Material didáctico de campo electrostático de física para secundaria

¿Cómo debo escribir el material didáctico sobre el campo electrostático para física en la escuela secundaria? El software educativo es esencialmente un tipo de software, que es un software informático diseñado de acuerdo con los objetivos de enseñanza y que refleja ciertas estrategias de enseñanza y contenidos de enseñanza bajo la guía de ciertas teorías de aprendizaje. Ahora les traeré el material didáctico de campo electrostático para física de segundo año. Le invitamos a leerlo. Material didáctico de campo electrostático de física de secundaria 1

Repaso de conocimientos básicos

1. Carga y conservación de la carga

⑴ Solo hay dos tipos de cargas en la naturaleza: carga positiva y carga negativa. Los métodos para cargar objetos incluyen electrificación por fricción, electrificación por contacto y electrificación por inducción. ⑵Inducción electrostática: cuando un objeto cargado está cerca de un conductor, debido a la atracción o repulsión mutua entre cargas, el extremo del conductor está cerca. el objeto cargado tiene carga de signo opuesto, el extremo alejado del cuerpo cargado lleva una carga del mismo signo

⑶Conservación de la carga: La carga no se creará ni desaparecerá. transferido de un objeto a otro, o de un objeto a otro, una parte se transfiere a otra parte; durante el proceso de transferencia, la cantidad total de carga permanece sin cambios (un sistema sin intercambio de carga con el mundo exterior, la suma algebraica. de cargas permanece sin cambios)

⑷ Carga de unión: se refiere a un electrón O la cantidad de carga que lleva un protón, representada por e=1.6×10-19

2. Coulomb. Ley

⑴ El campo eléctrico de la interacción entre dos cargas puntuales en el vacío La fuerza es proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia La dirección de la fuerza está en sus. línea de conexión, es decir: Fkq1q2 donde k es la constante de fuerza electrostática, k=9.0×10 9 Nm2 /c2 2r

　⑵Condiciones

①En el vacío (aproximadamente cierto en el aire), ②punto. carga, es decir, la influencia de la forma y el tamaño del cuerpo cargado en la fuerza de interacción se puede ignorar (para bolas cargadas uniformemente, r es la distancia entre los centros de las bolas). 3. Intensidad del campo eléctrico

⑴ Campo eléctrico: una sustancia especial que existe alrededor de un cuerpo cargado. Su propiedad básica es que tiene un efecto poderoso sobre las cargas colocadas en él. Esta fuerza se llama fuerza de campo eléctrico. La interacción entre cargas se produce a través del campo eléctrico. El campo eléctrico también tiene la propiedad de energía.

⑵ Fuerza del campo eléctrico E: Cantidad física que refleja la fuerza y ​​dirección del campo eléctrico. un vector.

① Definición: La relación entre la fuerza del campo eléctrico F experimentada por una carga de prueba colocada en un determinado punto del campo eléctrico y su cantidad de carga q se denomina intensidad del campo eléctrico en este punto. Es decir: EF q unidad:

② La dirección de la intensidad del campo: Se estipula que la dirección de la fuerza de una carga positiva en un determinado punto del campo eléctrico es la dirección de la intensidad del campo del punto. (Explicación: en el campo eléctrico, la intensidad del campo en un punto determinado no tiene nada que ver con la carga de prueba colocada en el campo, sino que está determinada por la posición del punto y el voltaje de la fuente del campo).

(3) La intensidad del campo eléctrico de la carga puntual: E=kQ, donde Q es la carga de la fuente del campo y E es la intensidad del campo en un punto del campo que está a r de Q. Para r2

Al encontrar la intensidad del campo en un punto fuera de una esfera o capa esférica cargada uniformemente, r es la distancia desde este punto al centro de la esfera

(4) Superposición de intensidades de campo eléctrico: cuando. hay múltiples cargas de fuente de campo, la intensidad del campo en un determinado punto del campo eléctrico es la suma de las intensidades del campo eléctrico generadas por cada carga puntual sola en ese punto

⑸ Líneas del campo eléctrico. : curvas imaginarias introducidas para describir vívidamente el campo eléctrico

① Las líneas de campo eléctrico comienzan desde cargas positivas o infinito y terminan en infinito o cargas negativas

② Las líneas de campo eléctrico no. se cruzan o son tangentes entre sí, ni podemos pensar que el campo eléctrico sea la trayectoria de la carga en el campo eléctrico

③ En la misma imagen, las líneas del campo eléctrico son fuertes donde está el campo. fuertes Las líneas del campo eléctrico son más densas y dispersas donde la intensidad del campo es pequeña

⑹ Campo eléctrico uniforme: La intensidad del campo eléctrico en cada punto del campo eléctrico es igual en todas partes y en la misma dirección. Las líneas de campo de un campo eléctrico uniforme son paralelas y están igualmente espaciadas Líneas paralelas Material didáctico de campo electrostático de física de secundaria 2

Objetivos de enseñanza

Establecer la estructura del conocimiento del campo electrostático mediante la revisión y clasificación. Las leyes y conceptos del campo electrostático. Utilice las ideas de campos y superposición de campos para comprender y resolver problemas de campos eléctricos y profundizar su comprensión de los campos electrostáticos.

Análisis de los puntos clave y las dificultades de la enseñanza.

El contenido de la parte del campo electrostático es altamente conceptual y el contenido regular es profundo, que es la base para la aplicación de conocimientos relevantes. Sin embargo, debido a que los conceptos y las leyes son relativamente abstractos, es difícil dominarlos.

Por lo tanto, establecer adecuadamente estructuras de conocimiento relevantes y manejar las relaciones entre conceptos y leyes son formas efectivas de resolver las dificultades de revisión.

Diseño de procesos de enseñanza

Actividades del profesor

1. Repaso de reglas y conceptos

A partir de esta lección, repasamos la electricidad estática respecto a conocimiento sobre el campo, revise las reglas y conceptos que hemos aprendido antes (Agrupe a los estudiantes en grupos para revisar y organizar)

Actividades estudiantiles

Estudiantes En grupos, recuerden el conocimiento relevante. han aprendido, se recuerdan e inspiran mutuamente.

Bajo la disposición del profesor, cada grupo de alumnos elige un representante para escribir en la pizarra los conocimientos que han recopilado. (Se organizan tres. Dado que el contenido es básicamente el mismo, otros grupos harán algunas adiciones).

Los representantes estudiantiles subieron al escenario.

Establecer una estructura de conocimiento:

A juzgar por el contenido de conocimiento recopilado por los estudiantes, es básicamente posible enumerar los contenidos relevantes del campo electrostático, pero en términos generales, cada estudiante tiene A la hora de organizar el conocimiento, los métodos son diferentes. Para que el conocimiento sea más propicio para la comprensión y la memoria en nuestra mente, es necesario y eficaz establecer una red de estructura de conocimiento adecuada para nosotros. A continuación, construiremos conjuntamente la red de estructura de conocimiento de esta parte del campo electrostático.

(Dirija a los estudiantes a organizar y establecer la estructura de conocimiento del campo electrostático. Vea la imagen adjunta para ver el cuadro de estructura de conocimiento)

2. Discusión de varios temas relacionados con el concepto de campo electrostático.

1. Consolidación del concepto de campo

〔Pregunta 1〕Las bolas cargadas A y C están separadas 30cm, y ambas están cargadas positivamente. Cuando se coloca una bola B cargada negativamente en la línea recta que conecta A y C, y B y C están separados 20 cm, C puede equilibrarse mediante la fuerza del campo eléctrico. A, B y C pueden considerarse cargos puntuales. ①¿Qué relación deben satisfacer las cargas eléctricas de A y B? ②Si se requiere que las fuerzas del campo eléctrico sobre las tres bolas A, B y C estén equilibradas al mismo tiempo, ¿qué relación deben satisfacer sus cargas eléctricas? p> Los estudiantes leen las preguntas, piensan y encuentran. Los estudiantes dicen la solución.

Al analizar y resolver este problema, podrá profundizar su comprensión del concepto de intensidad de campo y superposición de intensidad de campo. Los estudiantes generalmente analizan desde la perspectiva del equilibrio de fuerzas y utilizan la ley de Coulomb para resolver el problema. Realice el siguiente análisis basándose en la resolución de problemas de los estudiantes.

Análisis y solución: ①C está en equilibrio, lo que en realidad requiere que C esté en un lugar donde la intensidad del campo eléctrico en el campo eléctrico formado por A y B sea cero.

Dado que la intensidad de campo total donde se encuentra C es cero, entonces la carga positiva o negativa, más o menos carga, de C no tiene ningún efecto sobre su equilibrio.

② Luego tome la bola cargada A o B como objeto de investigación y utilice el método anterior para analizarla y resolverla.

Respuesta: ①qA∶qB=9∶4, ②qA∶qB∶qC=9∶4∶36.

　[Pregunta 2] Como se muestra en la Figura 3-1-1, hay un campo eléctrico uniforme en el área de la caja. Se sabe que UA=2V, UB=-6V, UC=-2V. Intente dibujar la dirección de las líneas del campo eléctrico en el campo eléctrico.

Los estudiantes leen las preguntas y piensan. Haga que los estudiantes hagan dibujos en la pizarra.

A través del análisis y solución de este problema, los estudiantes tendrán un conocimiento más profundo de los campos eléctricos uniformes.

Análisis y solución: Según la pregunta, la diferencia de potencial entre dos puntos A y B es de 8V, y la diferencia de potencial entre dos puntos A y C es de 4V. Por lo tanto, primero conecte los dos puntos A y B con una línea recta, luego el potencial del punto medio entre los dos puntos A y B es 4V, que es el mismo que el potencial del punto C. Conectando estos dos puntos hay una línea equipotencial con un potencial eléctrico de -2V. Las líneas del campo eléctrico deben ser perpendiculares a esta línea recta y apuntar desde el punto de alto potencial al punto de bajo potencial. (Como se muestra en la Figura 3-1-1)

[Pregunta 3] Sabemos que la fórmula representa la intensidad del campo eléctrico en un cierto punto en el campo de la carga puntual Q, y la unidad obtenida es N /C; la fórmula representa la intensidad del campo en un campo eléctrico uniforme. Tamaño, su unidad es V/m. Entonces, ¿se puede usar la unidad N/C en un campo eléctrico uniforme? Si es así, ¿cuál es su significado físico? ¿Se puede usar la unidad V/m en un campo eléctrico con cargas puntuales?

Cuando los estudiantes piensan y discuten, puede pedirles que hablen sobre su comprensión y comprensión.

A través de la discusión de este tema, los estudiantes pueden comprender con precisión el significado físico de la intensidad del campo eléctrico.

2. Discusión del bien y del mal del problema: en el campo electrostático,

① Donde la intensidad del campo es mayor, el potencial eléctrico también debe ser mayor. , donde el potencial eléctrico es mayor, la intensidad del campo debe ser constante. ¿También es mayor?

② Donde el potencial eléctrico es cero, ¿el potencial eléctrico debe ser cero? Por el contrario, ¿donde el potencial eléctrico es cero? cero, ¿la intensidad del campo también debe ser cero?

③ Campo Donde las fuerzas fuertes son iguales, ¿deben ser iguales los potenciales eléctricos? Por el contrario, donde los potenciales eléctricos son iguales, ¿deben ser iguales las intensidades de campo? ser iguales? ​​

Los estudiantes pueden pensar y discutir. Puede pedirles que hablen sobre sus conocimientos y comprensión.

Durante la discusión, se debe recordar a los estudiantes que si quieren revertir una conclusión, sólo necesitan dar un contraejemplo.

Análisis y solución: ① Tome como ejemplo el campo eléctrico de cargas puntuales (positivas y negativas). ② Tome como ejemplos el campo eléctrico de cantidades iguales de cargas con diferentes signos y el campo eléctrico de cantidades iguales de cargas del mismo signo. ③ Tome como ejemplo el campo eléctrico uniforme y el campo eléctrico de carga puntual.

3. Discusión sobre el problema de superposición del campo eléctrico

[Pregunta 1] Como se muestra en la Figura 3-1-2, un anillo de goma dura con semimeridiano r tiene un positivo distribuido uniformemente. carga, su carga por unidad de longitud es q. Ahora corte una pequeña sección AB en el anillo, la longitud de AB es l, (l<

Los estudiantes pueden pensar y discutir. Puede pedirles que hablen. sobre su comprensión y comprensión.

A través de la solución de esta pregunta, los estudiantes pueden fortalecer su capacidad de aplicación y profundizar su comprensión de la superposición de la intensidad del campo eléctrico:

Análisis y solución. p>

Una de las soluciones es utilizar la simetría del anillo para obtener el resultado de que la intensidad del campo eléctrico generado por cualquier segmento pequeño en el anillo en el centro del círculo es igual a la intensidad del campo generado por el correspondiente segmento pequeño y la dirección Por el contrario, son cero después de superponerse entre sí. Dado que se corta el segmento AB, la intensidad de campo generada por el segmento pequeño que originalmente es simétrico a AB se convierte en la intensidad de campo total del campo eléctrico generado por. todo el anillo. Porque hay condiciones en la pregunta l< Solución 2: Piense en el segmento AB como una pila de una pequeña sección de anillos cargados positivamente y una pequeña sección de anillos cargados negativamente. Esto aún cumple con las condiciones de la pregunta. , y las pequeñas secciones de anillos cargados positivamente completan los anillos, haciendo que todo el anillo esté cargado. La intensidad del campo eléctrico generado por el anillo en el centro del círculo es cero la intensidad del campo generado por el segmento cargado negativamente en el. El centro del círculo se puede calcular usando la fórmula de intensidad de campo de cargas puntuales. Esta es la respuesta requerida por la pregunta

Respuesta:, dirección: apuntando a AB

[Pregunta 2. ] Como se muestra en la Figura 3-1-3, la longitud del lado del triángulo equilátero ABC es a, y la carga eléctrica en sus vértices B y C es La carga puntual de Q(>0). de la intensidad del campo E en el centro del triángulo.

Los estudiantes pueden practicar la solución por sí mismos para consolidar el concepto, para consolidar aún más la comprensión de la naturaleza vectorial de la intensidad del campo y la comprensión de la intensidad del campo. superposición

Respuesta:

3. Conductores y condensadores en campos eléctricos

1. Campo eléctrico

Organizar a los estudiantes para que se organicen. y repaso.

(1) ¿Qué es la inducción electrostática?

Debe quedar claro: la inducción electrostática es un proceso, que es la regeneración de cargas eléctricas en un conductor.

Pide a los alumnos que describan el proceso de inducción electrostática.

(2) ¿Cuáles son las propiedades de un conductor cuando está en equilibrio electrostático? la intensidad del campo dentro del conductor es cero en todas partes

②La superficie del conductor es una superficie equipotencial y el conductor es un cuerpo equipotencial

③La carga neta solo se distribuye en; la superficie exterior del conductor.

Se debe pedir a los estudiantes que expliquen el significado de estas propiedades una por una

(3) Ejercicios de consolidación

[Pregunta. 1] Observación y explicación

Guíe a los estudiantes para que observen atentamente

(Cooperando con el experimento de demostración) ① Se acerca una barra de pegamento frotada con pelo a una pequeña bola. un electrómetro descargado, lo que puede hacer que el puntero del electrómetro se abra. Explique el motivo. En este momento, el puntero del electrómetro ¿Qué tipo de carga tiene? ② Si en este caso, la barra de pegamento entra en contacto con el. bola, ¿qué tipo de carga tendrá el puntero? ③ Si la barra de pegamento no entra en contacto con la bola, sino que la toca con la mano, el puntero se cerrará y luego se retira la barra de pegamento y el puntero se abre. Explique nuevamente este fenómeno y ¿qué tipo de carga tiene el puntero en este momento?

Los estudiantes pueden discutir entre ellos y luego dar explicaciones.

[Pregunta 2] Como se muestra en la Figura 3-1-4, hay un pequeño orificio en la carcasa esférica del conductor aislado P. Utilice un cable para conectar la pequeña bola de metal a dentro de la carcasa esférica y el fuera de la cáscara esférica. Las pequeñas bolas de metal b están conectadas y P tiene carga positiva. Durante el equilibrio electrostático, ¿están cargadas las bolas de metal a y b? ¿Qué tipo de cargas tienen?

Los estudiantes responden las preguntas pensando si hay diferentes explicaciones, se pueden discutir y resolver.

A través del análisis de esta pregunta, los estudiantes pueden tener una comprensión más precisa de la naturaleza del equilibrio electrostático.

Puede recordar a los estudiantes: la bola pequeña a y la bola pequeña b tienen el mismo potencial que el caparazón esférico P. La bola pequeña a puede considerarse parte de la superficie interna del caparazón esférico, mientras que la bola pequeña b debe ser la superficie exterior de la capa esférica P. parte de.

2. Condensador

Puntos de revisión:

(1) Definición de unidad de condensador: Farad F.

(2) Un condensador es un componente que almacena y libera energía eléctrica.

(3) ¿Qué factores determinan la capacitancia de un capacitor de placas paralelas? (Revise el experimento de demostración de la investigación sobre capacitores de placas paralelas)

Deje que los estudiantes hagan el trabajo final.

Los estudiantes deben saber que en el experimento de demostración, el puntero del electrómetro indica la diferencia de potencial

entre el puntero y la carcasa, que también es la diferencia de potencial entre las dos placas del condensador. .

Los alumnos leen las preguntas, piensan en ellas y las responden.

Discusión del problema:

[Pregunta 1] Como se muestra en la Figura 3-1-5, las placas metálicas A y C están colocadas en paralelo y ambas están conectadas a tierra. Suponga que la placa metálica B. tiene un positivo La carga es 3×10-6C, inserte B entre A y C, y hágalo, entonces la relación de intensidad de campo entre A y B y entre B y C es E1: E2 = ¿Cuánta carga tiene cada uno? placas A y C?

, entonces la relación de intensidad de campo entre A y B y entre B y C es E1:E2= ¿Cuánta carga tiene cada placa A y C?

Esta pregunta puede consolidar el equilibrio electrostático y conceptos relacionados con la capacitancia.

Respuesta: E1:E2=2:1; QA=2×10-6C, QC=1×10-6C.

[Pregunta 2] Como se muestra en la Figura 3-1-6, se sabe que la fuerza electromotriz de la fuente de alimentación E = 18 V, la capacitancia CA = 20 μF y CA = 10 μF.

Los alumnos leen las preguntas, piensan en ellas y las responden.

(1) El interruptor S se conecta primero al 1, luego al 2 y luego a QB=?

(2) Sobre esta base, el interruptor S se conecta al 1 y luego al 2, Entonces QB=?

A través del análisis y la solución de esta pregunta, podemos profundizar nuestra comprensión de la función de los capacitores para almacenar y liberar carga.

Respuesta: (1) QB=1,2×10-4C; (2) QB=1,6×10-4C.