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
-
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.
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:
Какие силы действуют, куда направлена сила?
Если на тело действует сила, то это дело движется как?
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.
Вспомним закон сохранения механической энергии, и какие преобразования энергии здесь происходят.
Вспомним однородное электрическое поле. Дайте определение и назовите характеристики электрического поля.
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, V
x = 4,0·10
6 м/с, V
у = 0,5·10
6 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, V
x = 4,0·10
6 м/с, V
у = 1,2·10
6 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.