【Учебник по физике для средней школы, издание «Ренжэнь»】 Обязательный курс, третий том

📚 Краткое содержание

Этот учебник является третьим в серии обязательных курсов по физике для средней школы и в основном охватывает основы электромагнетизма, включая статическое электрическое поле, энергию в электрическом поле, теорию цепей, закон сохранения энергии в электричестве, а также начальные сведения об электромагнитной индукции и электромагнитных волнах. Курс использует различные формы обучения — эксперименты, размышления и обсуждения, анализ примеров — с целью формирования ключевых физических компетенций и способности к научным исследованиям.

Исследуйте физические тайны от микроскопических зарядов до макроскопических электромагнитных волн и создайте основу классической электромагнитной теории.

Автор: Институт разработки учебников и программ по физике, Издательство образования КНР

Благодарности: Утвержден экспертным комитетом Комитета по учебникам при государственном совете (2019)

🎯 Цели обучения

1. Понять закон сохранения заряда, освоить понятие элементарного заряда и объяснить такие физические явления, как электризация трением, электризация индукцией.
2. Освоить определение напряжённости электрического поля (метод отношения) и принцип суперпозиции, уметь использовать линии электрического поля для описания распределения поля.
3. Понять свойства проводников в состоянии электростатического равновесия, освоить принципы электростатической экранировки и разрядки на остриях, а также их применение в повседневной жизни и производстве.
4. Понять, что работа электростатической силы не зависит от пути, и освоить связь между потенциальной энергией и работой электростатической силы.
5. Освоить определение потенциала и разности потенциалов, а также их векторные/скалярные свойства, уметь применять формулу U=Ed для решения задач в однородном электрическом поле.
6. Понять концепцию ёмкости, освоить факторы, определяющие ёмкость плоского конденсатора, и уметь анализировать ускоренное движение заряженных частиц в электрическом поле.
7. Понять роль источника питания, определение тока и постоянного тока, а также объяснять образование тока с микроскопической точки зрения.
8. Освоить закон сопротивления проводников, понять зависимость удельного сопротивления от температуры, а также узнать о сверхпроводимости.
9. Уметь распознавать характеристики вольт-амперной кривой, различать линейные и нелинейные элементы.
10. Понять работу тока, мощность тока и закон Джоуля-Ленца, уметь отличать преобразование энергии в чисто резистивных и нерезистивных цепях.

🔹 Урок 1: Глава 9: Электростатическое поле и его применение

Обзор: В этой главе рассматривается микроскопическая сущность электростатических явлений, систематически представлены понятия заряда, закон сохранения заряда и элементарный заряд. Вводится понятие «поля», исследуется напряжённость электрического поля как физическая величина, характеризующая поле, и рассматриваются методы качественного и количественного анализа электрических полей с использованием линий поля, однородных полей и принципа суперпозиции. В заключение подробно изучаются свойства проводников в электрическом поле, включая электростатическое равновесие, разрядку на остриях и электростатическую экранировку, а также вопросы предотвращения и использования электростатики.

Ожидаемые результаты:

• Понять закон сохранения заряда, освоить понятие элементарного заряда и объяснить такие физические явления, как электризация трением, электризация индукцией.
• Освоить определение напряжённости электрического поля (метод отношения) и принцип суперпозиции, уметь использовать линии электрического поля для описания распределения поля.
• Понять свойства проводников в состоянии электростатического равновесия, освоить принципы электростатической экранировки и разрядки на остриях, а также их применение в повседневной жизни и производстве.

🔹 Урок 2: Глава 10: Энергия в электростатическом поле

Обзор: Данная глава сосредоточена на энергетических свойствах электростатического поля. Исходя из особенностей работы электростатических сил, вводятся ключевые физические величины — потенциальная энергия, потенциал и разность потенциалов. Через исследование количественной связи между разностью потенциалов и напряжённостью электрического поля раскрываются энергетические свойства поля, а также рассматриваются принципы хранения энергии в конденсаторах и применение ускорения заряженных частиц в электрическом поле. В завершение — рассмотрение физической сути таких технологий, как электростатическая адгезия, очистка воздуха, распыление краски и ксерокопирование.

Ожидаемые результаты:

• Понять, что работа электростатической силы не зависит от пути, освоить связь между потенциальной энергией и работой электростатической силы.
• Освоить определение потенциала и разности потенциалов, а также их векторные/скалярные свойства, уметь применять формулу U=Ed для решения задач в однородном электрическом поле.
• Понять концепцию ёмкости, освоить факторы, определяющие ёмкость плоского конденсатора, и уметь анализировать ускоренное движение заряженных частиц в электрическом поле.

🔹 Урок 3: Глава 11: Цепи и их применение

Обзор: Этот курс охватывает базовую теорию и практическое применение электрических цепей, начиная с микроскопических механизмов возникновения тока и заканчивая макроскопическими измерительными приборами. Особое внимание уделяется тому, как источник питания поддерживает постоянный ток, свойствам сопротивления проводников (включая удельное сопротивление и сверхпроводимость), характеристикам энергии литий-ионных аккумуляторов, а также навыкам точного использования мультиметра для измерения электрических величин.

Ожидаемые результаты:

• Понять роль источника питания, определение тока и постоянного тока, а также объяснять образование тока с микроскопической точки зрения.
• Освоить закон сопротивления проводников, понять зависимость удельного сопротивления от температуры, а также узнать о сверхпроводимости.
• Уметь распознавать характеристики вольт-амперной кривой, различать линейные и нелинейные элементы.

🔹 Урок 4: Глава 12: Электроэнергия и закон сохранения энергии

Обзор: Эта глава посвящена превращению, передаче электроэнергии и общим законам сохранения энергии. Исходя из микроскопических процессов превращения энергии в цепях (работа тока и тепловыделение), вводится ключевая физическая величина, характеризующая источник питания — электродвижущая сила (ЭДС), и строится закон Ома для замкнутой цепи. Через экспериментальное измерение ЭДС и внутреннего сопротивления сухих батарей и батарей из фруктов студенты осваивают методы обработки экспериментальных данных (например, метод графика зависимости U-I). В заключение курс переходит к общему закону сохранения энергии и вопросам устойчивого развития энергетики, обсуждая направленность превращения энергии и её социальное значение.

Ожидаемые результаты:

• Понять работу тока, мощность тока и закон Джоуля-Ленца, уметь отличать преобразование энергии в чисто резистивных и нерезистивных цепях.
• Понять концепцию электродвижущей силы, освоить закон Ома для замкнутой цепи и уметь решать комплексные задачи на основе этого закона.
• Освоить принципы и методы измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника, уметь обрабатывать экспериментальные данные с помощью графика зависимости U-I.

🔹 Урок 5: Глава 13: Электромагнитная индукция и первоначальные представления о микроскопической энергии

Обзор: Этот раздел призван помочь учащимся перейти от макроскопических магнитных явлений к сложным явлениям электромагнитной индукции и в конечном итоге глубже изучить электромагнитные волны и квантование энергии на микроуровне. Курс включает описание магнитного поля (линии магнитной индукции, магнитная индукция, магнитный поток), условия возникновения электромагнитной индукции, основы теории Максвелла об электромагнитном поле, а также концепцию квантов энергии, предложенную Планком.

Ожидаемые результаты:

• Освоить понятия магнитного поля, магнитной индукции и магнитного потока, уметь использовать правило Ампера для определения направления магнитного поля относительно направления тока.
• Понять сущность электромагнитной индукции и уметь точно определять условия возникновения индукционного тока.
• Ознакомиться с процессом образования и распространения электромагнитных волн, их характеристиками и распределением в спектре электромагнитных волн, а также понять прорывное значение квантования энергии для современной физики.