Сторінка
8

Методика вивчення законів збереження в шкільному курсі фізики

в) відносно футболіста 2, що веде м’яч по полю.

Розв’язок:

а) записуємо вираз для імпульсу м’яча відносно Землі:

б) запишемо вираз для імпульса м’яча відносно футболіста, що біжить до м’яча відносно Землі:

в) записуємо вираз для імпульса м’яча відносно футболіста, що веде м’яч по полю:

Щоб показати справедливість закону збереження в будь-якій інерціальній системі відліку, запишемо закон збереження для двох взаємодіючих візків відносно двох інерціальних системах відліку. Проведемо образний дослід. На платформі, яка рухається рівномірно і прямолінійно, перебуває у стані спокою візок масою

В напрямку зворотньому до руху платформи рухається візок масою , зі швидкістю відносно платформи. Швидкість візків після зіткнення відносно платформи - . Проведений аналіз образного досліду дозволяє зробити висновок: якщо збереження імпульсу виконується при русі відносно однієї системи відліку, що рухається відносно будь-якої іншої системи відліку, що рухається відносно першої прямолінійно і рівномірно, тобто закон збереження імпульсу виконується в будь-якій інерціальній системі відліку.

У 10 класі при вивченні релятивістської механіки вказуюють, що при релятивістських швидкостях сума релятивістських імпульсів, що створюють замкнену систему, залишається постійною при будь-яких взаємодіях між тілами, тільки імпульс залежить від швидкості таким чином:

Корисно було б розглянути границі використання закону збереження закону імпульсу:

Використовується лише в інерціальних системах відліку;

Справджується в замкнутих системах;

Не тільки для малих швидкостей(v˂˂c), але й в релятивістський механіці при v

Використовується у макро -, мікро -, та мегасвіті.

Використовується і для незамкнутих систем при співударі тіл, коли

6) Центр масс замкнутої системи не рухається або рухається прямолінійно і рівномірно.

Закон збереження електричного заряду

Не всі явища в природі можна зрозуміти і пояснити на основі використання понять і законів механіки, молекулярно-кінетичної теорії будови речовини та термодинаміки. Досить звернути увагу на той факт, що ні механіка, ні молекулярно-кінетична теорія, ні термодинаміка нічого не говорять про природу сил, які пов'язують окремі атоми в молекули, утримують атоми і молекули речовини в твердому стані на певних відстанях один від одного. Закони взаємодії атомів і молекул вдається зрозуміти і пояснити на основі уявлення про те, що в природі існують електричні заряди.

Найпростіше і повсякденне явище, в якому виявляється факт існування в природі електричних зарядів, - це електризація тіл при зіткненні, цей факт дозволяє учням проявити самостійність у вивчення даної теми.

Розділ «Електродинаміка» - один з найбільш складних розділів шкільного курсу, де вивчають електричні, магнітні явища, електромагнітні коливання і хвилі, питання хвильової оптики і елементи спеціальної теорії відносності. Поняття «електричний заряд», так само як і поняттям «електромагнітне поле», учні опановують поступово по мірі вивчення матеріалу електродинаміки. Школярам повідомляють, що заряд - кількісна міра здатності тіл до електромагнітних взаємодій. При цьому слід звернути їхню увагу на те, що термін «електричний заряд» вживають у різних випадках: як термін, рівнозначний виразами «заряджена частка», «заряджене тіло»; як властивість тіл або часток; як фізична величина.

Учні до 9 класу вже знаю про фундаментальну властивість - про існування зарядів двох видів, причому заряди одного знаку відштовхуються, заряди різних знаків притягуються один до одного. Дуже важливо роз'яснити, що електричний заряд не тотожний речовині. Заряд завжди пов'язаний з матеріальним носієм-тілом або часткою. Електричний заряд - невід'ємна властивість деяких елементарних частинок. Не існує заряду без матеріального носія, хоча нейтральні елементарні частинки є (нейтрон та ін.)Аналіз досліду Іоффе - Міллікена показує, що електричний заряд дискретний, він може приймати строго визначені значення. Школярі повинні знати: вся сучасна фізика приводить до висновку про існування атома електрики-елементарного заряду. Є багато доказів дискретності заряду. Зараз їх знайомлять з одним із них, і далі вони дізнаються: закони електролізу, дослідження елементарних часток. Учні обов'язково повинні знати округлені: значення елементарного заряду і маси спокою електрона:

= 1,6 * Кл,

= 9,1 * кг.

Центральне місце в розділі «Електродинаміка» при вивченні елек-тричних зарядів займає закон збереження електричного заряду, який підтверджується усіма без винятку спостереженнями, що проводилися до сих пір. Він формулюється так в замкнутій системі, в яку не входять ззовні електричні заряди і з якої не виходять заряди, при будь-яких взаємодіях тіл алгебраїчна сума електричних зарядів усіх тіл залишається постійною:

Школярам дають можливість доказу справедливості закону збереження заряду: одночасна поява протилежних за знаком, але рівних за модулем зарядів при контактній електризації тіл. Пізніше вони дізнаються про появу двох протилежно заряджених частинок в процесі народження електронно-позитронної пари, а також перетворення електронно-позитронної пари в фотони, що також є доказом цього закону. Можна розповісти ще, що будь-які процеси електризації тіл (через вплив, хімічна електризація в гальванічному елементі, фотоіонізація та ін.) зводяться по суті до поділу рівних по модулю зарядів з протилежними знаками. Але не менш важливо усвідомити ще одну властивість заряду - його інваріантність, тобто незалежність модуля заряду від швидкості руху зарядженої частинки, а значить, і від системи відліку

Основні знання, які повинні придбати школярі про взаємодію зарядів, зводяться до наступного: для нерухомих заряджених тіл взаємодія носить кулонівський характер. У разі рухомих зарядів сила електромагнітної взаємодії суттєво залежить від модуля і напрямку швидкості. Відповідно електромагнітне взаємодію як би складається з двох компонент: електричної та магнітної. Лише в окремих випадках (у деяких системах відліку) електромагнітне взаємодія носить тільки електричний або тільки магнітний характер. Але оскільки швидкість тіла залежить від системи відліку, то характер його взаємодії визначається системою відліку. Принципово важливо весь час підкреслювати школярам - взаємодія між зарядженими тілами (частками) здійснюється через поле. Заряджені тіла (частки) безпосередньо один з одним не взаємодіють.