אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מטרת ההדמיה

הבנת מושגים הקשורים במודל השדה החשמלי הנוצר סביב מטענים חשמליים: כיוון השדה, עוצמת השדה בכל נקודה, משטחים שווי פוטנציאל, וכו'. הדמיה זו מתאימה כמשחק לתלמידים לתירגול נושאים דינמיים באלקטרוסטטיקה (תנועה של מטען חשמלי בשדה חשמלי).

קישור להדמיה

http://stwww.weizmann.ac.il/ptc/applets/electric-hockey.jar

סוג הקובץ

Java-based simulation

להורדת Java לחצו כאן

מקור ההדמיה

PhET – Physics Education Technology, University of Colorado, Boulder

להנחיות כלליות לשימוש בהדמיות PhET לחצו כאן

הסעיף המתאים בסילבוס להדמיה

שדה אלקטרוסטטי:

שימוש בהוראה

• כעזר בזמן הוראת הנושא (הקרנה על הלוח) של שדה אלקטרוסטטי.
• כשיעורי בית בייחוד כמשחק להגברת התעניינות התלמידים, יצירת אתגרים מחשבתיים.
• כפעילות תלמידים.

(ראה קבצי דוגמאות של דפי פעילות, באנגלית, שפותחו על ידי מורים בארה"ב והורדו באישור מהאתר באוניברסיטת קולורדו).

הנחיות הפעלה

קיימים פרמטרים רבים אותם ניתן לשנות בהדמיה זו:

• ניתן להציב במישור ההדמיה מטענים חשמליים (חיוביים או שליליים) במקומות שונים.
• ניתן לגרום למטען בודד (שאת סימנו ניתן לשנות) לנוע בשדה החשמלי שייצרנו, כתוצאה מכוחות חשמליים המופעלים עליו.

כפתורי הרצת ההדמיה

• תחילה יש ליצור את השדה החשמלי. ניתן לבצע זאת באמצעות גרירת המטענים החשמליים הרצויים (חיוביים (באדום) או שליליים (בכחול)) מהקופסאות שלהם אל משטח ההדמיה. אלו הם המקורות היוצרים סביבם את השדה החשמלי.
• אין מגבלה מעשית למספר המטענים, ולכן, ניתן ליצור מערכים של קווי מטענים (היכולים לשמש להדמיה של שדות חשמליים של קבל לוחות).
• קיימים מספר מצבים של המערכת:

o        אימון (Practice)  – בו ניתן לבנות את המערכת כרצוננו.

o        מצבי קושי קיימים (Difficulty): 1,2,3 – בהם נוספים על המגרש מכשולים בין הכדור (המטען הנע) לבין השער אותו צריך להבקיע.

• כפתורי ההרצה כוללים אפשרות לתחילת הרצה (Start), חזרה למצב התחלתי (Reset), ולאחר תחילת ההרצה גם עצירה רגעית של ההדמיה (Pause).
   
• ניתן גם להגדיל ולהקטין את מסת החלקיק (Mass) הטעון הנע בשדה, גם באמצעות גרירת הזחלן וגם באמצעות רישום הערך הרצוי בחלון.
• ניתן לבחור את סימן המטען של החלקיק הנע (Puck is positive), ביטול הסימון יהפוך את המטען לשלילי.
• ניתן לנקות את המסך (Clear).

 בכתובת:

 http://phet.colorado.edu/sims/electric-hockey/electric-hockey_iw.jnlp

מופיעה גירסה שבה הכפתורים הם בעברית.

תצוגות ההדמיה

ניתן להציג רמות פירוט שונות על מסך ההדמיה: החל מהמטענים החשמליים בלבד, עוצמה וכיוון השדה החשמלי הפועל בכל נקודה, הצגת המסלול של התנועה (Trace).

התפריט הגרפי באמצעותו בוחרים מה להציג מופיע בתמונה:

סימון הריבוע המתאים יגרום להצגת:

• שדה חשמלי (Field).
• מסלול התנועה (Trace).

 המסך המתקבל בדרגת קושי 1 הוא:

רואים כי נוסף קיר (מחסום) בין ה"כדור" לשער. באמצעות מערך מטענים חשמליים יש לגרום ל"כדור" הטעון להיכנס לשער.

המסך המתקבל בדרגת קושי 2 הוא:

הפעם נוספים 2 מחסומים.

המסך המתקבל בדרגת קושי 3 הוא: 

הפעם נוספים 3 מחסומים במערך מורכב.

דוגמה למערך פשוט של פעולה, בה השדה נוצר רק על ידי המטען החשמלי המפעיל כוח על המטען הנע (שניהם חיוביים), מופיע על המסך:

יש לשים לב ליחידות המופיעות בתצוגות, המטענים החשמליים נתונים בננוקולונים (10^-9 C).

צורת המסך עם 2 מטענים היוצרים את השדה (אחד חיובי ואחד שלילי), מופיעה בתמונה הבאה:

צורת המסך עם מספר רב של מטענים היוצרים את השדה, ותנועה מורכבת של החלקיק הנע מופיעה בתמונה הבאה:

צורת המסך עם מספר רב של מטענים היוצרים שדה חשמלי הדומה לשדה הנוצר על ידי קבל לוחות, ותנועה מורכבת של החלקיק הנע מופיעה בתמונה הבאה:

בדפי העבודה שהציעו המורים בארה"ב (קבצים מצורפים באנגלית), ניתן לראות דוגמאות של טבלאות נתונים שמבקשים מהתלמידים למלא, ניתן למצוא שאלות שכדאי לשאול את התלמידים: לפני הרצת ההדמיה, תוך כדי הפעילות, ואחרי הפעילות (מסקנות), וניתן גם לראות מערכי שיעור בנושא.

 דפי פעילות באנגלית שפותחו באוניברסיטת קולורדו: