Страница 24 из 32«1222232425263132»
Модератор форума: lyumer, Екатерина_Пашкова 
Форум учителей об образовании в России и мире » Форум педагогов по предметам, разделам » Форум учителей математики, физики и астрономии » Любые вопросы по всем формам ГИА - ОГЭ и ЕГЭ (Обсуждение проблем подготовки, оформления и решения заданий)
Любые вопросы по всем формам ГИА - ОГЭ и ЕГЭ
miflinДата: Понедельник, 04.01.2016, 22:54 | Сообщение # 346

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Есть задача, известная, надеюсь.
Для школьников она с двумя звездочками, предлагается также и студентам. Меня интересует школа.

На расстоянии h от бесконечной незаряженной проводящей плоскости помещают заряд q.
С какой силой будет действовать на него плоскость?

Интересует, какой метод решения наиболее подходит для школьников?
В сборнике И.М.Гельфгат, Л.Э.Генденштейн, Л.А.Кирик 1001 ЗАДАЧА ПО ФИЗИКЕ задача под номером 12.30
В ответах есть решение, но мне оно кажется несколько переусложненным.
Может я просто зациклился на своем... Не вижу необходимости вводить второй заряд (-q) в решение.

Моё решение основано на экранировании, т.е. на отсутствии поля по ту сторону плоскости.

В точке, симметричной (относительно плоскости) точке нахождения заряда, поле отсутствует (как и в других точках "с той стороны").
Это результат суперпозиции поля зяряда и поля наведенного заряда плоскости.
Мы можем посчитать напряженность поля заряда в этой точке - она находится на расстоянии 2h от заряда.
Плоскость же создает в ней равную по модулю, и противоположную по знаку напряженность, а в силу симметрии
создает такую же по модулю напряженность и в точке, где находится заряд, откуда и вычисляется сила.

Авторы в ответе тоже говорят об отсутствии поля, но почему-то вводят фиктивный заряд...
Спасибо
Александр_ИгрицкийДата: Вторник, 05.01.2016, 12:12 | Сообщение # 347

Александр Игрицкий
Ранг: Академик (?)
Группа: Заблокированные
Российская Федерация
Москва

Должность: Freelancer
Сообщений:
11104
Награды: 128
Статус: Offline
miflin, всё это хорошо, только откуда это можно строго получить? Если найти распределение наведенного на плоскости заряда, а потом найти эту самую суперпозицию и показать, что там действительно будет ноль, тогда ага.
Цитата miflin ()
Моё решение основано на экранировании, т.е. на отсутствии поля по ту сторону плоскости.

В точке, симметричной (относительно плоскости) точке нахождения заряда, поле отсутствует (как и в других точках "с той стороны").
Это результат суперпозиции поля зяряда и поля наведенного заряда плоскости.
Спасибо
miflinДата: Вторник, 05.01.2016, 13:03 | Сообщение # 348

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Цитата Александр_Игрицкий ()
только откуда это можно строго получить?

Экранирование вроде бы экспериментальный факт...
Спасибо
Александр_ИгрицкийДата: Вторник, 05.01.2016, 13:27 | Сообщение # 349

Александр Игрицкий
Ранг: Академик (?)
Группа: Заблокированные
Российская Федерация
Москва

Должность: Freelancer
Сообщений:
11104
Награды: 128
Статус: Offline
Цитата miflin ()
Экранирование вроде бы экспериментальный факт...

Никаких возражений.
Факт.
Только его природу нужно убедительно объяснить (дотошному школьнику).
Спасибо
miflinДата: Вторник, 05.01.2016, 16:56 | Сообщение # 350

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Цитата Александр_Игрицкий ()
Только его природу нужно убедительно объяснить (дотошному школьнику).

Ну, объяснение природы экспериментальных фактов - дело неблагодарное...
Как объяснить, например, природу закона Кулона?
Я всё-таки хочу остаться исключительно в рамках упомянутой задачи.
Считаю, что объяснение должно быть максимально простым.
Имеем два физических объекта: заряд и плоскость, которая не пускает его поле "в ту сторону".
Вот поля, ими созданные, и надо складывать, тем более, что результат заранее известен - 0.
Без всяких посредников в виде воображаемых зарядов.
Потом, конечно, можно (и нужно для дотошных) говорить о создании методов. Того же "зеркального заряда".

Чё я так разгоношился? smile Эту задачу я пару раз встречал на других форумах,
где обратившемуся за помощью в решении многозначительно намекали на эквипотенциальность,
перпендикулярность к плоскости силовых линий...
Нет, намеки, конечно, правильные, и приближающие к природе явления (не за горами принцип минимума
потенциальной энергии), но не приближающие к "как же посчитать эту силу?" smile
"Про бензин я, барин, понял. Ты мне теперь скажи, куда лошадь запрягать!"

Вспомнить об этой почти забытой задаче побудило меня очередное её появление.
Спасибо
Александр_ИгрицкийДата: Вторник, 05.01.2016, 17:50 | Сообщение # 351

Александр Игрицкий
Ранг: Академик (?)
Группа: Заблокированные
Российская Федерация
Москва

Должность: Freelancer
Сообщений:
11104
Награды: 128
Статус: Offline
miflin, относительно форума "dxdy.ru".
Я как человек легко увлекающийся любыми интересными задачками, да и просто любыми хорошими вопросами, не захожу на такие форумы, чтобы они не искушали и не отвлекали. Просто табу. Мне нашего форума вполне достаточно, чтобы обсуждать более разнообразные темы. От чистых профессиональных задач нужно иногда и отдыхать.
Цитата miflin ()
Как объяснить, например, природу закона Кулона?

Зачем же так?
Я сейчас буду писать пошлую банальность.
Были, есть и, скорее всего, всегда будут оставаться определенные ещё не достаточно объясненные факты. Но есть уже познанные физические законы. И есть ещё одним важный момент: что значит объяснить. Чем можно пользоваться при объяснении того или иного факта? Я понятия не имею, почему природа подсунула нам закон Кулона. Но меня вполне удовлетворяет тот факт, что он следует из уравнений Максвелла. Более того, меня вполне удовлетворяет и успокаивает то, что удачное конструирование соответствующего действия или лагранжиана приводит к этим уравнениям на бумаге.
И замечательно, что бумага не врёт, и её тексты объясняют очень многое.
Применительно к рассматриваемой задачке.
Что я сказал бы школьникам?
Мы имеем экспериментально обнаруженный закон Кулона, под который подвели прекрасную теоретическую базу. Отличный пример завершенности без полнейшего понимания, а что же такое заряд.
Теперь нужно сгруппировать вместе всё, что имеет отношение к этому закону и чем можно пользоваться. Понятие поля с основными характеристиками - напряженность поля и потенциал, принцип суперпозиции, наглядность силовых линий, действие поля на носители заряда, определение проводника как бездонного резервуара свободных электронов и т.д.
А теперь попробуем понять, почему все это вместе взятое приводит к тому, что металлическая поверхность ведёт себя именно так, а не иначе.
Возможно, что у меня это каприз, но каприз неистребимый. Я не могу принять в качестве объяснения факт экранировки, если мне не разложат всё по полочкам. Для меня подобные объяснения совершенно аналогичны ссылке в геометрии на наглядность рисунка без ссылок на теоремы, в алгебре - на ссылку на график со словами "Ну Вы же видите...". Прекрасно вижу, но как аргумент никогда не принимаю.
Извините за многословность.
Спасибо
miflinДата: Вторник, 05.01.2016, 18:48 | Сообщение # 352

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Цитата Александр_Игрицкий ()
А теперь попробуем понять, почему все это вместе взятое приводит к тому, что металлическая поверхность ведёт себя именно так, а не иначе.

Да я ж не спорю. smile
Но я, повторюсь, вел речь о первой ступеньке - всего лишь! - на которую школьник должен устойчиво поставить ногу.
Речь шла о конкретной задаче (N12.30), решение которой можно объяснить (как?) и среднему школьнику,
не собирающемуся в будущем воспарять к уравнениям Максвелла.
Спасибо
Александр_ИгрицкийДата: Вторник, 05.01.2016, 22:58 | Сообщение # 353

Александр Игрицкий
Ранг: Академик (?)
Группа: Заблокированные
Российская Федерация
Москва

Должность: Freelancer
Сообщений:
11104
Награды: 128
Статус: Offline
Цитата miflin ()
Речь шла о конкретной задаче (N12.30), решение которой можно объяснить (как?) и среднему школьнику, не собирающемуся в будущем воспарять к уравнениям Максвелла.


Цитата miflin ()
Но я, повторюсь, вел речь о первой ступеньке - всего лишь! - на которую школьник должен устойчиво поставить ногу.

Пусть школьник объяснит, как наведенный на плоской проводящей пластине заряд позволяет ей стать экраном для точечного заряда, и потом ставит ногу смело куда угодно.
Представим себе, что в начале координат находится заряд +Q, а полоса 10<=x<=12 - бесконечная проводящая пластина.
Вектор напряженности электрического поля от заряда в любой точке пространства, в том числе и внутри проводящей полосы, имеет компоненту вдоль ОХ - нормальную к поверхности полосы, а также тангенциальную компоненту вдоль поверхности полосы. Каким должно быть индуцированное внешним зарядом распределение зарядов внутри проводящей пластины, чтобы результирующее поле внутри и справа от неё исчезло?
И только после этого можно совершенно обоснованно говорить об экранировке.
Спасибо
miflinДата: Среда, 06.01.2016, 05:19 | Сообщение # 354

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Я пячусь назад, Вы рветесь в облака... Нужен ещё кто-то, который потянет в воду.
Popugayka, третьей будете? smile
Спасибо
Александр_ИгрицкийДата: Среда, 06.01.2016, 13:06 | Сообщение # 355

Александр Игрицкий
Ранг: Академик (?)
Группа: Заблокированные
Российская Федерация
Москва

Должность: Freelancer
Сообщений:
11104
Награды: 128
Статус: Offline
miflin, я же не говорю о конкретных формулах, но качественная картинка должна быть обязательно.
Спасибо
miflinДата: Среда, 06.01.2016, 21:24 | Сообщение # 356

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Цитата Александр_Игрицкий ()
я же не говорю о конкретных формулах, но качественная картинка должна быть обязательно.

Качественная - да. Кто ж спорит.
А вот и немного формул. Постарался расцветить картинку, чтобы использовать минимум слов.
Цветные стрелки - векторы напряженностей полей от объектов соответствующего цвета: двух зарядов и плоскости.
Черная - сила, которую требуется найти.

Загруженные файлы: 3220812.png(9Kb)


Сообщение отредактировал miflin - Среда, 06.01.2016, 21:24
Спасибо
Александр_ИгрицкийДата: Среда, 06.01.2016, 21:59 | Сообщение # 357

Александр Игрицкий
Ранг: Академик (?)
Группа: Заблокированные
Российская Федерация
Москва

Должность: Freelancer
Сообщений:
11104
Награды: 128
Статус: Offline
miflin, бестолковый стал. Не пойму, что изображено.
Можно просто немного слов, где и что?
Спасибо
miflinДата: Среда, 06.01.2016, 22:18 | Сообщение # 358

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Это несколько усложненный вариант задачи, о которой мы говорили.
По одну сторону бесконечной нейтральной проводящей плоскости (красная) разместили два заряда Q
(зеленый и синий). Расстояния указаны. Найти силу, которая действует на один из зарядов (в точке А в данном случае).
В А' суммарное поле равно нулю. Поле плоскости вообще-то нужно изображать одним вектором,
но я, для удобства, разложил его на две составляющих (красные), каждая из которых противодействует
одной из напряженностей (синяя и зеленая стрелки), созданных зарядами Q, чтобы в сумме был ноль -
то самое экранирование. Т.е. один из красных векторов противоположен зеленому, другой - синему.
Вычисляем эти напряженности и зеркально отражаем в точку А, куда добавляем
напряженность от верхнего заряда и вычисляем силу, действующую на нижний заряд.
Спасибо
Александр_ИгрицкийДата: Среда, 06.01.2016, 22:51 | Сообщение # 359

Александр Игрицкий
Ранг: Академик (?)
Группа: Заблокированные
Российская Федерация
Москва

Должность: Freelancer
Сообщений:
11104
Награды: 128
Статус: Offline
miflin, вопросы дотошного школьника:
Откуда у поля плоскости составляющая вдоль плоскости. Нормальная - это понятно, а откуда тангенциальная?
И ещё.
В самом начале изолированная плоскость была нейтральной, тогда откуда же появился индуцированный заряд?
И совсем ещё.
Какова напряженность поля в той части полупространства, где расположен заряд?
И совсем-совсем-совсем ещё - он же самый первый:
Цитата miflin ()
В А' суммарное поле равно нулю.

А вот об этом и речь. Откуда это? Только без экранирования, если можно.


Сообщение отредактировал Александр_Игрицкий - Среда, 06.01.2016, 22:56
Спасибо
miflinДата: Четверг, 07.01.2016, 10:16 | Сообщение # 360

Ранг: Профессор (?)
Хмырь обыкновенный
Группа: Пользователи
Украина
Зугрэс

Сообщений:
2554
Награды: 83
Статус: Offline
Цитата Александр_Игрицкий ()
Откуда у поля плоскости составляющая вдоль плоскости.

От неравномерного распределения плотности поверхностного заряда.
Цитата Александр_Игрицкий ()
В самом начале изолированная плоскость была нейтральной, тогда откуда же появился индуцированный заряд?

В результате электростатической индукции.
Цитата Александр_Игрицкий ()
Какова напряженность поля в той части полупространства, где расположен заряд?

Можно предложить два математически эквивалентных приема.
1. Можно в симметричной точке поместить заряд противоположного знака, а плоскость убрать, т.к. наведенный
на ней заряд исчезнет. Это называется "метод изображений".
2. Если по каким-то соображениям введение фиктивного заряда претит smile , то можно использовать факт отсутствия
поля в другой части полупространства (см. картинку выше).
Цитата Александр_Игрицкий ()
А вот об этом и речь. Откуда это? Только без экранирования, если можно.

Из решения уравнения Лапласа "методом изображений" для данного частного случая.
Спасибо
Форум учителей об образовании в России и мире » Форум педагогов по предметам, разделам » Форум учителей математики, физики и астрономии » Любые вопросы по всем формам ГИА - ОГЭ и ЕГЭ (Обсуждение проблем подготовки, оформления и решения заданий)
Страница 24 из 32«1222232425263132»
Поиск:



Спорная ситуация с родителями или администрацией? Ищете выход из проблемы на уроке или с учеником?
Не знаете, как что-то сделать на компьютере?


Вы можете задать анонимный вопрос
х
Подробно изложите суть вашего вопроса.
Обратите внимание, что вопросы публикуются в открытом доступе не сайте, поэтому не указывайте персональные данные ваши или иных лиц. Однако стоит указать свой РЕГИОН, т.к. законодательство в разных регионах разное.
Отправить