litceysel.ru
добавить свой файл
1
ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА В ПЛОСКОСТИ КОНДЕНСАТОРА


Одно из направлений использования компьютера на уроках – моделирование физических процессов и явлений. Вашему вниманию предлагается пример использования интерактивной модели из «Открытой Физики» при изучении новой темы, при решении задач на движение электрона внутри заряженного конденсатора. А также на данном уроке используется мультимедийная презентация в начале урока при повторении и в конце урока при закреплении знаний и при подведении итогов.

Тип урока – урок изучения нового материала.

Цель урока: изучить характер движения электрона в плоскости конденсатора, закрепить, обобщение и систематизация знаний по теме «Электрическое поле» на примере решения задачи, требующей анализа физической ситуации, понимания физической закономерности, характеризующей описанное явление, умения использовать материал, изученный в 9 классе в разделах «Кинематика. Динамика»

Задачи урока:

Образовательные – закрепление, обобщение и систематизация знаний полученных на уроках при изучении тем из курса физики 10-го класса – «Электрическое поле» и «Кинематика. Динамика»; пользуясь этими знаниями изучить новую тему, движение электрона в плоскости конденсатора.

Воспитательные – воспитание системы взглядов на мир.

Развивающие – речь, мышление, совершенствование умственной деятельности: Анализа, синтеза, классификации, способность наблюдать, делать выводы, выделять существенные признаки , выдвигать гипотезы, проверять результаты.

Оборудование:

Компьютер,

Мультимедийный курс «Открытая Физика 2.5. Часть I и II», ФИЗИКОН, 2002;

Мультимедиа проектор, экран.

План урока:



Этап урока

Методы и приемы


время

1

Орг. момент

Объявление темы и цели урока

1 мин

2

Актуализация необходимых знаний

Презентация, фронтальная беседа, использование интерактивной модели «Движение тела под действием силы тяжести».

7 мин

3

Изучение новой темы

Компьютерное моделирование и анализ ситуации движение заряженной частицы в однородном электрическом поле.

10 мин

4

Закрепление знаний

Решение комплексных задач, использование интерактивной модели

12 мин

5

Домашнее задание

Запись на доске и в тетрадях

1 мин

6

Подведение итогов

Фронтальная беседа, использование презентации

10

ХОД УРОКА

        1. Организационный момент. Тема сегодняшнего урока – движение заряженной частицы в однородном электрическом поле, то есть в плоскости конденсатора. Цель урока – применить ранее полученные знания (знания кинематики и динамики движения тела в гравитационном поле, то есть в поле силы тяжести) для изучения и анализа движения заряженной частицы в однородном электрическом поле.


        2. Актуализация знаний. Прежде чем приступить к изучению новой темы, давайте вспомним некоторые разделы «Механики» и «Электрического поля». (Используем презентацию см. приложение

          • Вопросы:

          • Какие виды механического движения мы с вами знаем?

          • По виду траектории (прямолинейное и криволинейное);

          • По характеру движения (равномерное и неравномерное)

          • Назовите основные характеристики движения. (ускорение, скорость, координата, перемещение, путь)

          • В чем отличие равномерного движения от равноускоренного и равнозамедленного. (ускорение)




Модель. Движение тела, брошенного под углом к горизонту.
Движение тела под действием силы тяжести (интерактивная модель «Открытая Физика 2.5. Часть I , модель 1.18»)


Бросим тело под некоторым углом к горизонту и охарактеризуем движение. (Презентация, см. приложение 2)

Вопросы для беседы:

  1. Какие силы действуют, куда направлена сила?

  2. Если на тело действует сила, то это дело движется как?

  3. Рассмотрим движение вдоль горизонтальной и вертикальной оси.(ускорение, скорость, координата) Приведем здесь некоторые формулы, описывающие движение тела, брошенного под углом α к горизонту: Время полета:

Дальность полета:


Максимальная высота подъема:

Движение тела, брошенного под углом к горизонту, происходит по параболической траектории. В реальных условиях такое движение может быть в значительной степени искажено из-за сопротивления воздуха, которое может во много раз уменьшить дальность полета тела.


  1. Вспомним закон сохранения механической энергии, и какие преобразования энергии здесь происходят.

  2. Вспомним однородное электрическое поле. Дайте определение и назовите характеристики электрического поля.

  3. Какова связь между работой и перемещением заряда в однородном электрическом поле?

IV.Изучение новой темы. Итак, мы с вами убедились в том, что на перемещение заряда в однородном электрическом поле влияет величина потенциала данного поля. Давайте с помощью интерактивной модели «Движение заряда в электрическом поле» смоделируем данную ситуацию и рассмотрим траекторию движения заряда, находящегося между обкладками незаряженного и заряженного конденсатора.

Введем необходимые исходные данные для первой ситуации:


Е = 0 В/м, Vx = 4,0·106 м/с, Vу = 0,5·106 м/с. В этом случае электрон продолжает двигаться между обкладками равномерно по инерции, поскольку никакие силы на него не действуют (действием силы тяжести модно пренебречь из-за ничтожно малой массы электрона). Пронаблюдаем за движением электрона на экране. Можно несколько раз менять исходные данные. Напрмер, Е = 1500 В/м, Vx = 4,0·106 м/с, Vу = 1,2·106 м/с. При влете электрона в заряженный конденсатор на него начинает действовать постоянная кулоновская сила, направленная в сторону положительной обкладки конденсатора. Под действием этой силы электрон продолжает двигаться равномерно в направлении оси ОХ, одновременно начиная смещаться к положительной обкладке, двигаясь в этом направлении равноускоренно с ускорением а. Проследим за движением электрона с помощью интерактивной модели.


V
.Закрепление.Мы с вами только что провели анализ физической ситуации. Предлагаю ознакомиться с текстом задачи.

Задача: Пусть компоненты начальной скорости электрона Vx = 5,0·106 м/с, Vу = 1,2·106  м/с. Напряженность поля в конденсаторе Е = 1500 В/м. Рассчитайте время полета электрона через конденсатор (L = 7,2 см) и смещение электрона по вертикали OY.

Начинаем решение задачи с чертежа.

По существу имеем задачу механики: нужно найти траекторию электрона в поле с кулоновской силой при заданных начальных условиях


Дано:
Vx = 5,0·106 м/с
Vу = 1,2·106 м/с
Е = 1500 В/м
L = 7,2 см

Решение:
Выберем оси координат, совместив начало системы отсчета с точкой (0, 0) – влета электрона. Второй закон Ньютона имеет вид: , где .
Следовательно .
Рассмотрим второй закон Ньютона в проекциях на оси:
ОХ: max = 0, т.к. перпендикулярен оси ОХ, движение вдоль оси ОХ равномерное.

OY: may = –(eE)y, ay = – .

Уравнение скорости движения электрона имеет вид:
Проекции на оси ОХ и OY:
ОХ: Vx=V0x
OY: Vy=V0y+ayt.

Нам неизвестно время полета электрона в конденсаторе. Запишем закон движения в проекции на оси координат:

x = V0xt,

y = V0yt + ayt2 / 2,

т.к. электрон за время t пролетел расстояние, равное длине пластины, то x = L, значит t = L/V0x, y - координата точки, в которую сместился электрон после пролета в конденсаторе.

Проведем вычисления: ay = – = – 2,64·1014 м/с2;
t =  = 0,014·10-6 с;
Dy = – 0,01 м


Найти: t, Δy


Проверим результаты, проведем компьютерный эксперимент с помощью интерактивной модели «Движение заряда в электрическом поле».

.


Задача решена правильно


Задания повышенного уровня сложности (дополнительное задание.)

Задача. Определить направление скорости электрона после пролета конденсатора.

Дано:
Vx = 5,0·106 м/с
Vу = 1,2·106 м/с
Е = 1500В/м
L = 7,2 см


Решение:
Выберем оси координат, совместив начало системы отсчета с точкой (0, 0) – влета электрона. Второй закон Ньютона имеет вид: , где .
Следовательно .
Рассмотрим второй закон Ньютона в проекциях на оси:
ОХ: max = 0, т.к. перпендикулярен оси ОХ, движение вдоль оси ОХ равномерное.
OY: may = –(eE)y, ay = – .
Для того, чтобы найти tg α необходимо определить Vx и Vy в момент вылета электрона из конденсатора: .
Уравнение скорости движения электрона имеет вид:
Проекции на оси ОХ и OY:
ОХ: Vx=V0x
OY: Vy=V0y+ayt, тогда tg α = 

Найти: tg α


Задача. Как изменится время полета и дальность полета электрона, если:

1 вариант - напряженность электрического поля возрастет в 2 раза?


2 вариант – начальная скорость направлена горизонтально оси конденсатора.

3 вариант – поменяйте заряды на обкладках конденсатора.

Найдите теоретически и проверим на интерактивной модели.



Домашнее задание. § 101-103 – повторить, упражнение 18 (2).

Прошу вас обратить внимание, что домашняя задача № 915 аналогична разобранной на уроке.