رد: شرح دروس الكهرباء الساكنة ابتداء من قانون كولوم
بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
المجال الكهربائي المنتظم وحركة شحنة في مجال منتظم
تتم مراجعة الدرس السابق بطرح بعض الأسئلة المختلفة:
عرفي : شدة المجال الكهربائي- خط المجال الكهربائي ؟فسري عملية شحن الأجسام بالتأثير
من خلال مناقشة الدرس السابق مع الطالبات كالتالي :
والآن لتتخيلي عدد كبير من خطوط المجال الكهربائي وأن هذه الخطوط مستقيمة ومتوازية
فماذا نسمي المجال في هذه الحالة ؟
ومن خلال مناقشة الطالبات نتوصل للعنوان وندونه على السبورة
ثم أطلب منهن أن يعرفن المجال الكهربائي المنتظم ومن خلال محاولاتهن المتعددة نتوصل للتعريف،
المجال الكهربائي المنتظم: هو المجال الذي تكون شدته ثابتة مقداراً واتجاهاً.
كيف تكون خطوط هذا المجال ؟
(وتكون خطوطه مستقيمة ومتوازية)
وبعد تدوين التعريف على السبورة وتوضيحه للطالبات
وهنا تتم مناقشتهن حول بعض الاقتراحات لطرق للحصول على مجال كهربائي منتظم عمليا
حتى نتوصل إلى أنه يتم ذلك بتوصيل لوحين معدنيين متوازيين بقطبي بطارية.
ويكون المجال الكهربائي منتظما في وسط اللوحين أما عند الأطراف
فإن خطوط المجال الكهربائي منحرفة قليلا للخارج.
ومن ثم توضحي للطالبات ذلك من خلال الرسم بتحديد اتجاه خطوط المجال الكهربائي المتولد بين لوحين متوازيين مشحونين .
طبعاً هنا المجال على اليمين منتظم
الآن ماذا سيحدث لشحنة لو وضعت تحت تأثير هذا المجال المنتظم ؟
هناك حالتان :
أولاً حركة شحنة موازية لخطوط المجال الكهربائي :
ستتأثر الشحنة كما بالشكل :
 
تسألي الطالبات ماهو تأثير المجال الكهربائي في هذه الحالة على الشحنة ؟
ستجيبك الطالبات بانه يكسبها تسارعاً
كيف نستنتج تسارع هذه الشحنة بتاثير المجال ؟
لقد مربك أن القوة التي يؤثر بها المجال الكهربائي على شحنة (ش) تعطى بالعلاقة :
ق = ش × ج (1)
ولكن نعلم من قانون نيوتن الثاني أن
ق = ك × ت
إذا نعوض عن ( ق ) في ( 1 ) نجد أن :
ك × ت = ش× ج ومنها فإن ت = ش × ج / ك
إذا من خلال هذه العلاقة الرياضية التي تم التوصل إليها :
ماهي العوامل المؤثرة على تسارع شحنة موضوعة في مجال كهربائي تتحرك موازية لاتجاه المجال ؟
ومن خلال مشاركة الطالبات نتوصل إلى أن :
المجال الكهربائي يعمل على تسارع الشحنة في نفس اتجاه المجال إذا كانت الشحنة موجبة ،
من المعادلة السابقة ماذا تستنجي ؟
مقدار التسارع يتناسب مع حاصل ضرب الشحنة في شدة المجال وعكسياً مع كتلة هذه الشحنة .
ولكن إذا كانت الشحنة السالبة فما اتجاه تسارعها؟
اتجاه التسارع هو عكس اتجاه المجال في الشحنة السالبة.
حيث بعد ذلك أوضح ذلك بالرسم
ومن ثم أذكر لهن أنه :
لحساب المسافة المقطوعة داخل المجال نستخدم ف = ع0 ز + 0.5 ت ز2
ولحساب السرعة النهائية ع1 = ع0 + ت ز
أو ع1 2= ع0 2 + 2 ت ف
وهي معادلات الحركة التي درستها الطالبة في الصف الثاني ثانوي تعودي لتذكيرهن بها
وهنا أسأل الطالبات أنه عندما تدخل الشحنة الكهربائية مجالا كهربائيا منتظما بشكل عمودي عليه ، فما هو المسار الذي تسلكه ؟
ومن خلال مشاركات الطالبات نتوصل إلى إنها تسلك مسارا على شكل جزء من قطع مكافئ
لماذا ؟
لأنه يمكن تحليل سرعة الشحنة داخل المجال إلى مركبتين :
1- مركبة عمودية على اتجاه المجال ( ع0 ) وهي تمثل الاتجاه الأساسي للشحنة قبل دخولها المجال الكهربائي وتكون السرعة ثابتة مقدارا واتجاها.
- مركبة موازية لاتجاه المجال ( ع1 ) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة الابتدائية وتكون السرعة متغيرة مقدارا وثابتة اتجاها.
وتتحرك الشحنة باتجاه محصلة هاتين المركبتين حيث تكون هذه المحصلة بشكل خط منحني بشكل قطع مكافئ
وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعا ثابتا يتناسب مقداره طرديا مع شدة المجال الكهربائي وعكسيا مع كتله هذه الشحنة كما في معادلة التسارع السابقة
ع1 = ت × ز ----------- ( 1 ) ] من المعادلة الأولى للحركة [
حيث ( ت ) تسارع الشحنة ويمكن حسابه من قانون نيوتن كالتالي :
ت = ق / ك = ش × ج / ك إذا ع1 = ش × ج × ز / ك
ويمكن حساب الزمن من معادلة الحركة المنتظمة للشحنة ( حركة الشحنة في اتجاه متعامد مع المجال ) حيث
المسافة ( ل ) = السرعة ( ع0 ) × الزمن ( ز )
وفي أثناء ذلك أطلب من الطالبات أن يوضحن بالرسم اتجاه حركة شحنة موضوعة في مجال كهربائي منتظم تتحرك باتجاه عمودي على المجال ويكون الرسم كالتالي :
 
بإمكانك طباعة هذه الرسومات بالطابعة لتوضيحها للطالبات والاستعانة بها ويمكن رسمها على السبورة
ثم تحلي المسألة رقم 13 تطبيق على الدرس
وبالتوفيق
__________________
لا إله إلا أنت سبحانك إني كنت من الظالمين
حسبي الله لا إله إلا هو عليه توكلت وهو رب العرش العظيم
|