Конспект урока "Закон кулона"
план-конспект занятия по физике (10 класс)

Конспект урока «Закон Кулона»

Цели:

Образовательная:

• Рассмотреть, как происходит взаимодействие точечных зарядов.
• Добиться понимания учащимися закона Кулона, его физического смысла и границ применения.
• Сравнить электростатические и гравитационные силы.

Воспитательная:

• формирование научного мировоззрения.
• формирование основных навыков решения задач на применение закона Кулона.

Развивающая:

• развитие умений наблюдать, анализировать, сравнивать и делать выводы.

Задачи:

Учебные:

■ актуализировать и углубить знания,

■ организовать повторение и систематизацию основных формул, понятий, способов и методов решения задач;

■ систематизировать фундаментальные и прикладные знания

Развивающие:

 Создать условия для:

■ установления связей внутри физических понятий, теорий, законов,

■ выделения существенных признаков изучаемых явлений, понятий,

■ установления причинно-следственных связей между ними

Тип урока: Урок изучения нового материала и закрепления новых знаний.

Оборудование: учебник 10 класс «Физика», ПК, проектор, экран, доска, компьютерная презентация, раздаточный материал.

Подготовка к уроку.

На предыдущем уроке школьникам было дано задание подготовить небольшое выступление  о биографии Шарля Кулона

На доске:

Плакат «Закон Кулона»

План урока:

1. Организационный момент (1 минута)
2. Актуализация имеющихся знаний (7 минут)
3. Объяснение нового материала (20 минут)

1. Биография Шарля Кулона
2. Крутильные весы
3. Формулировка закона Кулона
4. Физический смысл коэффициента пропорциональности
5. Сравнение Закона Всемирного тяготения и закона Кулона

4. Закрепление. Решение задач(15 минут)
5. Подведение итога урока.(1 минута)
6. Домашнее задание (1 минута)

Ход урока

1. Организационный момент

Приветствие.

- Ребята, в течение двух последних уроков мы с вами рассматривали начала электростатики, ее качественные законы (особенности). Начиная с этого урока, мы приступим к изучению количественных законов электромагнитных взаимодействий, а сегодня рассмотрим основной закон электростатики – закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел или частиц (закон Кулона).
- Но прежде, давайте вспомним, что мы с вами изучили на прошлом уроке. 

2. Актуализация знаний – тест  «Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда».

1. Между заряженными телами существует … взаимодействие

1. гравитационное
2. электромагнитное
3. слабое
4. ядерное

2. Физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие - …

1. масса
2. заряд
3. скорость
4. импульс

3. Зависит ли величина заряда от выбора системы отсчета?

1. да
2. нет

4. Можно ли сказать, что заряд системы складывается из зарядов тел, входящих в эту систему?

1. да
2. нет

5. Как называется процесс,  приводящий  к появлению на телах электрического  заряда?

1. Электризация
2. Намагничивание
3. Воздействие
4. Взаимодействие

6. Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?

1. да
2. нет

7. Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел системы остается постоянной?

1. да
2. нет

На выполнение теста дается 5 минут и еще 2 минуты на проверку. Учащиеся ставят у себя на листочках количество правильных ответов. Листочки сдают в конце урока.

3. Объяснение нового материала.

3.1. Биография Шарля Кулона.

Докладчик делает небольшое сообщение на 5-7 минут. Учащиеся делают записи в тетради (слайд №6)

Его именем названа единица электрического заряда и закон электростатики, который изучают в школах.

Шарль Огюстен де Кулон родился 14 июня 1736 г. в Ангулеме (Южная Франция) в зажиточной дворянской семье (его отец был крупным королевским чиновником). Учился в престижном колледже Катр-Насьон, где увлекся математикой и написал несколько работ, за которые был избран членом научного общества в Монпелье.

В 1758 г. Кулон поступил учиться в военное училище в Мезьере по специальности военного инженера и блестяще окончил училище в 1761 г. Ему, единственному из всего выпуска присвоили воинское звание первого лейтенанта. Но с военной карьерой не заладилось. Молодого офицера отправили в далекую заморскую колонию, на остров Мартинику, где он в течение 9 лет строил мосты, дороги, укрепления.

Только в 1772г. Кулону удалось вернуться во Францию. Здесь он продолжает работать военным инженером в Шербуре, Безансоне и других местах и заниматься наукой. Конечно, прежде всего его интересовали проблемы механики. За научный труд, посвященный расчету архитектурных конструкций, Кулон в 1774 г. был избран членом корреспондентом Академии наук Франции. Он занимался исследованием сил трения, и та формула определения силы трения, которую сейчас изучают в школах, предложена Кулоном.

В 1781 г. Кулон был избран академиком. В те годы его называли "инженером короля", многие парижские сооружения были рассчитаны им. Уже в 80-е годы ХVIII ст. Кулон заинтересовался электрическими силами притяжения и отталкивания. Можно ли измерить столь малые силы? Кулон проявил изумительную изобретательность и в 1784 г. построил прибор для измерения сверхмалых сил - крутильные весы. Благодаря крутильным весам Кулон поставил серию экспериментов и в 1785 г. сформулировал свой знаменитый закон: сила притяжения (или отталкивания) между зарядами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Кулон гордился тем, что запись его закона подобна записи закона всемирного тяготения Ньютона, но в законе Ньютона было только притяжение. Впоследствии, уже после смерти Кулона, в 1810 г. умер английский физик Генри Кэвендиш. Разбирая его бумаги, исследователи установили, что закон электростатики Кэвендиш открыл еще в 1771 г., но по каким-то причинам не напечатал. Наука, как и история, не знает сослагательного наклонения. Не напечатал - сам виноват. Поэтому закон по праву носит имя Шарля Кулона.

Во время Великой французской революции дворянин и офицер Кулон был вынужден скрываться в маленьком городке Блуа. Когда революция отшумела, прекрасный инженер и ученый опять оказался востребованным и продолжал свою деятельность, занимаясь, в частности, проблемами магнетизма. В 1802 г. Кулона вызвал к себе Наполеон. Наполеон буквально боготворил ученых. Кулону Наполеон присвоил генеральское звание и высокую должность Генерального инспектора. Последние годы жизни Кулон прожил в Париже, окруженный уважением и славой.

3.2. Крутильные весы.

Учитель объясняет устройство крутильных весов и объясняет принцип его действия. Учащиеся делают записи в тетрадях.

Основной закон электростатики был установлен экспериментально французским ученым Ш. Кулоном в 1785 г. В опытах Кулона измерялись силы взаимодействия заряженных шаров.

Для измерения этой силы Кулон использовал крутильные весы (подробно рассмотреть рисунок в учебнике).

Маленькая тонкая незаряженная сфера на одном конце коромысла уравновешивалась бумажным диском на другом конце. Поворотом коромысла она приводилась в контакт с такой же неподвижной заряженной сферой, в результате чего ее заряд делился поровну между сферами.

Диаметр сфер выбирался много меньше, чем расстояние между сферами, чтобы исключить влияние размеров и формы заряда на результаты измерения (очень важно!).

Сферы начинают отталкиваться, как одноименно заряженные тела, закручивают нить. Максимальный угол поворота коромысла фиксируется по наружной шкале, был пропорционален силе, действующей на сферу.

Кулон определил силу взаимодействия заряженных сфер по углу поворота коромысла.

3.3. Закон Кулона

Учитель объясняет формулу закона Кулона, смысл коэффициента пропорциональности, электрической постоянной, диэлектрической проницаемости среды,. Учащиеся записывают в тетради. Вычисляют электрическую постоянную.

Закон Кулона устанавливает связь между силой взаимодействия 2-х точечных неподвижных зарядов, находящихся в вакууме, величинами их зарядов и расстоянием между ними.

q1,q2 - величина зарядов

r – расстояние между зарядами

k – коэффициент пропорциональности

F – сила Кулоновского взаимодействия или электростатического.

Единица заряда — кулон (1 Кл). Это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А. Минимальный заряд, существующий в природе,— заряд электрона: q = - 1,6.10  Кл

Коэффициент пропорциональности k, выраженный из закона Кулона:

Установлено, что если q 1= q 2= 1 Кл и R = 1 м, то в вакууме k = F = 9 * 10  Н. Т. е. k показывает, что два точечных заряда по 1 Кл каждый на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме взаимодействуют с силой 9 * 109 Н. 

Диэлектрическая проницаемость среды
Диэлектрическая постоянная характеризует электрические свойства среды. Для любой среды диэлектрическая проницаемость > 1 и зависит от самой среды; показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных заряженных тел в вакууме больше их сил взаимодействия в среде при прочих равных условиях.

Закон Кулона для среды:

В системе СИ коэффициент k выражают через электрическую постоянную, следовательно

Закон Кулона для среды в СИ:

- В чем сходство Закона Кулона и Закона Всемирного тяготения? Сравнивая две формулы, ученики приходят к выводу, что …

- Закон Кулона и закон Всемирного тяготения схожи в том, что и сила тяготения, и сила Кулона обратно пропорциональны квадрату расстояния между телами. Сравнивая же коэффициенты пропорциональности в этих законах, заметим, что сила кулоновского взаимодействия больше силы гравитационного взаимодействия в 1020 раз

3.4. Границы применимости закона:

1) Заряженные тела должны быть точечными.

2) Заряженные тела должны быть неподвижными (в случае движущихся заряженных тел проявляется действие магнитного поля).

4. Закрепление. (10-12 минут)

Решение задач на применение закона Кулона. У доски учитель решает одну задачу с пояснениями, вторую задачу выходит решать у доски кто-то из класса. Учащиеся, которые занимаются на «4» и «5» решают задачу №3 упр 16

• 1. Определите силу взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов по 1мкКл, находящихся на расстоянии 30см друг от друга.

• 2. Сила взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов , находящихся на расстоянии 0,5м, равна 3,6Н. Найдите величины этих зарядов.
• 3. Упражнение 16 (№3)

Подведение итога урока.

Домашнее задание. П 89, 90 упр 16 (1,2). Для тех, кто не усвоил материал предыдущего урока (меньше 4 ответов на вопросы теста) – п. 87 повторить. Дополнительное задание на оценку – сочинить синквейн про закон Кулона и взаимодействие зарядов.

(Работа над составлением синквейнов уже проводилась на предыдущих уроках, учащиеся знакомы с техникой их составления)