обзорные лекции / Тема 15

Тема 15. Электрические и магнитные явления в базовом курсе физики.

Вопросы об электрических и магнитных явлениях рассматриваются в базовом курсе физики в нескольких темах:

1. Важеевская, Пурышева – «Электрические явления», «Электрический ток» (8 класс), «Электромагнитные явления», «Электромагнитные колебания и волны» (9 класс).

2. Пинский, Разумовский – «Электрический заряд», «Электрический ток», «Электрическая цепь», «Магнитное поле», «Явления электромагнитной индукции», «Полупроводники. Полупроводниковые приборы» (8 класс).

3. Громов, Родина – «Электрические явления», «Электромагнитные явления» (9 класс).

4. Перышкин – «Электрические явления», «Электромагнитные явления» (8 класс), «Электромагнитное поле» (9 класс + Гутник).

5. Гуревич – «Электрическое поле», «Магнитное поле», «Законы электрического тока», «Ток в различных средах» (8 класс).

Рассмотрим кратко методику изучения некоторых вопросов.

Электрический заряд – одно из самых сложных для учащихся понятий. Это понятие вводится с помощью опытов по электризации тел. Рассматривая взаимодействие наэлектризованных тел, вводят понятие электрического заряда, как количественную характеристику этого взаимодействия. Некоторые авторы дают определение электрического заряда – физическая величина, характеризующая свойство тел вступать в электрическое взаимодействие. Иногда формулируется закон сохранения заряда. В процессе обучения у учащихся должно сформироваться представление об электризации тел и их взаимодействии, существования двух родов электрического заряда – положительного и отрицательного. Здесь же учащиеся знакомятся с принципом действия электроскопа.

Электрическое поле. Вслед за введением понятия электрического заряда программой предусмотрено введение понятия электрического поля. Авторы учебных программ вводят понятие электрического поля по-разному. Некоторые отдают предпочтение качественному анализу взаимодействия заряженных тел посредством электрического поля. В этом случае ограничиваются утверждениями, что вокруг любого неподвижного заряда существует электрическое поле, которое действует на другие заряженные тела и обнаруживается по своему действию на эти тела.

Однако некоторые авторы (Важеевская, Пурышева; Пинский, Разумовский) вводят при рассмотрении электрического поля понятие напряженности как силовой характеристики этого поля и формулируют закон Кулона для двух взаимодействующих зарядов. Задачи по этой теме очень просты и предполагают простое использование введенных формул. Поскольку было введено понятие напряженности электрического поля, то уместен разговор о линиях напряженности, но понятие векторной величины не вводится из-за отсутствия у школьников соответствующего математического навыка по работе с векторами. При введении понятия о линиях напряженности электрического поля целесообразно демонстрировать опыты с султанами электрическими и металлическими опилками.

Электрон. Строение атома. Говоря об электрическом заряде, нельзя обойти стороной вопрос о носителе элементарного заряда – электроне. Рассматривать вопрос об электроне целесообразно начинать с исторических опытов Дж Томсона, Р. Милликена, А.Ф. Иоффе, которые подтвердили существование элементарного заряда и определили его величину. Используя современные технологии, можно продемонстрировать модели этих опытов с помощью компьютера.

Как только школьники получили представление об элементарном заряде, можно переходить к сложному строению атома, руководствуясь логикой: любое наэлектризованное тело содержит электроны, все тела состоят из атомов и молекул, следовательно, в состав атомов и молекул вещества входят электроны. Здесь уместен рассказ и демонстрация модели опыта Резерфорда, подводящего к сложному строению атома. Чтобы перейти к изучению электрического тока, имеет смысл выяснить разницу между проводниками и диэлектриками и их поведении в электрическом поле. В базовом курсе физики это делается на качественном уровне, эмпирическим путем (опыт «Проводники и диэлектрики в электрическом поле).

Электрический ток. Электрическая цепь. Действие электрического тока. В основе изучение этой темы лежит представление о сложной структуре атома. Электрический ток определяется как упорядоченное движение заряженных частиц. Важным моментом является формулировка условий существования электрического тока. Проще всего это сделать используя физический эксперимент с электрометрами, шарами-кондукторама и проводником с неоновой лампочкой (описать опыт). Вы будете выполнять этот опыт в следующем семестре. Обобщая результаты опытов приходят к выводу. Что для существования электрического тока требуется наличие свободных носителей заряда и электрического поля.

Далее рассматривают источник тока, принцип действия которого основан на совершении работы по разделении электрических зарядов разных знаком. Для усвоения учащимися того, что в источнике тока происходит превращение неэлектрических видов энергии в электрическую, учащимся показывают работу электрофорной машины, термоэлемента, фотоэлемента, гальванические элементы, аккумуляторы (целесообразно рассматривать без анализа химических реакций, если это изучается в 8 классе).

Умение составлять электрические цепи по схеме, рисовать схемы электрических цепей приходит к учащимся при выполнении практических заданий (лабораторных работ). Лабораторные работы, выполняемые учащимися, позволяют также знакомиться с электроизмерительными приборами.

Действия электрического тока целесообразно демонстрировать с помощью опытов (пропускание тока по проводнику – тепловое; электролиз – химическое; притяжение к сердечнику катушки металлических предметов – магнитное).

Сила тока. Напряжение. Сопротивление. Закон Ома для участка цепи. Силу тока в проводнике определяют через электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени. Надо сказать учащимся, что в 1948 г. На IX Международной конференции по мерам и весам было решено в основу определения единицы силы тока положить явление магнитного взаимодействия двух проводников с током. Единицу измерения силы тока назвали Ампером (А). С амперметром и правилами включения его в цепь учащиеся знакомятся при выполнении лабораторной работы.

Понятие напряжения вводится либо через знакомые учащимся аналогии(например, напряжение сравнивается с уровнем воды в реке, а сила тока со скоростью ее течения), либо через отношение работы электрического поля по перенесению заряда к величине этого заряда. Единица измерения напряжения также вводится через единицы работы и заряда.