Учебно методическая разработка урока для 10 класса
Потенциал. Разность потенциалов
Шмелева Гульджихан Равильевна,
учитель физики ГБОУ лицей 384
Кировского района Санкт-Петербурга
Цели обучения:Кировского района Санкт-Петербурга
1.Объяснить физический смысл потенциала и разности потенциалов
2. Найти связь между напряжённостью и разностью потенциалов
3. Научиться измерять разность потенциалов
Цели урока:
1.Большинство учащихся смогут объяснить физический смысл потенциала и разности потенциалов
2.Некоторые учащиеся смогут вывести формулу, которая связывает напряжённость и разность потенциалов
Критерии оценивания - знают физический смысл потенциала и разности потенциалов
- выводят формулу связи между напряжённостью и разностью потенциалов
Языковые цели: полезные выражения для диалогов и письма:
-мы наблюдали; мы выявили, мы сравнили, мы предположили
- эксперимент показал.что…
Привитие ценностей:
1.Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике
2.Развивать внимание и любознательность, работать над развитием познавательного интереса
-создать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся
- способствовать развитию конвергентного мышления
- формировать коммуникативное общение учащихся
- формировать целеустремлённость, настойчивость, терпимость
Межпредметные – химия (рассматривается процесс образования заряда)
Ход урока:
| Этапы урока | Запланированная деятельность на уроке | Ресурсы |
| Начало урока | 1.Оргмомент 2. Проверка домашнего задания 3.Вызов.Устный опрос учащихся (метод «спрятанные буквы») После ответа каждый учащийся записывает указанную букву с обратной стороны карточки - как называют энергию взаимодействующих тел -в какой части атома находятся электроны -для каких зарядов выполняется закон Кулона -как называют науки, изучающие природу -взаимодействие каких зарядов изучает электростатика -как произносится эта буква латинского алфавита «с» -неизменные физические величины (общее название) -единица измерения силы тока в системе СИ - электрическое поле изображают с помощью… Полученное слово потенциал. Записываем тему урока. Обсуждаем тему и задачи урока |
Карточки |
| Середина урока | 1.Этапы изучения новой темы. Приложение 1 2.Закрепление материала. Приложение 2 |
Рабочая тетрадь |
| Конец урока | Учитель: Сегодня на уроке мы рассмотрели сложную тему. Какие трудности вы испытывали? Рефлексия - что я хорошо понял - в чём испытываю затруднения - что я вообще не понял |
|
| Домашнее задание |
Приложение 1.
Содержание урока «Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов»Повторение
Вы знаете, что система заряженных тел обладает потенциальной энергией, называемой электростатической или электрической. Этот факт можно обнаружить, наблюдая за поведением заряженного тела в электростатическом поле. Обратимся к известному опыту.
К наэлектризованной неподвижной гильзе, подвешенной на длинной нити, поднесём, не прикасаясь, заряженную стеклянную палочку, и гильза сразу приходит в движение. Мы видим, что изменилась скорость гильзы, и её кинетическая энергия. Согласно теории близкодействия, на заряд гильзы непосредственно действует электрическое поле заряженной палочки. При перемещении гильзы, действующая на неё со стороны поля сила, совершает работу. Поэтому можно утверждать, что заряженная гильза в электрическом поле обладает потенциальной энергией.
Wp = q E d
Чтобы найти потенциальную энергию заряда в электрическом поле надо величину электрического заряда умножить на модуль напряжённости и на расстояние d. Под d понимают расстояние, отсчитываемое от нулевого уровня до той точки поля, в которую помещён заряд. Нулевой уровень выбирают произвольно, и поэтому потенциальная энергия заряда в электрическом поле зависит от выбора нулевого уровня.
Из указанной формулы видно, что в однородном электрическом поле потенциальная энергия заряда пропорциональна самому заряду.
Если разделить Wп заряженного тела на его заряд, то получим величину, которая не зависит от помещённого в поле заряда, а характеризует только данное электрическое поле в этой точке. Эта величина получила название потенциала электрического поля.
Потенциал
1.Это скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду
2. Обозначается буквой φ (фи)
3. Единица потенциала 1В
4. Скалярная энергетическая характеристика поля в данной точке
5. Можно составить обратную формулу и получить ещё одно выражение для потенциальной энергии заряда q в этой точке и потенциала
Wp1= qφ1 φ1 = Еd
φ > 0, если q >0
φ < 0, если q < 0
Как видим значение потенциала в данной точке поля зависит от выбора нулевого уровня. Т.к. этот уровень можно выбирать произвольно, то потенциал одной определённой точки поля может иметь любое значение. Поэтому практическое значение имеет не сам потенциал, а изменение потенциалов. Чтобы найти изменение потенциалов воспользуемся известной вам формулой работы электрического поля.
Мы знаем, что работа электрического поля при перемещении заряда равна изменению потенциальной энергии заряда, взятому с противоположным знаком. Поэтому воспользуемся той же формулой, но потенциальную энергию заряда при его перемещении из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2 , мы найдём как произведение заряда на потенциал.
А== - (Wp2 –Wp1) = - (qφ2 – qφ1) = -q(φ2 – φ1);
Если внести знак минус в скобки, то работа электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую равна разности потенциалов этих точек
А= q (φ1 – φ2)
(φ1 – φ2) – разность потенциалов начальной и конечной точки траектории
Разность потенциалов в электростатическом поле имеет и другое название – напряжение между двумя точками.
Разность потенциалов или напряжение
Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в электростатическом поле равна отношению работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому заряду
φ1 – φ2 =
φ1 – φ2= U12 – напряжение между точками 1 и 2 поля
[φ1 – φ2 ] = [ U12 ] = [В]
1В=
Если при перемещении заряда в 1Кл из одной точки поля в другую поле совершает работу в 1Дж, то разность потенциалов (напряжение) между этими точками равно 1В.
Потенциал в любой точке поля зависит от выбора нулевого уровня и поэтому может быть любым. Разность потенциалов не зависит от выбора нулевого уровня и имеет вполне определённое значение. Именно поэтому, зная потенциал в каждой точке поля, мы тем самым знаем о поле всё. На предыдущих уроках вы рассмотрели силовую характеристику электрического поля -напряжённость
Разумеется, между двумя величинами, характеризующими полностью электрическое поле – разность потенциалов и напряжённость - должна существовать зависимость. Установим её.
Связь между напряжённостью поля и разностью потенциалов
Пусть заряд q перемещается в направлении вектора напряжённости однородного электрического поля и переходит из точки 1 с потенциалом φ1 в точку 2 с потенциалом φ2, расстояние между которыми ∆d. Электрическое поле при этом совершает работу, которую можно посчитать двумя способами
А= qE∆d и А= q (φ1 – φ2) = qU Приравниваем оба выражения и получаем:
U= E∆d
Модуль вектора напряжённости однородного электрического поля равен отношению разности потенциалов между двумя точками к расстоянию между ними. Если на данном участке разность потенциалов велика, то и напряжённость данного поля большая. Если потенциал не меняется совсем, то напряжённость поля равна нулю. Так как при перемещении положительного заряда в направлении вектора напряжённости электростатическое поле совершает положительную работу, то потенциал φ1 больше потенциала φ2. Значит напряжённость электростатического поля всегда направлена в сторону уменьшения потенциала.
Через формулу, связывающую разность потенциалов и напряжение, можно ввести ещё одну единицу измерения напряжённости
Напряжённость электрического поля равна 1 В/м, если разность потенциалов между двумя точками, лежащими на одной силовой линии на расстоянии 1м, равна 1 В.
При перемещении заряда из одной точки поля в другую под углом 90° к линиям напряжённости электрическое поле не совершает работу, так как электрическая сила перпендикулярна перемещению. Значит, если провести поверхность, перпендикулярную в каждой точке силовым линиям, то при перемещении заряда по этой поверхности, работа не совершается. То есть все точки этой поверхности имеют один и тот же потенциал φ1 = φ2.
Эквипотенциальные поверхности
Поверхности равного потенциала называются эквипотенциальными. В любом электрическом поле можно указать точки, имеющие одинаковый потенциал и образующие эквипотенциальные поверхности. Наряду с линиями напряжённости можно использовать эквипотенциальные поверхности для графического изображения электрического поля. Например, в однородном поле эквипотенциальные поверхности представляют собой плоскости, перпендикулярные силовым линиям. Все точки, лежащие на первой поверхности имеют одинаковый потенциал равный φ1. (и т.д.)
В поле точечного заряда это – концентрические сферы, в центре которых находится заряд, создающий поле.
Эквипотенциальные поверхности качественно характеризуют распределение поля в пространстве подобно тому, как линии уровня отражают рельеф поверхности на географических картах. Вектор напряжённости перпендикулярен эквипотенциальным поверхностям и направлен в сторону уменьшения потенциала. Эквипотенциальные поверхности однородного поля расположены на равных расстояниях друг от друга. В электрическом поле точечного заряда расстояния между соседними эквипотенциальными поверхностями увеличиваются по мере удаления от точечного заряда, так как напряжённость поля уменьшается.
Измерение разности потенциалов
Разность потенциалов между двумя проводниками можно измерить с помощью электрометра. Для этого нужно одну точку тела соединить со стержнем электрометра, а другую с его металлическим корпусом. Внутри прибора возникнет электрическое поле, напряжённость которого тем больше, чем больше разность потенциалов между стержнем и корпусом прибора. Поэтому шкалу прибора можно проградуировать в вольтах. Для измерения разности потенциалов между проводником и землёй надо проводник соединить со стержнем электрометра, а корпус заземлить.
Итак, подведём итог нашего урока. Мы ввели ещё одну величину, характеризующую электрическое поле – это потенциал (он определяет потенциальную энергию заряда в электрическое поле). Т.к. значение потенциала зависит от выбора нулевого уровня то физ. смысл мы придали, не потенциалу, а разности потенциалов или электрическому напряжению. Мы установили связь между двумя величинами, характеризующими электрическое поле напряжённость и напряжение (разность потенциалов). Познакомились с ещё одним способом графического изображения электрического поля -эквипотенциальные поверхности. Кроме того, мы выяснили как можно измерить разность потенциалов. Далее вашему вниманию будут предложены задачи по этой теме и способы решения данных задач.
Приложение 2
ЗадачаВ точке А потенциал электрического поля равен 200 В, потенциал в точке В равен 100 В. Какую работу совершают силы электрического поля при перемещении положительного заряда 5мКл из точки А в точку В?
А-? Решение: А = q (φ1 – φ2) ; А = 0,005 Кл ˟ (200В – 100В) = 0,5 Дж
φ1 = 200 В
φ2 = 100 В
q = 5мКл = 0,005 Кл Ответ: 0,5 Дж
