Vse

температура багатьох твердих і рідких тіл значно менше відрізняється від істинної температури, чим яскравісна або радіаційна.

Фотоелектричні пірометри. На відміну від оптичних візуальних пірометрів фотоелектричні пірометри є автоматичними. Чутливими елементами, що сприймають променисту енергію, у цих приладах можуть служити фотоелементи, фотомножники, фотоелементи опору і фотодіоди. Вимір температури фотоелектричними пірометрами, як і оптичними візуальними, засновано на залежності спектральної яскравості тіла від його температури.

Фотоелектричні пірометри за принципом дії бувають двох типів. До першого типу відносяться прилади, у яких сприймана приладом промениста енергія, потрапляючи на чутливий елемент, змінює його параметри (фотострум, опір). У приладах другого типу вимір променистої енергії здійснюється компенсаційним методом, тут чутливий елемент працює в режимі нуль-індикатора, порівнюючи інтенсивності випромінювання від вимірюваного тіла і стабільного джерела випромінювання - мініатюрної лампочки накалювання.

Пірометри сумарного випромінювання. Вимірювання температури пірометрами сумарного випромінювання засновано на використанні теплового випромінювання нагрітих тіл. Теплові промені, які уловлюються пірометром, концентруються за допомогою збірної лінзи на термочутливому елементі, що складається з невеликої термобатареї. Променистий потік направляється лінзою на робочі кінці термобатареї, по ступені нагрівання яких судять про температуру випромінювача. Вторинним приладом пірометра служить мілівольтметр або автоматичний потенціометр. Пірометр сумарного випромінювання характеризується рядом переваг у порівнянні з візуальним, що полягають в об'єктивності методу вимірювання, відсутності стороннього джерела живлення і можливості застосування дистанційної передачі показань на вторинні прилади, але уступає йому, як було зазначено раніше, у точності вимірювання.

Для вимірювання температур вище 3000° С методи пірометрії є практично єдиними, тому що вони безконтактні. Теоретично верхня межа вимірювання температури пірометрами випромінювання необмежена.

31.Електричний заряд і його властивості.

Електростатика - це розділ фізики, що займається вивченням властивостей та взаємодією нерухомих зарядів. Усі тіла в природі складаються з атомів, в яких є позитивно заряджене ядро і негативно заряджені електрони. Якщо позитивний заряд ядра дорівнює сумарному негативному заряду електронів, то такий атом є електронейтральним. Якщо заряд ядра більший від сумарного заряду електронів, то такий атом має позитивний заряд, а якщо менший — то негативний. Потрібно відмітити, що поділ назв заряду на негативний і позитивний є умовним. Електричний заряд електрона домовились вважати негативним, відповідно до угоди вважати негативним заряд наелектризованого янтарю. Зарядженні атоми називаються іонами. Під час електризації (процесу збільшення або зменшення електронів у тілі) тертям або електризації через вплив (перерозподіл позитивного та негативного заряду в об’ємі тіла) порушується електрична нейтральність тіла і воно одержує відповідно негативний або позитивний заряд. Навколо заряджених тіл виникає електромагнітне поле, через яке здійснюється силова взаємодія. Тіла з різнойменними зарядами притягуються, а з однойменними — відштовхуються. Електричний заряд у формулах позначається буквою q. У міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею електричного заряду q є кулон (Кл). 1 Кл - це такий заряд, що проходить через поперечний переріз провідника за 1секунду за умови, що в провіднику існує постійний електричний струм силою в 1 ампер.

Неважко підрахувати, що 1Кл=6,29·1018 зарядів електрона (е≈-1,6·10-19Кл), щоб уявити цю кількість електронів. Припустимо, що тіло має негативний заряд в 1 Кл і з нього знімають по 1 млн. електронів за секунду. Щоб тіло стало електронейтральним, знімати їх доведеться 200 тис. років.

Числове значення модуля заряду електрона часто буває зручно використовувати при теоретичних розрахунках. Його називають елементарним зарядом та позначають буквою е, за сучасними даними │е│=1,6021892·10-19 Кл. Вперше, найбільш близьке до сучасного, числове значення елементарного заряду вдалось встановити Р. Міллікену. Крім того, Р. Міллікену в процесі проведення дослідів

зробити висновок, що всі заряди, які існують в природі, складаються з окремих дискретних зарядів, однакових за числовим значенням, яке рівне зарядові електрона. Цю властивість називають законом квантування електричного заряду. Відповідно до цього закону, заряд довільної незамкненої системи може змінюватися лише на ціле число кратне зарядові електрона.

2.Закон збереження заряду.

Система називається електроізольованою, якщо через поверхню, що її обмежує, не можуть проникати заряджені частинки. Повний електричний заряделектроізольованої системи є сталою величиною і дорівнює алгебраїчній сумі її позитивних та негативних зарядів.

Електричний заряд зберігається при всіх процесах і рухах носіїв заряду. Закон збереження заряду вказує на те, що позитивні й негативні заряди велектроізольованих системах можуть виникати або зникати парами.

32. Науково-методичний аналіз і методика формування понять електричне поле, напруженість

поля, потенціал, різниця потенціалів.

Фізика посідає важливе місце серед навчальних предметів основної школи, оскільки в процесі навчання фізики формується науковий світогляд учня, розвиваються його інтелектуальні та творчі здібності. Знання, отримані під час вивчення фізики, стають основою технічної грамотності людини, дозволяють використовувати результати фізичних досліджень і відкриттів для задоволення матеріальних та духовних потреб особистості.

Формування в учнів міцних знань з фізики вимагає пошуку нових та вдосконалення вже відомих методичних прийомів і засобів навчання, вдосконалення організації навчального процесу. В наш час головне завдання і проблема кожного вчителя - це залучення школярів до науки взагалі і фізики зокрема.

Актуальність обраної теми полягає в тому, що сучасна фізика вивчає величезну кількість різних процесів у природі. Не всі з них піддаються вивченню і поясненню з точки зору механізму процесу. Тим не менш наука йде вперед і загальні концепції існування природи відомі вже сьогодні. Якраз на цьому етапі перед вчителем і постала проблема створення таких методів пізнання, які б змогли пояснити непізнане і невідоме. У даній роботі мова піде про методику вивчення теми «Електричне поле» в 9-му класі шкільного курсу фізики.

Об'єктом дослідження є процес вивчення теми «Електричне поле» в шкільному курсі фізики в 9-му класі.

Предметом дослідження служать зміст, структура, методи і прийоми навчання при вивченні теми «Електричне поле» в шкільному курсі фізики.

Мета даної роботи : розглянути зміст, структуру й методику навчання електричного поля в школі; виявити особливості вивчення теми «Електричне поле» в школі; проаналізувати вікові особливості учнів; розкрити можливості вдосконалення навчання фізики; розробити рекомендації та методичні вказівки, щодо вивчення тем «Електричне поле».

Завдання : вивчити і проаналізувати наукову і навчальну літературу з теми «Електричне поле» в 9-му класі ; зібрати методичні рекомендації щодо вивчення даної теми; оцінити перспективи і подальший розвиток методики вивчення теми «Електричне поле» в шкільному курсі фізики.

Будь-яка педагогічна діяльність визначається метою. Тому вчитель фізики, готуючись до уроку, насамперед визначає, що він хоче досягти. На уроці учні повинні засвоювати новий матеріал: явища, закони, теорії, а також застосовувати їх в різних ситуаціях, в тому числі і виробничих. Із усвідомлення мети і повинна починатися підготовка вчителя фізики до уроку. Але цього не досить. Продумуючи структуру уроку, необхідно враховувати результати сучасних психолого-педагогічних досліджень, які показують, що в навчанні повинна переважати діяльність учнів. Вони повинні діяти з приладами, наочними посібниками, довідниками..

Сучасний урок – така форма взаємодії вчителя і учня, яка визначає характер їх спілкування, направленого на формування знань та вмінь учнів. Завдання вчителя – знайти прийоми, що забезпечують кожному учневі глибокі і міцні знання, які розкривають перед всіма дітьми шлях реалізації їх індивідуальних внутрішніх ресурсів і наступний вихід на творчі начала в діяльності кожного школяра. Тому під час вивчення цих питань особливо доцільні такі прийоми викладання, як пов’язування теорії з практикою, узагальнення даних спостереження й експерименту, моделювання процесів, а також проведення аналогії між явищами макросвіту і мікросвіту. На таких уроках значно більшою мірою використовуються абстракції, моделі явищ, узагальнення й передбачення. Практична значимість роботи полягає в розробці конспектів уроків для даної тами, що сприяють підвищенню ефективності вивчення електричного поля в старшій школі.

Рухаючи заряд електричне поле виконує роботу. Ця робота залежить від напруженості поля у різних точках і від переміщення заряду.

1.Робота з переміщення заряду по замкнутому контуру дорівнює нулю.

2.Робота з перенесення заряду в однорідному електричному полі не залежить від форми шляху. Вона визначається лише його початковою та кінцевою точкою.

3.Робота сил електричного поля під час переміщення в ньому заряду йде на зміну потенціальної

енергії поля. , – переміщення, – відстань між початковою та кінцевою точкою руху.

Потенціальна енергія в електростатичному полі пропорційна заряду, тому відношення Wp до q не залежить від вміщеного в поле заряду. Це дозволяє ввести нову кількісну характеристику поля -

потенціалвідношення потенціальної енергії до заряду:, (Вольт)

Потенціал - скалярна фізична величина, що є енергетичною характеристикою електричного поля і визначає потенціальну енергію заряду q в довільній точці електричного поля. Потенціал

потенціалу поля, створеного точковим зарядом Q, у точках на відстані r від цього заряду:

Щоб однозначно визначити потенціал у будь-якій точці, спочатку необхідно вибрати нульову точку. За таку точку обрана «нескінченність», тобто точка, віддалена на дуже велику

відстань: , якщо . Якщо Q > 0, то > 0, а якщо Q < 0, то < 0.

Потенціал у деякій точці може мати різні значення, пов’язані з вибором нульової точки, тому важливу роль тут відіграє не сам потенціал, а різниця потенціалів, що не залежить від вибору нульової точки.

Різниця потенціалів (напруга) – фізична величина, яка характеризує енергетичний стан поля і дорівнює відношенню роботи з переміщення заряду з однієї точки поля в іншу до величини цього

заряду..

Одиниця різниці потенціалів у системі СІ – вольт (В). 1 вольт – це така різниця потенціалів (напруга) між двома точками, при якій переміщення між двома точками позитивного заряду, рівному 1 Кл, супроводжується виконанням силами електричного поля над ним роботи 1 Дж. 1 В = 1 Дж / 1 Кл.

Фізичний зміст має лише різниця потенціалів між двома будь-якими точками поля, оскільки роботу з переміщення заряду можна визначити лише за умови задання початкової і кінцевої точки шляху.

33. Методика вивчення питання “ Закон Кулона”. Границі застосування закону.

Взаимодействие неподвижных (в данной инерциальной системе отсчёта) зарядов называется электростатическим. Оно наиболее просто для изучения. Раздел электродинамики, в котором изучается взаимодействие неподвижных зарядов, называется электростатикой. Основной закон электростатики — это закон Кулона. По внешнему виду закон Кулона удивительно похож на закон всемирного тяготения, который устанавливает характер гравитационного взаимодействия точечных масс. Закон Кулона является законом электростатического взаимодействия точечных зарядов. Точечный заряд — это заряженное тело, размеры которого много меньше других размеров, характерных для данной задачи. В частности, размеры точечных зарядов пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними. Точечный заряд — такая же идеализация, как материальная точка, точечная масса и т. д. Вводится она для того, чтобы можно было однозначно говорить о расстоянии между зарядами, не задумываясь о том, между какими именно точками заряженных тел это расстояние измеряется.

В обычных лабораторных опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов используется электрометр – прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси (рис. 1.1.1). Стержень со стрелкой изолирован от металлического корпуса. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра, электрические заряды одного знака распределяются по стержню и стрелке. Силы электрического отталкивания вызывают поворот стрелки на некоторый угол, по которому можно судить о заряде, переданном стержню электрометра.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

34. Методика вивчення питання “ Електрична ємність. Конденсатори”.

Часто на шкільних уроках фізики викладач, роз'яснюючи тему електрики, вдається до порівняння електричного струму з плином потоку води. У багатьох випадках, хоча не завжди, для спрощення розуміння процесів, що відбуваються таке порівняння цілком припустимо.

А що таке ємність? Це одна з характеристик предмета, його здатність вміщати що-небудь. Наприклад, всі знають, що ємність банки становить 3 літри.

Електрична ємність (Е.Е.) - Це здатність накопичувати і утримувати в собі певну кількість електрики. Будь-який матеріал, що проводить струм володіє певною Е.Є., що залежить від ряду параметрів. Процес накопичення заряду можливий у тому випадку, коли відсутня можливість його перетікання на інший об'єкт, що володіє більшою ємністю.

Електрична ємність може бути виражена через формулу, що враховує здатність накопичувати заряд (потенціал - v) і величиною самого заряду (q). Позначається буквою «c»: c = q / v

Електрична ємність вимірюється у Фарадах. Однак оскільки ця величина досить велика, в сучасних електронних схемах частіше застосовуються мікрофарад. Великі ємності використовуються тільки в специфічних пристроях і розрахунках. Відповідно, приставки «мікро рівна 1 * 10 в -6 .

Уявімо собі провідник, що знаходиться в непровідному середовищі струм, в якому відсутні зовнішні поля. Підключаємо його до джерела струму. Частина електронів потрапляє в структуру матеріалу, створюючи надлишковий потенціал, тобто, ці заряди за певних умов (створити контур) можуть виконати роботу. Вони розподіляються по поверхні з певною щільністю, яка залежить від просторової конфігурації провідника і його розмірів. Навколо кожного точкового заряду існує електричне поле, яке впливає на всі інші ділянки провідника. Потенціал такого відокремленого провідника знаходиться в прямій залежності від заряду. Ставлення даного заряду (q) до потенціалу (Fi) для розглянутого провідника незмінно, оскільки залежить лише від габаритів (розмір, форма) і коефіцієнта діелектричної проникності середовища. У прикладі не дарма вказаний саме відокремлений провідник. При наявності поруч з ним інших тіл, електричне поле одиничних зарядів буде індукувати в навколишніх тілах потенціал протилежного знаку, що впливає на підсумкове значення (воно буде менше).

Найпростіший елемент, який використовує властивості накопичувати електричний струм - це конденсатор. Він являє собою два провідники, розділених діелектричним матеріалом. Його особливість в тому, що генерується електричне поле виявляється «пов'язаним» між обкладинками (протилежні ділянки провідників) і практично не впливає на навколишні тіла, а, значить, потенціал на зовнішню роботу не витрачається.

Збільшити ємність можна кількома шляхами:

oзменшити проміжок між обкладинками. Нескінченне зменшення неможливо, так як може виникнути пробій не провідного середовища, що призведе до втрати заряда;

o підібрати непровідний матеріал з великим опором;

oзбільшити площу обкладок. З метою збереження прийнятних форм конденсатора часто змінюють просторове розташування обкладок. Наприклад, два провідника скручують в кільця, розділені ізолятором.

Електрична ємність конденсатора

Два провідника, які ізольовані один від одного і поміщені поблизу, утворюють конденсатор.

Провідники, що утворюють конденсатор, заряджають однаковими за величиною і різнойменними зарядами. Основна класифікація конденсаторів проводиться за типом діелектрика в конденсаторі. Тип діелектрика визначає основні електричні параметри конденсаторів: опір ізоляції, стабільність ємності, величину втрат та ін.

За видом діелектрика розрізняють:

∙Вакуумні конденсатори (обкладки без діелектрика знаходяться у вакуумі);

∙Конденсатори з газоподібним діелектриком;

∙Конденсатори з рідким діелектриком;

∙Конденсатори з твердим неорганічним діелектриком: скляні, слюдяні, керамічні, тонкошарові із неорганічних плівок

∙Конденсатори з твердим органічним діелектриком: паперові, металопаперові, плівкові, комбіновані

∙Електролітичні та оксидо-напівпровідникові конденсатори.

Крім того, конденсатори розрізняються за можливістю зміни своєї ємності:

∙Постійні конденсатори — основний клас конденсаторів, який має сталу ємність (окрім як зменшення з часом використання);

∙Змінні конденсатори — конденсатори, які дозволяють зміни ємності в процесі функціонування апаратури. Керування ємністю може відбуватися механічно, електричною напругою (варіконди) та температурою (термоконденсатори). Використовуються, наприклад, у радіоприймачах для налаштування частоти резонансного контуру.

∙Конденсатори підлаштування — конденсатори, ємність яких змінюється при разовому чи періодичному регулюванню і не змінюється в процесі функціонування апаратури. Їх використовують для підлаштування та вирівнювання початкових ємностей сполучених контурів, для періодичного підлаштування та регулювання ланцюгів схем, де потрібна незначна зміна ємності.

За формою обкладок конденсатори бувають: плоскі, циліндричні, сферичні, рулонні та інші (див. таблицю).

При послідовному з'єднанні конденсаторів заряди усіх конденсаторів однакові. Загальна ємність батареї послідовно з'єднаних конденсаторів дорівнює

Ця ємність завжди менша мінімальної ємності конденсатора, який входить в батарею. Але при послідовному з'єднанні зменшується загроза, оскільки на кожний конденсатор надходить лише частина різниці потенціалів джерела напруги.

Ще розрізняють поняття, як питома ємність, для характеристики конденсаторів.

Конденсатори також характеризуються питомою ємністю — відношення ємності до об'єму (або маси) конденсатор.

Використання конденсаторів

Конденсаторам знаходиться використання практично у всіх галузях електротехніки.

Конденсатори використовуються як фільтри при перетворенні змінного струму на постійний.

При з'єднанні конденсатора з котушкою індуктивності утворюється коливальний контур, який використовується у пристроях прийому-передачі.

За допомогою конденсаторів можна отримувати імпульси великої потужності, наприклад, у фотоспалахах.

Оскільки конденсатор здатний довгий час зберігати заряд, то його можна використовувати в якості елемента пам'яті. Цей принцип використовує динамічна оперативна пам'ять.

35. Фотоелектричний ефект і його закони. Рівняння фотоефекту

У 1900 р. німецький фізик Макс Планк, пояснюючи розподіл енергії теплового випромінювання,

висунув гіпотезу, що енергія випромінюється не безперервно, а певними дискретними порціями — квантами. Він вважав, що енергія такого кванта пропорційна частоті випромінювання (є ~ v). Завдяки такому припущенню М. Планк отримав формулу розподілу енергії теплового випромінювання, яка узгоджувалася з експериментальними даними в усьому інтервалі температур — від низьких до високих.

Увівши коефіцієнт пропорційності h, названий сталою Планка, можна обчислити квант енергії:

Стала Планка — це фундаментальна фізична константа, що дорівнює

h = 6,626176 · 10-34Дж · с.

Гіпотеза М.Планка: теплове випромінювання здійснюється певними мінімальними порціями енергії

— квантами. Квант енергії пропорційний частоті випромінювання: є = hv, де h — константа (стала Планка); v — частота випромінювання

Так на межі XIX і XX ст. зародилася сучасна фізика, яка поглибила розуміння суті фізичного світу й усунула протиріччя, що існували в класичній фізиці. Сучасну фізику інколи називають квантовою, підкреслюючи тим самим дискретний характер опису фізичних взаємодій і руху мікрочастинок.

ФОТОЕФЕКТ. РІВНЯННЯ ФОТОЕФЕКТУ

У1887 році Г. Герц спостерігав явище, яке згодом стало поштовхом у розвитку квантових уявлень про природу світла. Під час опромінення ультрафіолетовим світлом негативно зарядженої пластинки відбувався сильніший електричний розряд, ніж за відсутності такого опромінення. Як з'ясувалося пізніше, це було проявом явища фотоефекту — виходу електронів з тіла в інше середовище або вакуум під дією електромагнітного випромінювання. Цей вид фотоефекту називають зовнішнім, або фотоелектронною емісією.

Фотоефект є результатом трьох послідовних процесів: поглинання фотона, внаслідок чого енергія одного електрона стає більшою за середню; руху цього електрона до поверхні тіла; виходу його за межі тіла в інше середовище через поверхню поділу.

У1888—1889 р. це явище докладно вивчав російський учений О. Г. Столєтов (1839— 1896). Він виготовив конденсатор, одна з обкладок якого С була сітчастою, й увімкнув його в електричне коло з гальванометром (мал. 6.1).

2)для кожної речовини залежно від її температури і стану поверхні існує мінімальна частота світла VQ, за якої ще можливий зовнішній фотоефект;

3)максимальна кінетична енергія фотоелектронів залежить від частоти опромінення і не залежить від його інтенсивності.

При поясненні цих висновків на основі хвильової теорії виникли протиріччя між її положеннями й одержаними результатами. Це змусило вчених шукати інше тлумачення механізму поглинання світлового випромінювання. З цією метою А. Ейнштейн застосував квантові уявлення про природу світла і на їх основі вивів рівняння фотоефекту.

Як відомо, для того щоб електрон покинув тверде тіло або рідину, він має виконати роботу виходу A0, тобто подолати енергетичний бар'єр взаємодії з атомами і молекулами, які утримують його всередині тіла. За квантовою теорією поглинання світла, це передавання фотоном усієї своєї енергії мікрочастинкам речовини. Отже, фотоефект може відбутися лише за умови, що фотон має енергію більшу за роботу виходу (hv > A0); якщо ж hv < А0, ТО фотоефект неможливий. Якщо енергія фотона, передана електрону внаслідок поглинання світла, більша за роботу виходу, то електрон