תנועת חלקיק טעון בין לוחות קבל

שלמה רוזנפלד*, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע.

תאור הפעילות

בהדמיה הנתונה נחקור תנועה של חלקיק טעון בהשפעת השדה החשמלי האחיד שבין לוחות קבל. שלושת הקווים שבחלון ההדמיה מתארים שלוש רשתות מתכתיות. המרחק בין הרשת הימנית לאמצעית הוא d1. המרחק בין הרשת השמאלית לאמצעית הוא d2. המתח בין הרשת השמאלית לאמצעית U1, והמתח בין הרשת הימנית לאמצעית הוא U2 . העיגול הכחול מציין חלקיק טעון. כדי לקבוע את מקום החלקיק על המסך עליכם להקליק בעזרת העכבר על הנקודה בו אתם רוצים להציב את החלקיק. בחלק הראשון של הפעילות נחקור את תנועת חלקיק טעון המתחיל ממנוחה ונע לאורך שדה חשמלי מאיץ בכל אחד מחלקי התנועה. בחלק השני של הפעילות נחקור תנועה מחזורית של החלקיק הטעון.

אפיון הפעילות

בהיבט הסילבוס
אלקטרומגנטיות, פוטנציאל חשמלי קיבול וקבלים:
2.1 פוטנציאל והפרש פוטנציאלים:
       - האצה של מטענים על ידי שדות חשמליים.

מכניקה, קינמטיקה:
1.6 תנועה בתאוצה קבועה:
       - הצגת המקום והמהירות כפונקציה של הזמן ע"י ביטויים אלגבריים וע"י גרפים.

מכניקה, דינמיקה:
2.8 יישום החוק השני לגבי תנועה לאורך קו ישר:

מכניקה, אנרגיה מכנית ושימורה:
4.1 אנרגיה קינטית, עבודה והקשר ביניהם:
        - המושג "אנרגיה קינטית".

בהיבט דידקטי
1. היבטים קינמטיים של תנועה בהשפעת כח חשמלי.
2. חקירת גרף האנרגיה הקינטית בתנועת חלקיק טעון במרחב המורכב מאזורים שונים של שדה אחיד, כפונקציה של הזמן.

הערות והמלצות דידקטיות

1. פעילות זו הינה פעילות להרחבה, העמקה וקישור
א. בין כיוון הכח החשמלי השקול ובין מסלול התנועה במישור.
ב. בין שיקולים דינמיים, שיקולים קינמטיים ושיקולי אנרגיה בתנועת חלקיק בשדה חשמלי.
2. מומלץ לבצע חזרה לגבי המאפיינים של תנועה מחזורית ותנועה הרמונית.
3. מומלץ לדון בשאלה האם זו תנועה הרמונית פשוטה כדאי, לשם כך, להתייחס גם לייצוג הגרפי של התאוצה, המהירות וההעתק
4. מומלץ לבקש מן התלמידים הן הסברים קינמטיים והן הסברים אנרגטיים לתנועת החלקיק
5. ניתן לבקש מן התלמידים להסביר את הדומה והשונה בין תנועה זאת לתנועת כדור הנופל מגובה מסויים ומתנגש אלסטית ברצפה.
5. כדאי לעודד את התלמידים לשלב בהסבריהם את המושגים "כוח", "שדה חשמלי", "אנרגיה פוטנציאלית חשמלית" ואנרגיה קינטית".
6. הפעילות ניתנת לביצוע כשעורי בית.
7. משך הזמן הדרוש לביצוע הפעילות הוא כ- 45 דקות + 45 דקות לדיון כיתתי.

הערות והמלצות טכניות

הפעילות מבוססת על הדמייה מהאינטרנט. ערכי הגדלים הפיזיקאליים המופיעים בחלון שמצידה הימני של ההדמייה ניתנים לשינוי ע"י הזזת הגררה בעזרת העכבר. על מנת לזוז בצעדים קטנים ניתן להשתמש בלחצני החיצים במקלדת.

*ההדמיה נבנתה ע"י שלמה רוזנפלד בסביבת Easy Java Simulations