Цель занятия: Убедиться на практике в правильности теории, которая описывает движение заряженной частицы в однородном электрическом поле.
Задачи занятия:
- Образовательные:
- Углубить знания по физике;
- Связь физической теории и эксперимента;
- Формирование навыков самоконтроля;
- Межпредметная связь физики, математики и информатики.
- Развивающие:
- Развивать у учащихся интерес к физике через применение ИКТ – технологий.
- Развитие логики, самостоятельного мышления, анализа и других компетентностей.
- Развитие умения наблюдать, на основе эксперимента делать выводы.
- Воспитательные:
- Воспитывать интерес к предмету;
- Формирование мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;
- Умение учащихся прислушиваться к мнению друг друга;
- Воспитывать умение выдвигать свою точку зрения и отстаивать её.
Программное обеспечение:
- «Физика в картинках», ООО Физикон, 1998 г.
- «1С: Физика», 1С, 2002 г.
Ход занятия
1. Организационный момент.
2. Теоретическая часть.
а) Применение явления движения заряженной частицы на примере катодной трубки.
Вы никогда не задумывались, как получается изображение на экранах телевизора или монитора компьютера?
Всему виной переменное электрическое поле, которое отклоняет пучок электронов и заставляет их попадать в разные точки экрана. Это происходит в
катодной трубке, которая является необходимым элементом многих научных приборов.
Рассмотрим устройство катодной трубки (рис. 1). В стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух, имеется два электрода: нагретый катод и анод, которые подключены в цепь переменного электрического поля. Катод испускает электроны, которые проходят через анод, где получают скорость и фокусируются в электронный пучок. После этого пучок электронов проходит через конденсатор, на который подается разность потенциалов. С ростом напряженности поля в конденсаторе все больше происходит отклонение электронов по вертикали от прямолинейной траектории. Именно так, изменяя поле управляют пучком электронов в трубке монитора, телевизора и других приборов. На этом примере мы увидели использование явления движения заряженной частицы в однородном электрическом поле. Поэтому тема нашего занятия: «Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле».
Цель занятия: Убедиться на практике в правильности теории, которая описывает движение заряженной частицы в однородном электрическом поле. Теперь давайте подробнее разберемся с этим явлением.
Рис. 1.
б) Движение заряженной частицы на примере интерактивной модели.
(Используется программа ООО «Физикон», 2002 г. «1С: Репетитор. Физика»)
Давайте посмотрим как движется заряженная частица в электрическом поле и какова её траектория. Рассмотрим однородное поле Е, вектор напряженности которого постоянен и направлен вдоль оси у в системе координат x и y. Заряженная
частица влетает в электрическое поле с начальной
скоростью Vο, направленной вдоль Ox.
Давайте вспомним, какая сила действует на частицу?
Сила со стороны поля F=q*E.
Из каких движений будет складываться движение
частицы?
По горизонтали – равномерное по Ox, по вертикали –
равноускоренное по Oy.
Ускорение заряда вдоль Oy: а = F/m = qE/m.
Vx = Vο ( не меняется), Vy = a*t (т.к. Vοy =0).
Отсюда x = Vο*t(1) – уравнение движения частицы
вдоль Ox.
Y = a*t²/ 2 или y = qE* t²/2m (2) - уравнение движения частицы вдоль Oy. Выражая t = x/ Vο из (1) и подставляя во(2) получим: y(x) = qE*x²/2m* Vο2 – уравнение траектории частицы в однородном электрическом поле.
Или y(x) = kt², где k=qE/m, t = x /Vο. Если k меняется, то y(x) тоже меняется при t = const. Поэтому в однородном электрическом поле частица движется так же, как и в поле силы тяжести – по параболе.
На слайде показать:
Изменяя величину поля и начальную скорость можно проследить, как изменяется форма параболы (меняем направление и модуль Е – меняется направление веток пораболы, меняем модуль V0 - меняются x и y).
в) Решение задачи.
Нам известно, что электрическое поле создают конденсаторы. Пусть заряженная частица влетает в поле конденсатора со скоростью Vο. Мы помним, что поле отклоняет частицу к какой – нибудь пластине.
От чего зависит движение частицы в поле? Что будет влиять на её движение? Какие параметры?
Предположим:
- Заряд q
- Поле Е
- Масса частицы m
- Угол влета α
- Размер пластин (протяженность поля) L
- Начальная скорость Vο?
Вот от этих параметров зависит движение частицы.
Давайте проверим можно ли, зная несколько параметров,
найти один. Для этого решим задачу.
Частица массой m и зарядом q >0 попадает в однородное электрическое поле Е, направленного по вертикали. Начальная скорость частицы, направлена вверх под углом α к горизонтальной плоскости. L – горизонтальная протяженность поля. Частица вылетает из этой области вниз со скоростью, направленной под углом ? к горизонтальной плоскости. Определить начальную скорость. (влиянием силы тяжести пренебречь).
По условию в момент времени t (вылета из конденсатора):
Ответ: 4 км\с – с такой скоростью частица влетает в поле. |
 |
, ( т.к. V противоположно Оу), поэтому:
– время полета частицы. За это время по условию
3. Практическая часть.
(используется программа: «Физика в картинках»).
а) Объяснение работы в программе
Сейчас я объясню, как работать в программе « Физика в картинках».
- Меню горизонтальное:
Вы можете:
Наблюдать движение заряженной частицы;
Изменять направление поля, величину и направление начальной скорости;
Определять координаты и компоненты скорости (Vx, Vy) в любое время.
- Меню вертикальное:
Вы можете задавать любое значение Е и Vο
и наблюдать движение частицы(электрона), определять конечные значения Vx, Vy, а также X и Y.
б) Работа в группах. Нацеливание.
Вы будете работать в группах. У каждой группы будет свое задание.
1 группа.
Цель: При заданных значениях L, d, m, q убедиться на практике в том, что величина отклонения заряженной частицы от прямолинейной траектории (у) зависит от изменения модуля напряженности поля Е при постоянном модуле начальной скорости, угле влета и времени движения.
( у( Е ) при Vο =const , α = const , t =5c).
2 группа.
Цель: При заданных значениях L, d, m, q исследовать зависимость дальности полета частицы от модуля начальной скорости при постоянном модуле напряженности поля, угла влета и времени движения.
( x(t) при Е = const, α = const , t =5c).
Как работаем?
- Индивидуально за компьютером( заполнение таблицы) – 10 ;
- В группах ( обсуждаете результаты работы и делаете выводы) – 5 мин
- Выступление и озвучивание результатов работы – 1 человек от группы – 5 мин.
Сейчас вы получите таблицы, сядите за компьютеры и начнете работать.
в) Работа за компьютером и в группах.
г) выступление групп.
1 группа – вывод:
Мы убедились на практике в том, что с изменением модуля напряженности поля меняется величина отклонения частицы от прямолинейной траектории, если постоянны: модуль начальной скорости, угол и время и заданы значения
L, d, m, q.
2 группа – вывод:
Мы провели исследование и пришли к выводу о том, что дальность полета частицы прямо пропорциональна модулю начальной скорости за одно и тоже время X Vο при постоянных значениях угла й, времени и модуля напряженности поля и L, d, m, q.
4. Итог занятия.
Мы выполнили цель занятия: убедились на практике в правильности теории, которая описывает движение частицы в однородном электрическом поле. Спасибо за занятие. Работали хорошо. До свидания.