Monday, September 14, 2015

Активност за откривање на Кулоновиот закон


Експерименталното откривањето на Кулоновиот закон е невозможно во услови на училишна лабораторија, особено ако станува збор за експериментирање со прирачни средства. За таа цел можеме да искористиме виртуелен експеримент, односно симулација. Во продолжение се предлагаат две активности со кои може да се открие зависноста на електростатската сила од растојанието помеѓу полнежите и зависноста на електростатската сила од количеството електричество.

Упатство за користење на симулацијата
 
За да ја реализираш активноста, потребно е да имаш инсталирано Java.
1.       Оди на http://phet.colorado.edu/en/simulation/charges-and-fields
2.       Кликни на
3.       Зачувај го документот charges-and-fields_en.jar
4.       Стартувај го charges-and-fields_en.jar.
5.       На мониторот ќе се појави работната површина како на сликава:
  6. Десно горе се поставени кутии со полнежи: позитивни (црвените кругчиња), негативни (сините кругчиња) и сензори за мерење на силата на електричното поле (E-Field Sensors). Со drag and drop полнежите може да се постават на работната површина. Исто така со drag and drop полнежите и сензорите може да се вратат во својата кутија.
 
7. Сензорот за сила е всушност електричен полнеж кој е позитивен и има количество електричество од 1 С. Кога ќе поставиш сензор за сила, ако во близина има електричен полнеж, се исцртува векторот на силата со која полнежот и сензорот си заемодејствуваат. Со менување на растојанието, се менува и должината на сензорот. Од должината на векторот може да се открие колку изнесува силата. На пример, на сликата се гледа дека векторот на силата има должина од околу 2,2 N.
 8. Кликни на grid во долниот десен агол за да се појави мрежата со која може да се мери. Една единица е поделене на пет помали дела. Тоа значи дека еден поделок од мрежата изнесува 0,2 единици.
 
Активност 1: Да се открие како зависноси силата со која си заемодејствуваат два електрични полнежи од растојанието помеѓу нив.
1.       Стартувај го charges-and-fields_en.jar
2.       Постави еден позитивен полнеж на крајната лева граница од работната површина, така што центарот на кругчето да биде на границата (како на сликата).
3.       Земи еден сензор и постави го на растојание 0,6 единици десно од полнежот. Измери колкава е силата (од должината на векторот на силата)
4.       Запиши ги вредностите за растојанието r и силата F во Excel табелата во документот Zadaca_1.xlsx.
5.       Повтори го мерењето за растојанијата кои се впишани во табелата.
6.       Графикот со мерењата автоматски се исцртува.
7.       Покрај кривата се испишува и изразот која ја дава оваа зависност. ВНИМАВАЈ: Вертикалната оска, на која се наоѓаат податоците за силата, во изразот е претставена како y, а хоризонталната оска, на која се наоѓаат податоци за растојанието, во изразот е претставена со x. Тоа значи дека во изразот y можеш да го замениш со F, а x со r. Замени ги овие симболи во изразот.
8.       Како зависи силата од растојанието? Каков заклучок можеш да изведеш?

Активност 2 Да се открие како зависи силата со која си заемодејствуваат два електрични полнежи од количеството електричество на едниот од полнежите.
1.       Стартувај го charges-and-fields_en.jar
2.       Постави еден сензор некаде околу средината на работната површина, така што центарот на сензорот да биде на цел поделот (види ја сликата).
3.       Земи еден позитивен електричен полнеж и постави го на растојание 2 единици лево од сензорот. Количеството електричество на полнежот изнесува q=1 nC. Измери колкава е силата.
4.       Запиши ги вредностите за количеството електричество q и силата F во Excel табелата во документот Zadaca_2.xlsx.
5.       Постави уште еден полнеж преку првиот, да се поклопуваат. Измери ја повторно силата и запиши ги вредностите во табелата. Повтори го мерењето за онолку полнежи колку се впишани во табелата.
6.       Графикот со мерењата автоматски се исцртува.
7.       Покрај кривата се испишува и изразот која ја дава оваа зависност. ВНИМАВАЈ: Вертикалната оска, на која се наоѓаат податоците за силата, во изразот е претставена како y, а хоризонталната оска, на која се наоѓаат податоци за количеството електричество, во изразот е претставена со x. Тоа значи дека во изразот y можеш да го замениш со F, а x со q. Замени ги овие симболи во изразот.
8.       Како зависи силата од количеството електричество? Каков заклучок можеш да изведеш?
 
Од првата активност учениците открија дека
а од втората открија дека

 Оттука може да се заклучи дека

 
Во продолжение на вторава активност може да се продолжи со дополнителна дискусија и анализа на резултатите со цел учениците да откријат дека силата зависи не само од количеството на првиот полнеж, туку исто така и од количеството на вториот полнеж. До каков заклучок би дошле ако се направи симетричен експеримент на вториот, односно ако на местото на полнежот се постави сензорот (кој исто така е електричен полнеж), а на местото на сензорот да се стави електричен полнеж, чие количество ќе се менува како и во втората активност? Би требало да се дојде до истиот заклучок како и во втората активност, дека силата зависи и од количеството електричество на вториот полнеж. Тоа значи дека силата ќе зависи на следниов начин
За да се добие равенство треба само уште да воведеме коефициент на пропорционалност k