План-конспекты занятий по физике дополнительного

УТВЕРЖДАЮ:
_______________
Д.Е. Капуткин
Председатель Учебно-методической
комиссии по реализации Соглашения
с Департаментом образования
гор. Москвы
"____" ___________ 2013г
План-конспекты занятий по физике
дополнительного образования учащихся 11 класса
по образовательному модулю
"ФИЗИКА"
(в рамках Реализация механизмов развития и эффективного использования
потенциалов вузов в интересах города Москвы)
МИСиС - 2013
Занятие № 1
Тема занятия: Специальная теория относительности (СТО)
Задача и цели урока: ознакомить учащихся с классическими понятиями
пространства и времени и экспериментальными основами СТО;
раскрыть физический и философский смысл постулатов Эйнштейна, а
также сущность и свойства релятивистского понятия пространства и
времени;
познакомить учащихся с современными представлениями понятия
пространства и времени, способствовать выработке у них диалектикоматериалистического мировоззрения.
Основные знания и умения: знать постулаты Эйнштейна;
уметь выводить основные формулы СТО;
уметь применять полученные знания для решения задач СТО.
Оборудование урока: методические разработки преподавателя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала.
Физика в системе естественных наук. Общая структура и задачи дисциплины
«Физика». Физические величины, их измерение и оценка погрешностей. Системы единиц
физических величин в электромагнетизме. Вектора.
II. Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала.
Релятивистская механика.
Принцип
относительности
и
преобразования
Галилея.
Постулаты
специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Относительность
одновременности и преобразования Лоренца. Парадоксы релятивистской
кинематики: сокращение длины и замедление времени в движущихся
системах отсчета. Понятие релятивистского интервала. Релятивистский
импульс. Взаимосвязь массы и энергии в СТО. Преобразование скоростей в
релятивистской
кинематике.
Релятивистская энергия.
Сохранение
релятивистского
импульса.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
V. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 2
Тема занятия: Специальная теория относительности и
электромагнетизм
Задача и цели урока: Выявить связь между электрическими и
магнитными явлениями;
показать, что магнитное взаимодействие как релятивистский эффект;
провести контроль знаний учащихся.
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала.
Перечислить основные результаты релятивистской механики.
II.Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала
Магнитное взаимодействие как релятивистский эффект. Неинвариантность
электромагнитных явлений относительно преобразований Галилея.
При изучении свойств электрических и магнитных полей может сложиться
ошибочное впечатление, что это совсем не связанные друг с другом
объективные реальности.
Однако уже максвелловская теория электродинамики устанавливает
глубокую внутреннюю связь между ними: всякое изменение магнитного поля
сопровождается появлением в пространстве вихревого электрического, а
переменное электрическое поле является источником магнитного.
Связь магнитного и электрического полей проявляется не только при их
изменении во времени. Одно поле переходит в другое при движении полей
относительно наблюдателя.
Заряд, неподвижный в лабораторной системе отсчета, создает в
пространстве
электростатическое
рассматриваться
движущимся
поле.
Но
тот
наблюдателем
же
как
заряд
может
элементарный
электрический ток. Это означает, что в движущейся системе отсчета этот же
заряд будет создавать магнитное поле.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
IV. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 3
Тема занятия: Магнитное поле.
Задача и цели урока: обобщить знания о магнитном поле;
совершенствовать умения
объяснять магнитные явления; провести
контроль знаний учащихся;
продолжить формирование умений наблюдать, обобщать, синтезировать
изученное.
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала Электрический ток. Принцип
суперпозиции
II.Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала
Магнитостатика.
Магнитное
взаимодействие
постоянных
токов.
Вектор
магнитной
индукции. Системы единиц для магнитных взаимодействий. Магнитное поле
движущегося заряда. Принцип суперпозиции для магнитных полей.
Магнитное поле токов. Векторное произведение. Правило буравчика для
определения направления магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа.
Поток и циркуляция магнитного поля. Теорема о циркуляции (закон полного
тока). Примеры вычисления магнитного поля.
IV. Решение вычислительных и качественных задач.
Задача 1. По бесконечно длинному прямолинейному тонкому проводу
FKD течет ток (рис. б). В некоторой точке С индукция магнитного поля,
создаваемого этим током, равна В. Как изменится магнитная индукция в
точке С, если провод с этим током займет положение AKD1?
Решение. Каждый из полу бесконечных участков AК и КD создает в точке
С поле с индукцией В/2, направленное туда же, что и поле от всего
проводника АD (перпендикулярно плоскости чертежа, за плоскость чертежа).
Поле от полу бесконечного участка КD1, в точке С равно нулю, т.к. точка С
находится на продолжении участка КD1. Следовательно, поле в точке С от
участка AКD1 такое же как и поле от участка АК, т.е. после изгиба провода
вектор магнитной индукции поля в точке С своего направления не изменит,
но его модуль уменьшится в два раза и стане равен В/2.
Задача 2. На железный стержень намотана катушка и подключена к
источнику тока (рис.7). Определять расположение полюсов у такого магнита.
Решение. Ток по виткам катушки идет по часовой стрелке, если смотреть
вдоль стержня справа. По правилу буравчика поле внутри катушки
направлено влево. Северный полюс электромагнита расположен слева, а
южный — справа.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
IV. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 4
Тема занятия: Магнитные свойства вещества
Задача и цели урока: объяснить намагничивание на основе гипотезы
Ампера, природу ферромагнетизма;
провести контроль знаний учащихся.
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала: Электрическое поле E и
вектор электрического смещения D. Вектор электрического диполя р.
Электрическое поле в веществе.
II. Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала.
Магнитное поле в веществе.
Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока.
Намагничение магнетиков.
Вектор намагниченности и
его
связь с
плотностью молекулярных токов. Магнитная восприимчивость и магнитная
проницаемость.
Напряженность
магнитного
поля.
Классификация
магнетиков. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Объемная
плотность энергии магнитного поля в веществе.
IV. Решение вычислительных и качественных задач.
1. В поддоне двигателя трактора имеется спусковое отверстие для слива
масла. В отверстие завинчивается намагниченная пробка Зачем используется
намагниченная пробка?
2. В силу каких причин железнодорожные рельсы проявляют магнитные
свойства ? Как зависят эти свойства от направления расположения рельсов?
3. Морские магнитные мины устанавливаются в воде и приводятся в
действие, когда над ними проходят корабли со стальным корпусом. Для
обезвреживания таких мин над заминированным участком моря пролетает
самолет , несущий виток с большим током . Объясните , на чем основан
такой способ разминирования.
4. У двухлетнего мальчика в легких оказался стальной шуруп. Пользуясь
бронхоскопом – прибором для просматривания бронхов, врач удалил шуруп
бесскальпельным способом. Как он это сделал?
5. Как и почему изменяются показания вольтметра, если к нему поднести
магнит?
6. Почему магнитное поле катушки с током намного сильнее, чем поле
одного ее витка?
7.Разведчик обнаружил двухпроводную линию постоянного тока. Как при
помощи вольтметра постоянного тока и магнитной стрелки он определил, на
каком конце линии находится электростанция?
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
V. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 5
Тема занятия: Закон Ампера. Сила Лоренца. Вывод закона Ампера из
силы Лоренца.
Задача и цели урока: Определение механизмов взаимодействия токов с
магнитным полем. Провести контроль знаний учащихся
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала
Магнитное поле токов. Определение направления магнитного поля от
токов.
II. Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового
Магнитное
взаимодействие
постоянных
токов.
Вектор
магнитной
индукции. Закон Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Вывод закона
Ампера из формулы Лоренца.
IV. Решение вычислительных и качественных задач.
Задача 1. В однородном магнитном поле с индукцией В = 0,02 Тл
расположено проволочное полукольцо длиной L = 3 см, по которому течет
ток I == 0,1 A. Магнитное поле направлено перпендикулярна плоскости
полукольца. Найти силу, действующую на полукольцо со стороны
магнитного поля.
Задача 2. Участок проводника с током находится в постоянном магнитном
поле. Во сколько раз увеличится действующая на этот участок сила со
стороны магнитного поля, если мощность тока на участке проводника
увеличить в 4 раза?
Задача 3. Определить силу, действующую на участок прямого проводника
длиной 20 см с током 50 А. Проводник находится в однородном магнитном
поле с индукцией 1,26•10-3 Тл. Угол между проводником и вектором
индукции равен 300.
Задача 4. В однородном магнитном поле с индукцией В = 0,5 Тл
расположенно проволочное кольцо радиуса R = 0,5 м, по которому течет ток
7 = 1 А (рис. 20). Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости
кольца. Найти силу натяжения проволоки.
Задача 5. В однородном магнитном поле с.магнитной индукцией В
частице с массой т и зарядом q (q > 0) сообщают скорость v, направленную
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определить траекторию
движения частицы в магнитном поле.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
V. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 6
Тема занятия: Движение зарядов в электрических и магнитных полях
Задача и цели урока: Разбор поведения заряженных частиц в
электрических и магнитных полях. Рассмотреть применения сил Лоренца
Провести контроль знаний учащихся
Оборудование урока: методические разработки учителя. Лабораторная
работа «Эффект Холла»
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала
II.Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала
Силы, действующие на заряженную частицу в электромагнитном поле.
Сила Лоренца.
Движение заряженной частицы в однородном постоянном электрическом
поле.
Движение заряженной частицы в однородном постоянном магнитном поле.
Практические применения силы Лоренца. Эффект Холла.
Сила Лоренца. Применение сил Лоренца. Циклический ускоритель.
Свойства силы Лоренца
Применение сил Лоренца в различных устройствах: эффект Холла,
бетатрон, масс-спектрометр, магнитные ловушки.
Проведение экспериментальных исследований по эффекту Холла.
IV. Решение вычислительных и качественных задач.
Задача 1. Электрон со скоростью V == 109 см/с влетает в область
однородного магнитного поля с индукцией В = 10-3 Тл. Направление
скорости перпендикулярно линиям индукции поля, Определить
максимальную глубину h проникновения электрона в область магнитного
поля. Угол падения α = 30o. Отношение заряда электрона к его массе γ =
1,76•1011 Кл/кг.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
V. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 7
Тема занятия: Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца
Задача и цели урока: Изучить закон электромагнитной индукции.
Провести контроль знаний учащихся
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала
Электродвижущая сила. Закон Ома
II.Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала
Электромагнитная индукция
Феноменология электромагнитной индукции. Правило Ленца. Уравнение
электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность соленоида.
Включение и отключение катушки от источника постоянной ЭДС. Энергия
магнитного поля.
Физика электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле.
Релятивистская природа электромагнитной индукции.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
V. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 8
Тема занятия: Электромагнитная индукция. Решение задач
Задача и цели урока: Научится решать задачи по электромагнитной
индукции. Понять правило Ленца как закон сохранения энергии. Провести
контроль знаний учащихся
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала
Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Индуктивность.
II. Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющих теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала
Электромагнитной
индукции.
Правило
Ленца.
ЭДС
индукции
в
движущихся проводниках. Индукционные токи в массивных проводниках.
Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Вывод уравнения
электромагнитной индукции с помощью сил Лоренца.
Причиной появления ЭДС. индукции в движущихся в постоянном
магнитном поле проводниках является сила Лоренца, играющая роль
сторонних сил. Направление действия ЭДС. индукции в движущемся
проводнике совпадает с возможным направлением движения в нем
положительных зарядов под действием силы Лоренца.
Если контур покоится в переменном магнитном поле, то изменяющееся во
времени магнитное поле приводит к появлению в пространстве вихревого
электрического поля, причем независимо от наличия проводящего контура.
Это вихревое электрическое поле действует на заряды, способные
перемещаться внутри проводника, и заставляет их двигаться вдоль
проводника, создавая ток.
IV. Решение вычислительных и качественных задач.
Задача 1. Северный полюс магнита удаляется от проводящего кольца.
Определить направление индукционного тока в кольце. Куда направлена
сила, действующая на кольцо?
Задача 2. Катушка сопротивлением R = 40 Ом и индуктивностью L = 0,01
Гн замкнута накоротко и находится во внешнем магнитном поле. Начиная с
определенного момента внешнее поле начинает меняться, и за некоторое
время магнитный поток внешнего поля через катушку возрос на 0,002 Вб, а
ток достиг значения 0,08 А. Какой заряд прошел за это время по катушке?
Задача
3.
Магнитное
поле
создается
протекающим
по
катушке
постоянным током. Магнитный поток этого поля через катушку Ф = 0,1 Вб,
индуктивность катушки L = 0,01 Гн. Чему равна энергия магнитного поля
катушки?
Задача 4. Плоский проволочный виток площадью S = 103 см2 расположен
так, что его плоскость перпендикулярна силовым линиям однородного
магнитного поля с индукцией B = 0,1 Тл. Виток замкнут на гальванометр.
Какой заряд пройдет через гальванометр, если виток повернуть так, чтобы
его плоскость стала параллельна силовым линиям поля? Сопротивление цепи
из витка и гальванометра R = 10 Ом. Как зависит ответ от скорости
поворота?
Задача 5. Проводящий стержень МN длиной l расположен параллельно
диагонали ВD' куба (рис. 23). Стержень движется поступательно с
постоянной скоростью
V
вдоль ребра АВ в постоянном однородном
магнитном поле с индукцией В, направленной вдоль ребра В'В. Найти э.д.с,
индукции в стержне.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
IV. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 9
Тема занятия: Гармонические колебания
Задача и цели урока: Знакомство с процессами, повторяющимися во
времени. Несмотря на то, что колебания могут иметь различную физическую
природу, они часто подчиняются одним и тем же закономерностям,
описываются одинаковыми математическими формулами и уравнениями.
Провести контроль знаний учащихся
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала
Законы Ньютона. Емкость. Индуктивность.
II. Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Объяснение нового материала
1.1. Гармонические колебания.
Идеальный
гармонический
осциллятор.
Уравнение
идеального
осциллятора и его решение. Амплитуда, частота и фаза колебания. Примеры
колебательных движений различной физической природы. Свободные
затухающие колебания осциллятора с потерями. Вынужденные колебания.
Сложение колебаний (биения, фигуры Лиссажу). Разложение и синтез
колебаний, понятие о спектре колебаний. Связанные колебания.
Комплексная форма представления гармонических колебаний. Векторное
описание сложения колебаний. Нормальные моды связанных осцилляторов.
Время установления вынужденных колебаний и его связь с добротностью
осциллятора.
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
IV. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Занятие № 10
Тема занятия: Примеры колебательных процессов. Методы решения
задач.
Задача и цели урока: Научиться применять уравнения описывающие
колебательные движения. Провести контроль знаний учащихся
Оборудование урока: методические разработки учителя.
Ход занятия.
I. Повторение ранее изученного материала
Уравнения гармонических колебаний и их решения.
II. Совершенствование знаний и умений.
Решение задач разъясняющий теоретический материал занятий.
III. Решение вычислительных и качественных задач.
Задача 1. На гладком горизонтальном столе груз массой т совершает
колебания вдоль оси х на легкой пружине жесткости k (рис. 12),
прикрепленной концом к грузу, а другим к стене. Показать, что свободные
колебания такого пружинного маятника гармонические и найти их период.
Задача 2. Показать, что при действии на груз из предыдущего примера
постоянной силы F0, направленной вдоль оси х, колебания остаются
гармоническими с прежним периодом, но около нового, положения
равновесия, смещенного относительно прежнего на х0 = F0/k в сторону
действия силы F0 (F0 = |F0|).
Задача 3. На легкой пружине жесткости k подвешен груз массой т.
Показать, что вертикальные собственные колебания такого пружинного
маятника гармонические и найти их период.
Задача 4. Показать, что в однородном поле тяжести малые колебания
вертикальной плоскости математического маятника длиной l являются
гармоническими и найти их период.
Задача 5. Дан колебательный контур без затухания (сопротивление равно
нулю) с постоянными емкостью С и индуктивностью L. Показать, что
свободные электрические колебания в контуре гармонические, и найти их
период.
Задача 6. Батарею с постоянной э.д.с. ξ0 подключили к катушке с
индуктивностью L и конденсатору с емкостью С через ключ К. В начальный
момент времени ключ К разомкнут и конденсатор заряжен до напряжений 3ξ
(рис. 17). Показать, что колебания тока в таком контуре гармонические и
найти их период. Построить график зависимости тока от времени.
Омическими сопротивлениями в схеме пренебречь.
Задача 7. Последовательно с катушкой индуктивности L и конденсатором
С через ключ К подключили батарею с постоянной э.д.с. ξ0 (рис. 19). В
начальный
момент
времени
конденсатор
не
заряжен.
Определить
максимальную величину тока в цепи после замыкания ключа К. Омическим
сопротивлением в цепи пренебречь
При подготовке к уроку была использована следующая литература:
1. Мякишев Г.Я. , Физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения
физики/14-е издание- М.: Дрофа, 2012
2. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Лансберга в 3-х
томах. 2006
3. Фейнман, Лейтон, Сэндс. Фенйнмановские лекции по физике. В 9 томах.
4. Орир Дж. Физика. 2000
IV. Домашнее задание.
Раздача текста занятия, контрольных вопросов к нему и задач.
Преподаватели, проводящие занятия
№
1
ФИО
Данные
Валянский
К.ф.-м.н., доцент кафедры физики НИТУ
Сергей Иванович «МИСиС»