6 ) Энергия электростатического поля.

а).Энергия системы точечных неподвижных зарядов. . –первое начало термодинамики. –т.к. без теплообмена. , , , .

Можем сформировать то же самое поле системы 2-х точечных электрических зарядов иначе, полагая что +q2 находится в т.2, а 1-го заряда еще нет. Пусть первый заряд находится на ∞, мы будем перемещать его из ∞ в т. 1. Тогда мы получим ту же самую систему с той же самой энергией , . Можно сказать , , . Добавим системе 3 точечный заряд

. Если много зарядов, то .(*)

Вывод: энергия электростатического поля, состоящего из N зарядов, выражается формулой (*), где φ_i–потенциал, где находится данный i-ый заряд, создаваемый в этой точке всеми остальными зарядами, кроме данного i-го.

б) Энергия заряженного проводника: .

в) Энергия заряженного конденсатора: – для плоского конденсатора.

7) ЭП при наличии проводников. Рассмотрим проводник. Поверхностная плотность в разных местах будут различными. Исходя из теоремы Остроградского-Гаусса можно сказать, что напряженность ЭП в любой точке внутри проводника равна нулю. Исходя из соотношения между вектором E и вектором градиента ( ), можно сказать, что φ внутри заряженного проводника постоянна. Для дальнейших соображении важно что φ в любой точке одинаков, значит поверхность в любой точке проводника является эквипотенциальной. Значит линии напряженности входящие или выходящие вблизи поверхности идут перпендикулярно поверхности, т.к. семейство линии напряженности перпендикулярно к этой поверхности. , –определение. , , .(*) Из приведенного рассмотрения вытекает следующие выводы: 1.Вне проводника: а) поверхность проводника является эквипотенциальной; б) вблизи поверхности линии напряженности и вектор напряженности перпендикулярно поверхности; в) вблизи поверхности соответствует (*).

2.Внутри проводника: а) ; б) ( ). Предположим, что заряженный проводник имеет «-» заряд. Это значит, что он имеет некоторое избыточное число электронов. Они взаимодействуя по закону Кулона и имея «-» заряд, отталкиваются и стремятся разойтись как можно дальше. Т.к. рассматриваем проводник, т.е. обладают высокой проводимостью, т.е. электроны легко перемещаются, то в результате отталкивания расходятся друг от друга и оказываются в тончайшем слое проводника, причем большее скопление вблизи острия. Поэтому поверхностная плотность оказывается различной: на вогнутой мала, на выпуклой – побольше, вблизи заострении– очень большая: . Напряженность ЭП вблизи острия тоже большая.

8) Раскрыть методику изучения одного из элементов знания. Электромагнитное поле.

Формирование понятия электромагнитного поля в курсе физики средней школы начинают в базовом курсе, а завершают в старших классах профильной школы. В базовом курсе при введении элементарных сведений об электромагнитных явлениях, дают первоначальные представления об электрическом и магнитном полях, в старших классах - проводят количественное изучение электромагнитных явлений, рассматривают частные случаи электромагнитного поля, их свойства и характеристики, вводят понятие электромагнитного поля; при изучении электромагнитных волн вводят понятие свободного электромагнитного поля, знания об электромагнитном поле расширяют и обобщают при изучении волновой оптики и квантовой физики.

Обычно понятие электрического поля вводят при изучении электростатических явлений и связывают с покоящимися заряда-ми, а понятие магнитного поля вводят при изучении постоянного тока и связывают с током или движущимися зарядами. Понятие электромагнитного поля можно вводить в различных местах раздела «Электродинамика»: при изучении магнитного поля движущегося заряда, при изучении электромагнитных колебаний и волн. Программа общеобразовательной средней школы рекомендует ввести это понятие при изучении явления электромагнитной индукции.

Наиболее целесообразно вводить понятие электромагнитного поля в начале изучения раздела «Электродинамика».Начать изучение учебного материала целесообразно с развернутого введения в электродинамику, где на основе уже имеющихся у школьников знаний вводят первоначальные представления об электромагнитном поле. Дальнейшее изучение электромагнитных явлений углубляет и расширяет знания об электромагнитном поле. Обычно можно предъявить такие замечания по содержанию и возможную методику изучения материала введения в электродинамику, где вводят понятие электромагнитного поля. После повторения и обобщения основных сведений об электромагнитных явлениях, полученных учащимися в базовом курсе физики, выясняют особенности электродинамики, сравнивают ньютоновскую механику и электродинамику. Школьникам напоминают, что в механике они изучали силы тяготения, упругости и трения, которые зависят или от расстояния между взаимодействующими телами, или от их относительных скоростей. Затем предлагают пронаблюдать опыт по взаимодействию параллельных токов. Это типичный пример электромагнитного взаимодействия. Ребята наблюдают взаимодействие проводников, но не могут объяснить причину возникновения силы притяжения или отталкивания, так как расстояние d между проводниками и относительная скорость электронов в проводниках не изменяются. Значит, возникли силы, которых в механике не было, это силы электромагнитного взаимодействия. В этом случае говорят, что вокруг каждого из проводников возникло магнитное поле. Магнитное поле одного проводника действует на другой проводник с током с некоторой силой. Правомерно говорить и наоборот: магнитное поле второго проводника действует на первый.

Затем излагают вопрос о передаче взаимодействий. Ньютоновская механика опирается на принцип дальнодействия (взаимодействия передаются мгновенно на сколь угодно большие расстояния). По существу, учащиеся это знают, но данную сторону вопроса теперь следует подчеркнуть и оттенить. Отличительная особенность электродинамики - необходимость трактовки электромагнитных явлений с позиций другой концепции (концепции близкодействия), согласно которой взаимодействия между зарядами (токами, магнитами) передаются с конечной скоростью.

Далее школьникам сообщают, что конечность скорости передачи взаимодействий приводит к тому, что если заряд из точки А переместится в некоторую точку А'', то изменение силы, действующей на заряд в точке В, произойдет не мгновенно, а спустя некоторое время. Поскольку взаимодействие между электрическими зарядами распространяется с конечной скоростью (и в среде, и в пустоте), то имеет место какой-то процесс, распространение которого происходит с конечной скоростью. Тогда должен быть и какой-то материальный объект, с которым этот процесс происходит, так как нельзя представить себе процесс, который бы осуществлялся при отсутствии чего бы то ни было реально существующего. Все это можно объяснить, только введя понятие об электромагнитном поле. Реальность электромагнитного поля подтверждается и иллюстрируется хорошо известными учащимся фактами: распространением электромагнитных волн (радиосвязь, телевидение). Эффектны примеры с радиолокацией Луны, с управлением луноходом и др.

Знания учащихся об электрическом и магнитном полях, а также рассмотрение этих полей в различных системах отсчета дают возможность сделать вывод: существует единое электромагнитное поле, частные проявления которого - электрическое и магнитное. Школьникам сообщают, что задача электродинамики - выяснить свойства и закономерности поведения электромагнитного поля.

Понятие электромагнитного поля конкретизируют при выяснении свойств и особенностей различных видов полей: электростатического, стационарного и др.

9) Дидактика. –это область педагогики, исследующая закономерности обучения ( от греч. «обучающий»). Задача дидактики– приобщение всех достижении. Д. отвечает на 3 вопроса: -зачем учить(цели образования); –чему учить(содержание); – как учить(методы, формы). Дидактикой занимались Каменский, Ушинский, Оконь и др.

При введении этого понятия поступают так как и при введении понятия "молекула". Для этого показывают, что электрический заряд делим, то есть существует наименьшая заряженная частица. Этот опыт воспроизводится учащимися, но далее детализировать данные опыта нет необходимости. Поэтому далее учитель подчеркивает, что с помощью очень точных экспериментов такая частица была обнаружена и назвали ее электрон.