Елементи електромагнітної теорії Максвелла в шкільному курсі фізики

Міністерство освіти і науки України

Полтавський державний педагогічний університет ім. В. Г. Короленка

Кафедра загальної фізики

Елементи електромагнітної теорії Максвелла в шкільному курсі фізики

Курсова робота

студента фізико-математичного

факультету  гр.Ф-41

Геращенка Дмитра Миколайовича

Науковий керівник:

доцент Куликовський Сергій Гнатович

Полтава 2004

План

1.  Вступ.........................................................................................................…...........2

2.  Формування поняття електричного заряду.................................….....................3

3.  Електростатичне поле у шкільному курсі. Його потенціальний характер, енергія...........................................................................................................….......6

4.  Магнітне поле у шкільному курсі. Його вихровий характер, енергія…….…11

5.  Формування уявлень про електромагнітне поле……………………………...14

1)  основні етапи формування паняття; роль системи відліку...………...14

2)  електромагнітні хвилі…………………………………………………..17

3)  електромагнітна індукція………………………………………………19

6.  Висновок…………………………………………………………………………22

7.  Використана література………………………………………………………...24

Вступ

Неможливість у середній школі слідувати за постійно зростаючим об’ємом інформації призводить до того, що головна увага в школі повинна приділятися подачі лише основ знань.

Якщо в основі вивчення фізики повинні лежати фундаментальні закони цієї науки, то у викладенні матеріалу  повинна зростати роль теорії.

 Електродинаміка у цьому відношенні не є виключенням. В надзвичайній різноманітності електричних і магнітних явищ учень зможе розібратися лише тоді, коли він буде знати теорію, що лежить в основі цих явищ.

В елктродинаміці такою теорією є теорія електромагнітного поля Максвелла, яка  математично вирежена в системі диференціальних рівнянь:

,

,

,

;

які доповнюються рівняннями

,  ,  .

Недостатня математична підготовка учнів не дає можливості в школі розглядати дані рівняння, розв’язувати їх. Це не означає, що теорія Максвелла не може розглядатися при вивченні курсу електродинаміки в середній школі. Все вивчення даного курсу повинне бути порнизане ідеями теорії Максвелла, уявленнями по елктромагнітне поле, його матеріальність, наявність енергії електромагнітного поля, кінцевої швидкості його поширення і т.д.

У процесі вивчення курсу електродинаміки повинен здійснюватися такий самий матеріалістичний піхід до формування поняття поля, як і під час вивчення гравітаційного поля.

Формувати поняття електромагнітного поля у старших класах треба дещо по-іншому, ніж на початковому ступені вивчення фізики. Якщо на початку основним джерелом пізнання були досліди і узагальнення життєвого досвіду, то потім значну роль відводять аналізу експериментальних даних, їх логічній обробці, узагальненню. Це дає можливість навчити учів проникати в суть фізичних явищ, бачити загальне в одиничному.

Формування поняття електричного заряду

У формуванні поняття матерії  і матаріальної єдності світу важливу роль відіграє правильне тлумачення електричного заряду як особливої фізичної характеристики частинок речовини.

Виходічи лише з факту існування електричного заряду, пояснюють усі електричні і магнітні явища. Поняття заряду є первинним і йому не можна дати строгого означення, тобто описати його властивості. Але при вивченні курсу електродинаміки в учнів мають бути системтизовані знання про такі основні властивості заряду:

-  частинки, які мають електричний заряд обов’язково мають і масу; елементарний заряд має електрон

е=1,6  10^-19Кл

 з масою   m=9,110^-31кг;

-  заряд є джерелом електричних полів (у загальному випадку електромагнітного поля, оскільки, рухаючись з прискоренням, заряджене тіло випромінює електромагнітні хвилі; рівномірний рух зарядженого тіла не спричинює випромінювання, хоча даний рух і спричинює появу навколо зарядженого тіла магнітного поля в доповнення до електричного);

-  заряд є мірою здатності частинок до електричної взаємодії. Тому електричний заряд не може  “рухатися”, “перебувати у спокої”, “висіти на нитці” тощо. Коли говорять про рух чи перерозподіл зарядів, про сили, які діють на ці заряди, то мають на увазі, що рухатися, перерозподілятися, зазнавати дії сил можуть, звичайно, носії електричних зарядів – зарряджені тіла або частинки. Під час вивчення електродинаміки  учням доведеться користуватися умовною, але короткою і загальновживаною тармінологією. Коли в задачі доводиться враховувати форму й розміри зарядженго тіла, то їх зазначають (заряджена куля певного радіуса, заряджена пластина певної площі тощо). Якщо ж розміри зарядженого тіла в задачі не істотні, то можна говорити про заряджені частинки (електрони, протони, іони тощо), а й макроскопічні заряджені тіла, розмірами яких у даній задачі можна нехтувати. Отже, заряджена частинка – це матеріальна точка, яка має електричний заряд;

-  однією з характарних властивостей електромагнітної взаємодії є наявність між зарядженими тілами як сил відштовхування, так і сил притягання (на відміну від сил тяжіння, які здатні лише притягувати). Факт інтерпретують як наявність у природі двох видів зарядів, одним з яких приписують знак плюс, а іншим – мінус. Заряди одного знаку завжди відштовзуються, а заряди протилежного знака – притягуються. Електрони вважають зарядженими негативно, а протони – позитивно. Вибір знака заряду умовний і визначається суто історичними умовами. Можна навіть поміряти знаки зарядів частинок, але від цього характер електромагнітної взаємодії не зміниться. Безумовним є лише існування двох типів зарядів;

-  значення зарядів усіх заряджених елементарних частинок (електрон, протон) з надзвичайною точністю дорівнюють один одному. Було проведено безліч дослідів, в яких не виявлено в природі заряду, меншого від заряду електрона, або заряду який би не був кратний цьому значенню. Звідси випливає висновок про існування кванта заряду, тобто най меншог, елементарного заряду. Останнім часом запропоновано теорію, згідно з якою існують кварки – частинки з дробовим значенням електричного заряду (е і е). Однак у вільному стані кварки ще не виявлено;