуються по зовнішньому електричному полю. На протилежних поверхнях диполя з'являються пов'язані заряди. Це призводить до того, що в діелектриках виникає своє електричне поле, спрямоване проти зовнішнього, і в сумі поле всередині діелектрика буде менше зовнішнього. Діелектрична проникність, про яку ми говорили раніше, характеризує здатність діелектрика до ослаблення зовнішнього поля ( Додаток 1 , Слайд № 9, 10).

Внесемо полярний діелектрик в електростатичне поле і подивимося, що при цьому відбудеться. У полярних діелектриках поляризація відбувається в результаті переорієнтації диполів. Коли немає зовнішнього поля, диполі зорієнтовані хаотично і сумарне поле усередині речовини дорівнює нулю. У зовнішньому полі під дією кулонівських сил відбувається поворот диполів. Вплив зовнішнього електричного поля відчувають все молекули діелектрика. Це призводить до того, що в діелектрику виникає власне електричне поле. Електричне поле всередині діелектриків буде ослаблено в порівнянні із зовнішнім полем Е. Поряд з дією, що орієнтує кулонівських сил, дипольні молекули перебувають під впливом теплового руху. Тепловий рух прагне порушити орієнтацію диполів ( Додаток 1 , Слайд № 11, 12).

Коли неполярний діелектрик поміщають в зовнішнє електричне поле, відбувається перерозподіл зарядів всередині молекул таким чином, що в цілому в діелектрику з'являється власне поле. На відміну від полярних діелектриків, тут немає впливу теплового руху на процес поляризації ( Додаток 1 , Слайд № 13, 14).

Переконаємося в цьому на досвіді. Візьмемо електрометрії з металевим диском і зарядимо його позитивно. Піднесемо до диска лист пластику, стрілка електрометрії наблизилася до стрижня. Значить, діелектрик послаблює поле диска.

Для того щоб описати, як сильно послаблює діелектрик електричне поле, вводять величину, яку називають діелектричною проникністю.

Якщо позначити Ео - напруженість електричного поля в вакуумі;

Е - напруженість електричного поля в діелектрику;

e-діелектрична проникність середовища, то отримаємо формулу ( Додаток 1 , Слайд № 15):

Головна відмінність провідників від діелектриків - наявність вільних зарядів, які можуть переміщатися під дією кулонівських сил. Це властивість провідників дозволяє пояснити їх поведінку в електричному полі ( Додаток 1 , Слайд № 16, 17).

Якщо провідник заряджений, тобто на ньому знаходиться надлишковий заряд будь-якого знака, то через те, що однойменні заряди відштовхуються, вони будуть прагнути зайняти якомога більший обсяг і виявляться всі на поверхні провідника. Наявність поля всередині призвело б до безперервного руху зарядів до тих пір, поки поле не зникло б. Таким чином, всередині зарядженого провідника електростатичне поле відсутнє. Потенціал всередині провідника постійний ( Додаток 1 , Слайд № 18).

Проведемо досвід. Піднесемо незаряджену гільзу до зарядженої скляній пластині. Гільза притягнеться до пластини. А адже в електричні взаємодії вступають тільки заряджені тіла! Подивимося, як таке можливо. Коли ми підносимо гільзу до зарядженої пластини, то під дією її електричного поля вільні електрони металевої гільзи приходять в спрямований рух і збираються на лівій стороні гільзи. Тому гільза притягується до пластини ( Додаток 1 , Слайд № 19).

Права сторона гільзи, з якої "втекли" електрони, заряджається позитивно. Тому всередині гільзи виникає своє електричне поле, спрямоване проти зовнішнього поля. І як тільки внутрішнє поле стане рівним зовнішньому полю, рух електронів припиниться. Усередині зарядженого провідника поле стає рівним нулю ( Додаток 1 , Слайд № 20).

Якщо провідник помістити в зовнішнє електричне поле, то почнеться переміщення вільних зарядів таким чином, що позитивні заряди накопичуються на одному боці, а негативні - на протилежній. Перерозподіл зарядів відбуватиметься до тих пір, поки поле, створене цими зарядами, що не компенсує зовнішнє поле. Якщо в цей момент розділити провідник площиною, перпендикулярної зовнішньому полю, то розділені частини провідника виявляться зарядженими різнойменно.

У поділі зарядів і полягає явище електростатичної індукції. Завдяки цьому явищу здійснюється електростатичний захист. Якщо який-небудь прилад необхідно захистити від зовнішніх електричних полів, то його поміщають в провідну оболонку ( Додаток 1 , Слайд № 21, 22).

Цей висновок наочно продемонстрував англійський фізик Майкл Фарадей. Він провів наступний досвід. Обклеїв велику дерев'яну клітку листами станіолю (олов'яної папером) і ізолював її від Землі. За допомогою електричної машини Фарадей дуже сильно зарядив клітку, а сам помістився в неї з чутливим електроскопом. При цьому електроскоп не показував ніякого відхилення.

Можна провести подібний досвід. (Демонструється досвід)

Візьмемо електрометрії, на стрижні якого укріплена мала сфера, і піднесемо до нього позитивно заряджену скляну пластину. Під дією поля пластини стрілка електрометрії відхилиться від стрижня. Накриємо тепер сферу калориметр і так само піднесемо заряджену пластину. Стрілка відхилятися не буде. Калориметр надає екранує,. Усередині нього електричного поля немає.

Якщо напруженість електричного поля буде спрямована під кутом до поверхні провідника, то під дією складової цього поля, паралельної поверхні, заряди рухалися б безперервно, що суперечить закону збереження енергії. Звідси випливає висновок - напруженість електростатичного поля перпендикулярна поверхні провідника. Також відомо, що еквіпотенціальні поверхні перпендикулярні силовим лініям, тому поверхня провідника є еквіпотенційної ( Додаток 1 , Слайд № 23).

Сьогодні на уроці ми розібрали поведінку провідників і діелектриків в електричному полі. Зробимо висновки: ( Додаток 1 , Слайд № 24, 25).

• Діелектрики - це речовини, що не містять вільних заряджених частинок.
• У полярних діелектриках молекули є диполями, в яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються.
• Неполярні діелектрики складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів збігаються.
• При поляризації молекули діелектрика орієнтуються по зовнішньому електричному полю.
• Діелектрична проникність характеризує здатність діелектрика до ослаблення зовнішнього поля.
• Тепловий рух впливає на поляризацію полярних діелектриків.
• Головна відмінність провідників від діелектриків - наявність вільних зарядів, які можуть переміщатися під дією кулонівських сил.
• Усередині зарядженого провідника електростатичне поле відсутнє.
• Потенціал всередині провідника постійний.
• Напруженість електростатичного поля перпендикулярна поверхні провідника. Поверхня провідника є еквіпотенційної

Самоперевірка Виконання тестового завдання (на картках).

1. Яке з перерахованих речовин зайве?
1. Залізо
2. Гума
3. дерево
4. шовк
2. Діелектрик помістили в електростатичне поле, а потім розрізали на дві частини. Отримані половинки виявилися ...
1. разноименно зарядженими
2. однойменно зарядженими
3. нейтральними
4. Однозначно відповісти не можна
3. Яке явище називається поляризацією діелектрика?
1. Поділ різнойменних зарядів в електричному полі
2. Процес передачі діелектрика заряду
3. Зсув відносно один одного пов'язаних зарядів в молекулі під дією електричного поля
4. Розпад молекул на іони
4. Напруженість електростатичного поля у вакуумі 20 кН / Кл. Яка напруженість цього поля в гасі, якщо його діелектрична проникність дорівнює 2?
1. 1000 Н / Кл
2. 10000 Н / Кл
3. 20000 Н / Кл
4. 40000 Н / Кл
5. На малюнку зображені різні речовини, внесені в однорідне електричне поле. Стрілками показано напрямок ліній напруженості зовнішнього поля. Вкажіть діелектрик.



1. Тільки 1
2. Тільки 2
3. 1 і 2
4. Немає вірної відповіді

Домашнє завдання: §§ 85-87 за підручником В.А.Касьянова-10; конспект лекції.

Заповнити таблицю (пропущені клітини)

Провідники в електричному полі

Діелектрики в електричному полі

1. Є вільні електрони

1.

2.

2. В електричному полі молекули й атоми повертаються так, що з одного боку в діелектрику з'являється надлишковий позитивний заряд, а з іншого - негативний

3. Всередині провідника електричного поля немає

3.

4.

4. Діелектрик можна розділити на 2 частини в електричному полі, але кожна з них буде незарядженою

9.08.2009