В нижней половине незаряженного металлического шара
Обновлено: 21.09.2024
6. Цель: формирование умений и навыков, отработку различных способов действий при решении комбинированных задач по физике .
7. Задачи:
- обучающие: осмысливать и анализировать текст задачи, произвольное построение речевого высказывания, постановка и формулирование проблемы, выдвижение гипотез и их обоснование, самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели, построение логической цепочки рассуждений, выбор наиболее эффективного способа решения задач и критическое оценивание полученного ответа;
-развивающие: целеполагание, планирование своей деятельности в зависимости от конкретных условий; рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности, саморегуляция, развитие творческой и мыслительной деятельности учащихся, развитие интеллектуальных качеств, самостоятельности, гибкости мышления;
-воспитательные: смыслообразование, умение слушать и вступать в диалог, участвовать в коллективном обсуждении проблем, воспитывать ответственность и аккуратность.
Технология разработки многоуровневой системы задач, позволяет ученикам успешно освоить программу как на базовом, так и на углублённом уровнях, эффективно подготовиться к ГИА в форме ЕГЭ. Кратко описана методика применения этой системы.
В предлагаемом подходе предлагается в каждом разделе школьного курса физики выделить максимально полный Перечень элементов содержания образования (понятий, теорем, приёмов решения задач определённого типа и способов общеучебной деятельности) и построить соответствующую этому Перечню многоуровневую систему учебных физических задач с охватом базового и углубленного уровней.
Это позволяет на основе задачного подхода разработать методику обучения физике, позволяющую строить для каждого учащегося индивидуальные образовательные траектории, направленные как на формирование специальных, так и универсальных учебных действий, на успешную подготовку к итоговому государственному экзамену, к вступительным экзаменам в вузы, тем самым, в рамках учебного курса решить проблему качественного обучения физики в средней школе.
Учебная деятельность при решении задач, относящихся к 1 уровню - носит репродуктивный характер (используются такие общеучебные действия, как классификация, подведение под понятие, выведение следствий, действия, построение логической цепи рассуждений, и т.д.).
При решении задач относящихся ко 2 уровню – учащимся необходимо применить формулу, закон или правило. (Простые задачи на 1 действие).
При решении задач 3 уровня – учащимся необходимо применить 2-3 формулы, это задачи на 2-3 действия. (Здесь проявляются такие общеучебные действия, как выделение и формулирование познавательной цели, поиск и выделение необходимой информации, знаково-символические действия, включая математическое моделирование, структурирование знания).
Наконец, при решении задач 4 уровня учебная деятельность носит углубленный характер. Ученик должен уметь ориентироваться в новых ситуациях и вырабатывать принципиально новые программы действий (выдвигать гипотезу, проверять: обосновывать или опровергать, выдвигать новую и т.д., осуществлять исследовательскую деятельность). Решение таких задач требует от учащегося обладания обширным фондом отработанных и быстро развертываемых алгоритмов; умения оперативно перекодировать информацию из знаково-символической формы в графическую и, наоборот, из графической в знаково-символическую; системного видения курса. Вместе с тем, оно не просто предполагает использование старых алгоритмов в новых условиях и возрастание технической сложности, а отличается неочевидностью применения и комбинирования изученных алгоритмов. Задания 4 уровня содержат внутри себя составные звенья заданий из 1-3 уровней. Таким образом, учащийся, выполнив все предложенные задания, и пройдя весь путь от простого к сложному, получает умения и навыки работы с комбинированными задачами.
Особо можно выделить раздел качественных задач, содержащих как теоретическое, так и практическое обоснование решения задачи.
В нижней половине незаряженного металлического шара
24. В нижней половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от других предметов. В центр полости помещён положительный точечный заряд q > 0 (см. рисунок). Нарисуйте картину линий напряжённости электростатического поля внутри полости, внутри проводника и снаружи шара. Если поле отсутствует, напишите в данной области: E → = 0. → Если поле отлично от нуля, нарисуйте картину поля в данной области, используя восемь линий напряжённости. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения. (Подсказка) (Решение)
25. Плоская льдина плавает в воде, выступая над её поверхностью на h = 0,04 м. Определите массу льдины, если площадь её поверхности S = 2500 см². Плотность льда равна 900 кг/м 3 . (Подсказка) (Решение).
26. Предмет расположен на главной оптической оси тонкой собирающей линзы. Оптическая сила линзы D = 5 дптр. Изображение предмета действительное, увеличение (отношение высоты изображения предмета к высоте самого предмета) k = 2. Найдите расстояние между предметом и его изображением. (Подсказка) (Решение).
27. В запаянной с одного конца трубке находится влажный воздух, отделённый от атмосферы столбиком ртути длиной l = 76 мм. Когда трубка лежит горизонтально, относительная влажность воздуха φ 1 в ней равна 80%. Какой станет относительная влажность этого воздуха φ 2 , если трубку поставить вертикально, открытым концом вниз? Атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. Температуру считать постоянной. (Подсказка) (Решение)
28. В однородном электрическом поле с напряжённостью E =18 В/м находятся два точечных заряда: Q = −1 нКл и q = +5 нКл с массами M = 5 г и m =10 г соответственно (см. рисунок). На каком расстоянии d друг от друга находятся заряды, если их ускорения совпадают по величине и направлению? Сделайте рисунок с указанием всех сил, действующих на заряды. Силой тяжести пренебречь. (Подсказка) (Решение)
29. В опыте по изучению фотоэффекта монохроматическое излучение мощностью Р = 0,21 Вт падает на поверхность катода, в результате чего в цепи возникает ток. График зависимости силы тока I от напряжения U между анодом и катодом приведён на рисунке. Какова частота ν падающего света, если в среднем один из 30 фотонов, падающих на катод, выбивает электрон? (Подсказка) (Решение)
30. В маленький шар массой M = 230 г, висящий на нити длиной l = 50 см, попадает и застревает в нём горизонтально летящая пуля. Минимальная скорость пули v0, при которой шар после этого совершит полный оборот в вертикальной плоскости, равна 120 м/с. Чему равна масса пули? Сопротивлением воздуха пренебречь. Обоснуйте применимость законов, используемых при решении задачи. (Подсказка) (Решение)
30. Однородный брусок AB массой M постоянного прямоугольного сечения лежит на гладкой горизонтальной поверхности стола, свешиваясь с него менее чем наполовину (см. рисунок). К правому концу бруска прикреплена лёгкая нерастяжимая нить. Другой конец нити закреплён на меньшем из двух дисков идеального составного блока. На большем диске этого блока закреплена другая лёгкая нерастяжимая нить, на которой висит груз массой m = 1 кг. Диски скреплены друг с другом, образуя единое целое. R = 10 см, r = 5 см.
Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на брусок M, блок и груз m.
Найдите минимальное значение M, при котором система тел остаётся неподвижной.
Обоснуйте применимость используемых законов к решению задачи. (Подсказка) (Решение)
Задачи про проводящие сферы
Решил тут я помочь дочке по физике — да и для собственного удовольствия поразмять мозги, вспомнить былое — порешать непростые задачи по физике. И понял — что я физику на самом то деле совершенно не понимаю.
Набросаю в этой теме несколько задач с проводящими сферами в электростатике — хотелось бы увидеть ваши объяснения
Вот задача из демонстарционного варианта ФИПИ ЕГЭ по физике на 2023 год.
«В нижней половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость,
заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от других предметов. В центр полости
помещён положительный точечный заряд q > 0 (см. рисунок). Нарисуйте картину линий
напряжённости электростатического поля внутри полости, внутри проводника и снаружи шара. Если
поле отсутствует, напишите в данной области: = 0.
Если поле отлично
от нуля, нарисуйте картину поля в данной области, используя восемь линий напряжённости. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.»
Дано решение задачи:
"
картины линий напряжённости: внутри полости – семейство прямых лучей,
исходящих из заряда и приходящих на поверхность полости по нормали;
снаружи шара – семейство прямых лучей, исходящих с поверхности шара
по нормали к ней и уходящих в бесконечность.
2. Внутри проводника – электростатическое поле = 0.
3. Заряд q помещён в центр шарообразной полости, поэтому его электростатическое поле в полости обладает
центральной симметрией и выглядит как поле уединённого точечного заряда
q > 0, находящегося в центре полости. Линии напряжённости этого поля
подходят по нормали к поверхности полости, где равномерно распределён
отрицательный индуцированный заряд −q < 0.
4. На наружной поверхности шара находится (в силу нейтральности шара
в целом) положительный заряд q > 0. Поскольку внутри проводника = 0,
а снаружи окружающие предметы расположены далеко от шара, этот заряд
распределён по поверхности шара равномерно. Его поле вне шара выглядит
как поле уединённого точечного заряда q > 0, расположенного в центре
шара. Линии напряжённости отходят от шара по нормали к его поверхности"
Так вот — непонятны след рассуждения — так как заряд помещен в центр полости, то его поле центрально-симметрично. НО ведь сама полость НЕ центрально симметрична относительно шара!
Где доказательства того, что не симметричное расположение полости не влияет на симметричность поля внутри этой полости?? А вдруг индуцированные заряды не симметричны и соответственно искажают симметрию поля внутри полости?
Далее — такое рассуждение у авторов задачи — «Поскольку внутри проводника = 0,
а снаружи окружающие предметы расположены далеко от шара, этот заряд
распределён по поверхности шара равномерно» .
А как конкретно то эти факты связаны?? помнится в одном из учебников физики рассказывалось о ситуации на остриях заряженных проводников — там идет скопление заряда, точнее плотность заряда высокая и потому то с этих концов может происходить искрение изза тогог, что заряд отрывается от поверхности проводника изза сильного поля. То есть равенство нулю эл поля внутри проводника никоим образом не делало распределение заряда равным по поверхности.
П.С. Если есть ссылка на какой нибудь источник, где бы хорошо, четко и однозначно бы объяснялись процессы распределения зарядов в проводящих сферах — буду благодарен
Нашел вроде одну на вид неплохую — из кванта. Но там к примеру такое объяснение задачи (Черноуцан «Практикум абитуриента») -
«Задача 5. Проводящая сфера радиусом R заряжена зарядом Q. Каким
станет потенциал сферы, если на расстоянии l от ее центра поместить
точечный заряд q? Разобрать случаи
l > R и l < R.
»
вот выдержка из решения:
" Перейдем к случаю l < R (рис. 6). Так как теперь заряд находится внутри
сферы, напряженность поля внутри сферы не равна нулю и потенциалы
различных точек не равны друг другу. Однако и в этом случае несложно определить потенциал сферы, только надо
обратить внимание не на внутреннюю часть сферы, а на окружающее ее внешнее пространство. Оказывается, поле
во внешнем пространстве не зависит от положения заряда q внутри сферы, т.е.
при перемещении заряда по внутренней области поле во внешней области
не меняется.
Это утверждение верно для полого
проводника любой формы, и следует
оно из теоремы единственности. Поле
во внешнем пустом пространстве однозначно определяется следующими
условиями: 1) потенциал на бесконечности равен нулю; 2) потенциал на
поверхности проводника принимает некоторое постоянное значение; 3) полный заряд внутри этой поверхности
известен, т.е. известно полное число
силовых линий, начинающихся на поверхности проводника. Существует
единственное поле, удовлетворяющее
этим условиям.
"
То есть говорится что «поле
во внешнем пространстве не зависит от
положения заряда q внутри сферы, т.е.
при перемещении заряда по внутренней области поле во внешней области
не меняется.
Это утверждение верно для полого
проводника любой формы, и следует
оно из теоремы единственности»
НО не показывается, не объясняется как оно из этого следует!
Читайте также: