חומרי עזר ממוחשבים

בחשמל

ומגנטיות

3

4

כדי להקל עליך את הוראת פרקי החשמל והמגנטיות, פיתח צוות הפיסיקה במכון ויצמן את תקליטורניתן וסרטונים. עבודה דפי מצגות, הכוללות ממוחשבת פעילויות מכיל עזר. התקליטור משאבי להשתמש במשאבים אלו במספר אופנים אשר מוצגים בספר המורה. מטרת משאבי העזר איננה לבוא במקום המורה, אלא לתת לו כלים נוספים להוראה, ליצור הזדמנויות נוספות לדיון כיתתי או לפעילות בקבוצות סביב מחשב.באותם המקרים בהם מעבדת הפיסיקה או חדר המחשבים אינם זמינים, ניתן לממש את משאבי העזר בעזרת מחשב בודד המחובר לחד- קרן. להדמייה או למצגת המופיעה על לוח פורמייקה ניתן להוסיף, בעזרת טוש מחיק, הערות או שרטוטים. עבודה בצורה זו הופכת את השיעור למעניין יותר עבור התלמידים, ומעלה את רמת הקשב שלהם. בתקליטור משאבי

מצגות14 סירטוני וידאו מלווי פעילויות ו-10 הדמיות ממוחשבות, 18העזר המצורף תוכל למצוא כבונוס" למורים המלמדים זרם חילופין הוספנו שתי מצגות ושלוש הדמיות בזרם חילופין, אך" שונות.

לחלק גדול מהקבצים הממוחשבים פותחו דפי עבודה, חלק הן נמצאות במחיצה ניפרדת בתקליטור. מדפי העבודה מיועדים למסגרת של עבודה כיתתית וחלקם מיועדים לעבודה של תלמיד בודד. מספר מצגות מהוות חזרה על נושאים בסיסיים בחשמל, את חלקן מומלץ להציג כאמצעי לפתיחת נושא חדש וחלקן מיועדות לסיכום ולחזרה. כאשר משלבים מצגת בתהליך ההוראה, רצוי להדפיס ולשכפל עבור התלמידים את השקפים המרכזיים במצגת. בספר המורה תמצא הדרכה כיצד להתקין וכיצד להשתמש בהדמיות והמצגות. תוכל גם למצוא רשימה ממוינת של משאבי העזר אשר בתקליטור והצעות הפעלה של כל אחד ממשאבים אלו. אנו מקווים כי בעזרת הכלים אשר בתקליטור זה תימצאו אתה ותלמידיך עניין נוסף במסגרת שיעורי הפיסיקה. חלק ממשאבי התקליטור ניתן להוריד

המכיל את התוכנה והמצגות.28M הוא קובץ מקובץ שגודלו מעל ElcSetup.zipמאתר זה: הקובץ כל שעליך לעשות הוא להוריד את הקובץ למחיצה זמנית לפתוח אותו ולהריץ ממנו את תוכנת

Setup.exeההתקנה: תוכנת ההתקנה תציג בפניך חלון ובו תיתבקש לבחור מחיצה יתקנו חלק המעזרים.

. בתפריט DCברירת המחדל היא מחיצה בשם בשורת המשימות( startהתחל ) תוכנות בשם:” פריט של קבוצת זה תוכל למצוא אתwezmannיתווסף ”. בפריט

” שלצלמית שלה הצורה:ElcProgתוכנת הניווט להדמיות:”

במחיצה שבה הותקנו ההדמיות תיצור תוכנת ההתקנה מחיצת משנהמצגות- PPtבשם את למצוא תוכל זו במחיצה , PowerPointע"י המתאפינות

הצלמית:

המאופינת ע"י הצלמית: Flashומצגת אחת ב-

) הקלדה על מקש זה תציגאת מצגת הכא"מ המושרה(.

בעזרת סמן העכבר, ותילחץ עלPowerPointברגע שתצביעה על צלמית מצגת

5

(Show) או הצג הכפתור הימני של העכבר, יפתח לפניך תפריט. בחירה באפשרות תוכל להפעיל פשוט ע"י לחיצה כפולה עלFlashתציג את המצגת. את מצגת ה-

צלמית התוכנה.

בהפעלת חלק מהמצגות תוצג הודעה שהמצגת מכילה פקודות מאקרו. במידהזמינות" לא תוכל להפעיל חלק ללא "הפוך פקודות מאקרו ותיבחר באפשרות

.מהאובייקטים השתולים במצגות לאחר הקשיח מהדיסק או מהתקליטור, ישירות להפעיל ניתן הסרטונים את

שהעתקת אותם אליו.

בחלק מהמצגות לא תוכל להשתמש ללא התקנת תוכנת הניווט!

הדמיות

: שדה של מטען נקודתי.1הדמיה מס'

6

בעזרת הדמיה זו ניתן: א.לבדוק את תלות השדה החשמלי בנקודה מסוימת בגודל המטען מחולל השדה

ובמרחק הנקודה ממחולל השדה. ב. לעקוב אחרי הפרמטרים של התנועה של חלקיק טעון בשדה חשמלי הנוצר על

ידי מטען נקודתי.ג. לחשב את עבודת השדה החשמלי על חלקיק טעון הנע בשדה זה.

הדמיה זו, שהושתלה גם במצגת על השדה החשמלי, מתארת את השדה החשמלי הנוצר על ידי מטען נקודתי הניצב במרכז המסך. את גודלו של המטען הנקודתי ניתן

(. הנקודה האדומה הקטנה יותר, מתארת1לשנות בעזרת פס הגלילה ) תמונה מטען בוחן והחץ הכחול מתאר את וקטור הכוח החשמלי ) או השדה החשמלי (ימחיש את תלות הפועל על מטען הבוחן. שינוי גודלו של המטען מחולל השדה

השדה החשמלי בגודל המטען מחולל השדה. את מטען הבוחן ניתן להניע על המסך בעזרת העכבר. את מרחקו של מטען הבוחן מן המטען מחולל השדה אפשר לראות בחלון הקטן שמשמאל לכפתור "מחק".

באופן זה ניתן להמחיש את תלות השדה במרחק ממחולל השדה. השדה בכיוון או בגודל שיתרחש השינוי את לצפות מהתלמידים לבקש מומלץ החשמלי כתוצאה משינוי בגודלו של המטען מחולל השדה או במרחק מטען הבוחן

ממנו. ההדמיה תאפשר לבדוק אם השערתם של התלמידים נכונה. אצל תלמידים קשה ההבחנה בין מטעני המקור והמטענים שעליהם פועל השדה החשמלי, והם אינם מפנימים את העובדה שהשדה החשמלי תלוי במקום ומשתנה מנקודה לנקודה. התלמידים גם, בדרך כלל, אינם מפנימים את משמעות הירידהלכן רצוי מחולל השדה. הגדלת המרחק מהמטען עם בעוצמת השדה הגדולה להדגיש בפניהם בעזרת ההדמיה את השינוי הגדול בעוצמת השדה כתלות במרחק.

7

באמצעות הדמיה ב. בשלב זה ניתן לעבור להדמיה "השדה החשמלי כשדה משמר". זו ניתן לחקור תנועת חלקיק טעון נקודתי החופשי לנוע בהשפעת השדה של מטען נקודתי אחר. ההדמיה מאפשרת להדגיש את העובדה כי במרחקים גדולים ממחולל

השדה התאוצה קטנה מאד ולכן המהירות היא כמעט קבועה. לאחר שאנו מדגימים את תנועת החלקיק החופשי בשדה של מטען נקודתי, אפשר לבקש מהתלמידים לשרטט גרפים איכותיים של מהירות ותאוצת החלקיק החופשי

כתלות במרחק ממחולל השדה או כתלות בזמן מרגע שחרור החלקיק ממנוחה. ג. שימוש נוסף להדמיה של שדה של מטען נקודתי יכול להיות כדיון מקדים באופיו

המשמר של השדה החשמלי. בעזרת הבחירה באפשרות "חישוב עבודת השדה" יופיע על מסך ההדמיה "מד-עבודה". "מד העבודה" מייצג מכשיר המודד את

העבודה שעושה השדה החשמלי על מטען חשמלי הנע על המסך באיזור בו שוררהשדה החשמלי.

:2הדמיה מס' עקרון הסופרפוזיצה

8

הדמיה זו מאפשרת להמחיש את אופן בניית השדה החשמלי הנוצר על ידי מטענים נקודתיים. במרכז המסך נמצאים שני מטענים נקודתיים. ניתן לשנות את גודלו של

כל אחד מן המטענים ואת המרחק ביניהם. להניע ניתן על בוחן מטען ולצפות המסך השדה בוקטור הפועל עליו. ע"י בחירה באופציה

"הראהניתן תרומות", את להציג לשדה התרומה החשמלי של כלמשני אחד

המטעניםמחוללי השדה.

9

: פריקת קבל3הדמיה מס'

הדמיה זו מאפשרת לך לדון בערכים של המתח ושל הזרם במעגל בעת פריקת קבל. כמו כן תוכלבחון את תלות המתח והזרם בהתנגדות הנגד ובקיבול הקבל.

10

אפשר להציג שעון וגרפים של זרם בנגד ומתח על הקבל. הפעלת ההדמיה:

בעזרת פס הגלילה האופקי תוכל לשנות את מתח הספק.

בעזרת מוטות הגלילה האנכיים תוכל לשנות את קיבול הקבל , ואת אורך קטע מוט

הפחם המחובר למעגל )הנגד המשתנה( .

שליטה על המפסק במעגל תתבצע על ידי הצבעה על החיבור השמאלי או הימני של המפסק, ולחיצה על כפתור שמאל של העכבר. הצבעה על החיבור השמאלי תעביר את המפסק שמאלה והצבעה על החיבור הימני

תעביר את המפסק ימינה. .להדמיה זו מצורפים דפי פעילות

. בשלבהצג שעוןבהדמיה זו ישנו שלב של תרגול. בשלב זה יש לבחור באפשרות בזמן הפריקה. התלמיד במעגל כתלות הזרם של גרף מציגה ההדמיה התרגול מתבקש לשנות את הפרמטרים השונים של המעגל: כא"מ המקור, התנגדות הנגד וקיבול הקבל ולנסות לשחזר את הגרף. שלב זה אידיאלי לדיון בפורום כיתתי כאשרהולכים התרגול בשלב התרגילים לפתרון. מנומקות הצעות מציעים התלמידים ונעשים קשים יותר ויותר. בהתחלה יש לשנות רק את מתח המקור כדי לשחזר אתהגרף, לאחר מכן לשנות גם את התנגדות הנגד ולבסוף לשנות גם את קיבול הקבל.

11

ניתן להציג את הגרף הרצוי או להסתירו. ניתןהגרפיםבתפריט גם לבחור את עובי הנקודות ועובי הצירים בגרף.

: טעינת קבל4הדמיה מס'

במקרה זה אין מדובר על הדמיה אלה על עבודה על קטע מצולם של ניסוי אמיתי. (. ברגע הפעלת ההדמיה מוצגת1הניסוי מתאר מעגל טעינה של קבל )ראה תרשים

בפני התלמיד תמונת המעגל. ברגע שהוא מציב את העכבר על רכיב מסוים הוארואה את סמל הרכיב.

4תמונה

כאשר יצביע התלמיד על קופסאת הנגדים או על קופסאת הקבלים )כשהכפתור השמאלי של העכבר לחוץ(, הוא יוכל לראות תמונה מוגדלת של הדקדה וכך לקרוא

את ערך ההתנגדות או ערכו של הקיבול במעגל. לחיצה על המפסק השחור מציגה סרטון של הניסוי. כדי לראות שמצידה השמאלי התחתון של תמונת המעגל,

12

את הסקלה של מד- הזרם יש להצביע בתמונת הניסוי על מד- הזרם וללחוץ עלהכפתור השמאלי של העכבר.

המקום להשתמש בתוכנה זו הוא כניסוי מכין לניסוי אמיתי. אנחנו מודעים לקושי של מורים לראות בקטע וידאו-ניסוי. אבל מניסיון של עבודה עם תוכנה זו, התברר לנויוצרת מצד אחד זה. התוכנה תוכנות מסוג דידקטיים בעבודה עם יתרונות שיש סיטואציה של ניסוי סובייקטיבי, כל תלמיד או קבוצת תלמידים מתנסים בעצמם. יחדהוא הניסוי תוצאות, קבוצת אותה על עובדים התלמידים שכל מכיוון זאת עם לכאורה אובייקטיבי. המשוב שהם יכולים לקבל אמין מאד. במידה והתלמידים עבדו בקבוצות קטנות, ניתן בפגישה כיתתית, לאחר מכן, לערוך דיון כיתתי בניסוי, בדרך

ניתוח התוצאות ובמסקנות מן הניסוי.

חשוב לשים לב כי הסקלה של מד- הזרם איננה במיליאמפרים אלא במיקרואמפרים ולבקש מהתלמידים להסביר כיצד ניתן לדעת זאת. מיומנות נוספת שבאה לידי ביטויזו איננה פחותה זה, היא שחזור שרטוט מעגל חשמלי מתרשים. מיומנות בניסוי

מהמיומנות של הרכבת מעגל חשמלימתרשים.

13

: המעגל הפשוט5הדמיה מס'

הדמיה זו מתארת מעגל חשמלי פשוט המכיל מד-זרם המחובר בטור לנגד משתנהבין הדקי הסוללה מחובר מד- מתח המודד את מתח ההדקים שלה. ולסוללה. לחיצה על הכפתורים ע"י פעילויות השתולות בהדמיה. מלווה בחמש ההדמיה

ניתן לדפדף בהדמיה קדימה או אחורההמשימה הקודמת או המשימה הבאה בהדמיה.

במשימה הראשונה נידרש התלמיד לשנות את הפרמטרים השונים של המעגל ולראות כיצד הםמשפיעים על הזרם והמתח במעגל.

במשימה השניה מופיע לצד המעגל גרף של מתח ההדקים של הסוללה כתלות בזרם במעגל. כדי לראות את הגרף יש לשנות את הערכים של כא"מ המקור ושל התנגדותו הפנימית. במשימה זו לומד התלמיד לזהות בגרף את כא"מ הסוללה ואת

התנגדותה הפנימית.

14

במשימה השלישית על התלמיד למצוא את הכא"מ של מקור מתח ואת התנגדותו הפנימית במעגל נתון. התלמיד עושה זאת ע"י מדידת הזרם והמתח עבור ערכים

שונים של ההתנגדות במעגל.

במשימה הרביעית מתבקש התלמיד להקליד במקום המתאים פונקציה המתארת את מתח ההדקים כתלות בזרם. באפשרותו לשרטט על הגרף את הפונקציה שהוא

בחר ולהשוות בינה לבין הגרף הנכון.

נגד מוצג מעגל המכיל בפני התלמיד מורכבת. היא משימה המשימה החמישית המחובר במקביל לנגד קבוע. מד-זרם המחובר בטור לנגד הקבוע מודדRמשתנה

את הזרם דרכו. שני הנגדים מחוברים בין הדקי מקור מתח. את כא"מ המקור ואת התנגדותו הפנימית ניתן לשנות. התלמיד מתבקש להקליד במקום המתאים פונקציה

. התוכנהR כתלות בהתנגדות הנגד המשתנה Raהמתארת את עוצמת הזרם בנגד כהתנגדות הנגדR כהתנגדות הנגד, Ra ככא"מ המקור, Eמזהה את הפרמטרים:

כהתנגדותו הפנימית של המקור.rהמשתנה ו-

15

חשוב: כאשר מקלידים סוגר ימני מימין לסימן יש להקפיד על רווח ביניהם.

16

: הספק במעגל פשוט.6הדמיה מס'

הדמיה זו עוסקת בחקירת ההספק המתפתח במעגל פשוט. ע"י גרירת זחלן הנגד המשתנה בעזרת העכבר )הנעת העכבר על הנגד כאשר הכפתור הימני לחוץ( ניתן לקבל את גרף ההספק כתלות בגודל הנגד. חקירת הגרף יכולה להיעשות ע"י שינוי

כא"מ המקור והתנגדותו הפנימית. , r ו-E בליווי הפרמטרים: R מתחת לגרף מצוי חלון קטן בו ניתן להקליד פונקציה של

ולבדוק את הגרף המתקבל ביחס לגרף הנכון.

ניתן להיעזר בהדמיה זו כדי לבחון את ההספק המתפתח במקור המתח ואת ההספקמתפתח הנגד על כי ללמוד ניתן זאת פעילות בעזרת במעגל. המתפתח הכולל

ההספק מקסימלי כאשר התנגדותו שווה להתנגדות הפנימית של המקור.להדמיה זו מצורף דף עבודה בו ניתן להשתמש בעבודה בקבוצות או בפורום כיתתי.

17

: מעגל המכיל יותר ממקור אחד7הדמיה מס'

הדמיה זו מתארת מעגל המכיל שני מקורת מתח, פוטנציומטר, שני מפסקים, מד- מתח ומד זרם. הקלקה על מפסק משנה את מצבו )מפתוח לסגור או ההפך(, הזזת סמן העכבר לאורכו של הנגד )כאשר הכפתור השמאלי של העכבר לחוץ(, משנה

את מקום הגררה על הנגד.

להדמיה זו מספר שימושים. הראשון שבהם הוא משימה לתלמיד ) באוגדן הפעילויות לתלמיד ניתן למצוא את הפעילות ( שבה הוא נידרש למצוא את כא"מ המקור הימני ואת התנגדותו הפנימית. המשימה איננה פשוטה וסביר להניח כי התלמידים יקדישויכול כלי למורה בעזרתו הוא לה לפחות שעה. שימוש אחר להדמיה הוא לתת ניתן למדוד כא"מ בשיטה כיצד ולהראות פוטנציומטר, חיבור ולהמחיש להסביר

דיפרנציאלית.

18

: השדה החשמלי כשדה משמר8הדמיה מס'

הדמיה זו, השתולה גם במצגת על אנרגיה פוטנציאלית חשמלית, באה לעזור לך להדגים את המשמעות של שדה משמר. ההדמיה מתארת חלקיק חופשי הנע בשדה

חשמלי הנוצר על ידי חלקיק טעון הקבוע במקום. המסך במרכז המצויר מלבן באמצעות מיוצג השדה( )מחולל הקבוע החלקיק

( . החלקיק החופשי מיוצג ע"י העיגול.0,0בנקודה )ניתן בעזרת ההדמיה לשנות את המטען של כל אחד מן החלקיקים ואת המקום לבחור תוכל התצוגה מתפריט החופשי. החלקיק של המהירות ואת ההתחלתי באפשרות להציג את וקטורי המהירות ) מיוצג ע"י חץ כחול( והתאוצה ) המיוצגת

ע"י וקטור ירוק( . כמו כן ניתן להציג תרשים עקבות של החלקיק החופשי.

19

יש לבקש מהתלמידים לתאר מסלול מקורב של החלקיק החופשי בשלב ראשון עבור ערכים שונים של המהירות ההתחלתית. ניתן גם לבקש מהם לצפות את האופן שבו תשתנה מהירות החלקיק. הפעלת ההדמיה תאפשר לבדוק את השערותיהם

של התלמידים. כדאי לחזור על פעולה זו עבור מטענים שונים, הן כאשר הכוחות ביןהחלקיקים הם כוחות משיכה והן כאשר בין החלקיקים פועלים כוחות דחייה.

בפריטעריכהבשלב השני כדאי לעבור לניתוח כמותי של התנועה. בוחרים מתפריט ללוח גיליוןהעתק מפעילים ההדמיה עצירת לאחר ההדמיה. את ומריצים

)אוCtrl+Cאלקטרוני, מצביעים על תא מסוים ולוחצים באותו הזמן על המקשים ( . תוצאות ההרצה יועברו לגיליוןהדבקמתפריט העריכה של הגיליון בוחרים בפריט

והן כוללות עמודות של מקום החלקיק והרכיבים של מהירותו ותאוצתו. לגיליון האלקטרוני יש להוסיף שתי עמודות האחת עבור האנרגיה הקינטית של החלקיקכאשר הקבוע. מהחלקיק החופשי החלקיק של מרחקו עבור והשניה החופשי משרטטים גרף של האנרגיה הקינטית של החלקיק החופשי כתלות בזמן, מקבלים

. 2בתרשים גרף כמוראה אנו רואים בבירור בגרף כי ישנם תמיד שני זמנים שבהם לחלקיק החופשי יש אותה אנרגיה קינטית. במילים אחרות עבודת השדה החשמלי על החלקיק בין שני זמנים אלו היא אפס. בשלב זה ניתן לשרטט גרף של המרחק של החלקיק ממחולל השדה כתלות בזמן. משני הגרפים מתברר כי באותם שני זמנים שבהם יש לחלקיק החופשי אותה אנרגיה קינטית, המרחק בין החלקיק החופשי לחלקיק קבוע זהה, בלי תלות

0.00E+00

5.00E-02

1.00E-01

1.50E-01

2.00E-01

2.50E-01

3.00E-01

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

t(s)

Ek ( J )

20

במיקומו של החלקיק החופשי. מכאן ניתן להסיק כי עבודת השדה החשמלי על החלקיק החופשי איננה תלויה במסלול אלא רק במרחק ההתחלתי ובמרחק הסופי

בינו לבין החלקיק הקבוע. בהמשך ניתן לצרף לגיליון האלקטרוני עמודה של העבודה שנעשתה על החלקיק החופשי מרגע שחרורו ) לחישוב העבודה נשתמש במשפט עבודה אנרגיה(. שרטוט

גרף של העבודה כתלות בהופכי של המרחק ממחולל השדה נותן קו ישר. ניתן גם להריץ את ההדמייה כאשר משנים את מטען אחד החלקיקים, הדבר יתבטא בשיפוע הגרף של העבודה כתלות בהופכי של המרחק. אם נשנה רק את המקום ההתחלתי של החלקיק החופשי יסתבר לנו כי השינוי בגרף העבודה כתלות בהופכי המרחק הוא בנקודת החיתוך של הגרף בציר העבודה. פעילות זו שאיננה פשוטה כלל ועיקר, יכולה להמחיש לתלמיד היטב את המשמעות של שדה משמר ולהוות

רענון וחזרה על מושגים בסיסיים במכניקה.פעילות זו יכולה להוות את אחד מניסויי המעבדה לבגרות.

: השדה החשמלי של קליפה9הדמיה מס' כדורית

21

ההדמיה טעונה. כדורית קליפה ע"י הנוצר החשמלי בשדה עוסקת זו הדמיה מתארת חלקיק חופשי הנע בהשפעת שדה של קליפה כדורית טעונה. הקליפה

מיוצגת באמצעות עיגול המשורטט במרכז המסך. הצעות הפעלה: א. להציג את השדה החשמלי מחוץ לקליפה ובתוך הקליפה. ניתן להשתמש בוקטור התאוצה של החלקיק )ע"י בחירה מתפריט התצוגה של וקטור התאוצה( כמייצג לוקטור השדה. הצבת החלקיק החופשי במקומות שונים על המסך

נותנת מושג על השדה החשמלי באזורים השונים. ב. לחקור את תנועת חלקיק בהשפעת שדה זה. שאלת חקר מעניינת יכולה להיות חקירת תנועתו של חלקיק שמהירותו ההתחלתית מכוונת אל מרכז הקליפה. ניתן

( קטן מערך מסוים, האנרגיה הקינטית שלRaלראות כי כאשר רדיוס הקליפה ) החלקיק איננה מספיקה לו כדי לחצות את הקליפה הכדורית.

אפשר לבקש מהתלמידים לערוך גרף איכותי של מהירות החלקיק או של האנרגיה הקינטית שלו כתלות במרחקו מהקליפה הכדורית. חשוב שהתלמידים יראו כי בתוך

הקליפה נע החלקיק במהירות קבועה ואין שינו באנרגיה הקינטית שלו. ג. אפשר גם להמחיש את המשמעות של מושג הקיבול. ככל שרדיוס הקליפה גדול

יותר, כך החלקיק החופשי צריך אנרגיה קינטית קטנה יותר כדי להגיע אליה.

22

: השדה בין שתי קליפות כדוריות10הדמיה מס'

ההדמיה כאן עוסקת בתנועת חלקיק חופשי בשדה הנוצר ע"י שתי קליפות כדוריות. ומטען החלקיק החופשיQa ,Qb. מטעני הקליפות הם Rb ו- Raרדיוסי הקליפות הם

.qהוא

זו מספקת הזדמנות טובה לחזור ולחזק את עקרון הסופרפוזיציה. ניתן הדמייה להציב את החלקיק במקומות שונים ולשאול את התלמידים מה ניתן לעשות כדלתאוצתו את לאפס

) במקרה זה התאוצה פורפורציונית לעוצמת השדה(. אפשר ליצור קונפיגורציה מסוימת של מטענים ולבקש מהתלמידים לשרטט גרף איכותי של מהירות החלקיק כתלות במרחק ממרכז הכדורים. ניתן להעביר את נתוניכתלות המהירות גרף את בו ולשרטט אלקטרוני לגיליון החלקיק של התנועה במקום. ניתן להעזר בגרף ולקיים דיון כיתתי על התלות של עצמת השדה החשמלישהמורה הוא יפה תרגיל הקליפות. ממרכז הנקודה במרחק מסויימת בנקודה ישרטט על הלוח גרף איכותי של השדה כתלות במרחק ממרכז הקליפות ויבקש מהתלמידים להחליט מה צריכם להיות הפרמטרים השונים כדי ליצור אותו גרף.

23

שינוי הפרמטרים בהדמיה בהתאם להצעות התלמידים מאפשר לבחון האם באמתמתקבל הגרף הנדרש.

בפריט תצוגהבמידה ורוצים להציג את תנאי ההתחלה יש לבחור מתפריט הצג ההדמיה תדרוש סיסמא. אין צורך להקליד סיסמא, אלא להקלידתנאי התחלה.

מתאר את מהירות החלקיק כתלות במקומו על ציר ה-3. תרשים OKעל הכפתור x.

: מוט נע בשדה מגנטי11הדמיה מס'

הדמייה זו מציגה מערכת של שני פסים מוליכים ישרים וארוכים שהתנגדותם זניחה. בכיוון ניצב למישור הפסים המוליכים שורר שדה מגנטי שאת כיוונו ניתן להפוך. על הפסים מונח מוט מוליך אותו ניתן להזיז בעזרת העכבר ימינה ושמאלה. בין שני המוליכים מחובר מד-זרם המודד את הזרם המושרה במעגל כתוצאה מתנועת המוט המוליך. ההדמיה מאפשרת לראות גרף של הזרם המושרה במעגל כתלות בזמן.

כמו כן מאפשרת ההדמיה להציג את הכוח המגנטי הפועל על המוט.

v(m/s)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

-10.00 -8.00 -6.00 -4.00 -2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

x(m)

v ( m / s )

24

בעזרת ההדמיה ניתן להמחיש את תלות הזרם המושרה במהירות המוט, בהתנגדותוובעוצמת השדה המגנטי.

או עם (Elc.exeהדמיה זו ניתן להפעיל במשולב עם המצגת על כא"מ מושרה ) הסרטון המציג את הזרם המושרה במוט הנע בשדה מגנטי והמהווה חלק ממעגל

.מוט נע בשדה מגנטי( במידה ומשתמשים בהדמיה להדגמה בלבד, איןaviסגור )הרבה מה לעסוק בה.

רצוי להשתמש בה להמחשת התופעה בלבד ולתת הסבר מעמיק יותר לתופעה בעזרת המצגת. מובן שחשוב לזכור שההדגמה הראשונה במעלה, היא הצפייה

בניסוי בפועל. (.kammלהדמיה זו דף פעילות )

25

: מסגרת מוליכה הנעה בשדה12הדמיה מס' מגנטי אחיד

הדמייה זו עוסקת באחת מבעיות המפתח בהוראת הפיסיקה: מסגרת מוליכה הנעה באזור בו שוררשדה מגנטי אחיד.

ניתן לשנות את הפרמטרים של ההדמיה, כך שהיא תתאר מגוון רחב של מיקרים. ממסגרת הנזרקתועד למצב של מסגרת הנופלת בהשפעת כוח הכבידה בשדהv0כלפי מעלה במהירות התחלתית

המגנטי. (, את כיוונו, את רוחב האזור בו שורר השדה המגנטי )Bניתן לשנות את עוצמתו של השדה המגנטי )

DY ( ואת הגובה בו הוא מתחיל ) Y0( כמו כן ניתן לשנות את תאוצת הכבידה .)gניתן לשנות את .) ( המסגרת )Lרוחב אורכה את ,)d( החשמלית התנגדותה ,)R( מסתה )Mמהירותה ואת )

ההתחלתית. כדי לשנות את מקומה ההתחלתי של המסגרת צריך פשוט להזיז את סמן העכבר בחלוןזו תגרום להצמדת הקצה השמאלי התחתון של ההדמיה כאשר הכפתור השמאלי לחוץ. פעולה

המסגרת לסמן העכבר.

26

כדאי להשתמש בהדמיה זו בשלב התרגול, כשהתלמידים מכירים כבר את נושא הכא"מ המושרה ואתחוק לנץ.

הצעות לפעילות: והפעל את2.5T ואת עוצמת השדה המגנטי ל- 2m/sא. קבע את מהירות המסגרת ל- -

ההדמיה. בקש מהתלמידים לתאר את אופן תנועת המסגרת. רואים היטב כי המסגרת מאיטה בעת כניסתה לשדה המגנטי, נעה במהירות קבועה בתוכו ומאיטה פעם נוספת בצאתה מן השדה המגנטי.

יותר ע"י בחירה זו ניתן להמחיש טוב תופעה וקטור מהירות באופציה שבתפריטהצג

אותצוגה בוקטורי התאוצה להיעזר . אפשר התופעה. את להסביר כדי המגנטי הכוח גרף לשרטט התלמידים מן לבקש אפשר בזמן כתלות והמהירות הכא"מ של איכותי הגרף לעומת שלהם הגרפים את ולבחון זה ניתן המתקבל באמצעות ההדמיה. בשלב ולבקש בהדמיה מסוים פרמטר לשנות מהתלמידים לנסות ולצפות כיצד שינוי זה יבוא

לידי ביטוי בגרפים השונים.היא בשר" "הרבה בה שיש פעילות ב. מוליכה הנופלת בשדה הפעילות של מסגרת שבו במצב לעסוק רצוי בהתחלה כבידה. הלולאה מתחילה את תנועתה בתחילת אזור

ושנה את אורך המסגרת ואת אורך איזור השדה לערכםR=1השדה. את התנגדותה קבע לכ- . הרץB=2.5T ואת עוצמת השדה המגנטי g=10m/s2המקסימאלי. קבע את תאוצת הכובד ל-

. 4את ההדמיה. יתקבלו גרפים כמוראה בתרשים אפשר לבקש מהתלמידים להסביר את הגרף, להסביר מדוע המהירות מגיעה לערך קבוע. מה ניתן להסיק מכך על הכוחות הפועלים על המסגרת. כיצד תלויה המהירות הגבולית בפרמטרים השונים. כיצד היה נראה הגרף אילו למסגרת היתה מהירות התחלתית גדולה מהמהירות הגבולית. גם כאן

ניתן לשנות אחד הפרמטרים ולבקש מהתלמידים לנסות ולצפות את השינוי בגרף.

חשוב: תאוצות ריגעיות גדולות מדי יכולות לגרום לשגיאה גדולה בהדמיה ולהאטת הצגתה. ( בו ניתן להשתמש בעבודה בקבוצות או בפורום כיתתי. magnet.docלהדמיה זו מצורף דף עבודה )

27

: תנועת חלקיק בשדה אלקטרו מגנטי13הדמיה מס'

אחד הנושאים שאנו דנים בהם הוא תנועת חלקיק בשדה אלקטרומגנטי. בעזרת הדמיה זו ניתן לחקור את התנהגותו של חלקיק טעון בשדה מגנטי כאשר מהירותו ההתחלתית ניצבת לשדה. ניתן גם להוסיף שדות חשמליים בכיוון מאונך או מקביל לשדה המגנטי הנתון ולראות כיצד נע החלקיק בהשפעת שדות אלו. יתרונה של הדמיה זו הוא בכך שהיא מאפשרת לראות את מודל הכוח במפורש.

שינוי משוואות הכוח יגרום לחלקיק לנוע באופן שונה. פעילות ראשונית בהדמיה זו היא לבקש מהתלמידים לצפות את כיוון הסטייה של החלקיק עבור ערכים נתונים של מהירות ועוצמת שדה. או לבדוק כיצד רדיוס הסיבוב, ותדירות הסיבוב תלויים

בפרמטרים השונים.יותר היא חקירת התנועה של החלקיק בשדה אלקטרומגנטי. מוסיפים לשדה פעילות מורכבת

( ומבקשים מן התלמידים לחשב את מה המהירות הדרושה לחלקיקEyו- Exהמגנטי שדה חשמלי ) כדי שהוא ינוע ללא כל סטייה בשדות.

ניתן גם לדון במערכת מנקודת מבטו של צופה הנע יחסית למערכת במהירות

E⃗×B⃗B2

Ey=0. כאשר נמצא כי עבור צופה הנע מטה במהירות Ex>0ו Vy=Ex/Bהחלקיק מבצע סתם תנועה מעגלית

.Vy-Ex/B (*B(+Ex(*q של הכוח מקבל במערכת כזו את הצורה: )X) רכיב ה-

28

: ספקטוגרף מסות-14הדמיה מס'

נהוג ללמד מכשירים המשמשים לחקר הגרעין. אחד המכשירים הוא לימודי המגנטיות במסגרת ספקטרוגרף המסות. הדמיה זו מאפשרת להמחיש את אופן פעולת מכשיר זה. למעשה מתארת

הדמיה זו שני חלקים מרכזיים של הספקטרוגרף, בורר המהירויות בכניסה והספקטוגרף עצמו.

זו בכך שמודל הכוח מוצג בה בבירור. ההדמיה יכולה לסייע לך להסביר את יתרונה של הדמיה יכול לבדוק עם התלמידים מה קורה כאשר מהירות עקרונות הפעולה של הספקטרוגרף. אתה

או להציג את המסלולים השונים של חלקיקים בעליV=E/Bהחלקיק איננה מקיימת את התנאי : מסות שונות.

29

: מודל של ציקלוטרון15הדמיה מס'

התקן נוסף שמעניין לדון בו כאשר עוסקים בכוח לורנץ הוא הציקלוטרון. ההדמיה זו מאפשרת בקלות להמחיש את אופן פעולתו. בעזרת ההדמיה ניתן לבחון את התנהגות החלקיק הטעון כאשר

תדירות מקור החילופין איננה שווה לתדירות הסיבוב של החלקיק. פעילות מעניינת היא לבקש מהתלמידים למצוא ביטוי לתדירות הזוויתית של המקור ולרשום ביטוי זה במקום המתאים בהדמיה.

ניתן להעביר את תוצאות ההדמיה לגיליון אלקטרוני ולבחון את השינוי במהירות או באנרגיה הקינטיתכתלות במרחק החלקיק מהראשית או בזמן.

30

סרטוני ווידאו

:להלן רשימה של סרטוני הוידאו שבתקליטור) תוכל גם לצפות מהם מאתר זה(

מס'שם הקובץתאור הסרטוןשם הקובץשם הסרטוןסדורי

טעינה על-ידי1elc2.aviהפרדת מטענים

הסרטון מתאר טעינה של שני כדורי מתכתעל-ידי קירובם לפס אלומיניום טעון.

מצב עלי אלקטרוסקופ כתוצאה ממגע של כל אחד מן הכדורים בדיסקת

האלקטרוסקופ לפני ואחרי הטעינה, מאשרשכל אחד מן הכדורים אכן נטען.

Chargevid.doc

זרמים חולפים2בשפופרת נאון

elc3.avi, elc5.avielc3.mpg, elc5.mpg

הסרטונים מתארים הבזקי אור המתקבליםבשפופרת נאון.

פעם אחת מתקבלים הבזקי האור כתוצאה מחיבור הדקי השפופרת למקור מתח ובפעם השניה מתקבלים הבזקי האור

כתוצאה ממגע של כל אחד מהדקי השפופרת בכדור טעון )הכדורים טעונים

בקוטביות הפוכה(.

Tempcurvid.doc

3 נורית נאון

בסביבת מחוללואן דה גראף

elc4.avi, elc4.mpg

הסרטון מתאר הבזקי אור המתקבלים בשפופרת נאון המוצבת בסמוך למחולל ואן

דה גרף. שינוי מקומו של אחד מהדקי השפופרת ביחס

לפני הכדור המחולל גורמת לשינוי בעוצמתהבזקי האור בשפופרת.

elc4.doc

4 תנועת מטען בשדה חשמלי

אחידe to m.mpg

הסרטון מתאר את מסלול תנועתם שלאלקטרונים בשפופרת קתודית.

שינוי המתח בין הלוחות האופקיים שבשפופרת גורם לשינוי במסלול התנועה

של האלקטרונים.

etom.doc

מהו המטען על5elc6.avi, elc6.mpgהלוח?

הסרטון עוסק בהשפעת לוח טעון על מסלולתנועתו של חלקיק טעון.

אלקטרונים נעים אופקית בתוך שפופרת קתודית. הצבת לוח שנטען על-ידי שפשוף

מעל אחד הלוחות האופקיים של השפופרתגורם להטיית המסלול של האלקטרונים.

elc6.vid

31

מס' שםסדורי

שם הקובץתאור הסרטוןשם הקובץהסרטון

הכדור6 כדור מקפץ avi .המקפץ

הסרטון מתאר תנועה של כדור טעוןהנמצא בין לוחות קבל.

הכדור הנמצא תחילה במנוחה מתחיל לקפץ בין לוחות הקבל כתוצאה

מהגדלת המתח בין הלוחות.

jumpballvid.doc

מוט נע בשדה7מגנטי

.aviמוט נע בשדה מגנטי

הסרטון מתאר את תנועתה של "נדנדה" מוליכת זרם באיזור בו שורר

שדה מגנטי. ה"נדנדה" המכופפת בצורת חית, הינה

חלק ממעגל חשמלי הכולל מד זרם רגיש. מגנט קטן מוצב מתחת לחלק האופקי של ה"נדנדה". מסיטים את הנדנדה ממצב שיווי המשקל שלה.

ה"נדנדה" נעה הלוך ושוב במשרעת ההולכת וקטנה. מד הזרם מורה את גודלו ואת כיוונו של הזרם המושרה

במעגל.

Moovingbarvid.doc

מגנטים8Fallingmagnets.aviנופלים

הסרטון מתאר תנועה של מגנט בתוך שני צינורות שונים. צינור אחד עשוי

מאלומיניום וצינור שני עשוי מקרטון. זמן נפילת המגנט בצינור האלומיניום

קטן מזמן נפילת המגנט בצינורהקרטון.

Fallingmagnetsvid.doc

9 מגנט מתגלגל

על מישורמשופע

.avi 3מגנט מתגלגל

הסרטון מתאר את תנועתו של מגנטגלילי קטן במורד מישור משופע.

במקרה אחד נע המגנט במורד מישור משופע העשוי מחומר מוליך ובמקרה שני נע המגנט לאורך מישור משופע

העשוי מחומר מבודד.

Inclinedplanevid.doc

10

תנועת יונים באזור בו

שוררים שדה מגנטי ושדה

חשמלי המאונכים זה

לזה

electroliza1.avi, electroliza2.avi

הסרטון מתאר את תנועתם של יונים באזור בו שורר שדה חשמלי המאונך

לשדה מגנטי. תמיסה אלקטרוליטית נמצאת בין שתי

אלקטרודות היוצרות שדה חשמלי רדיאלי. במאונך לכלי, המכיל את

התמיסה, מוצב מגנט פרסה. בתוך התמיסה צף חץ קל. בתחילה הפרש

הפוטנציאלים בין שתי האלקטרודות שווה לאפס והחץ במנוחה. הפרש

פוטנציאלים שונה מאפס בין האלקטרודות גורם לתנועה מעגלית

של החץ. הגדלת הפרש הפוטנציאלים גוררת הגדלת מהירותו של החץ. שינוי

קוטביות האלקטרודות גורם לשינויכיוון התנועה של החץ.

electrolizavid.com

32

מצגות

כללי

בפרקי חשמל ומגנטיות מיועדות למורה. מצגות אלה מהוותPower Pointמצגות ה חלק מכלי ההוראה המלווים את ספר הלימוד "פרקי חשמל ומגנטיות". המצגות מתחלקות לשני סוגים. סוג אחד הוא מצגות סיכום וחזרה, וסוג שני הוא של מצגות

אותן מומלץ להעביר בפתיחת נושא.

כל אחת ממצגות הסיכום והחזרה מטפלת ביחידה קטנה של חומר הלימוד והיאושקופיות תמיכה. שקופיות הגרעין "מכסות" את התכנים גרעין מכילה שקופיות ביחידה בהן מטפלת המצגת ושקופיות התמיכה מיועדות לחזרה, הרחבה או תרגול.

כל אחת מן המצגות בנויה ככלי הוראה אינטראקטיבי המאפשר ניווט בין השקופיות.או אחרות למצגות המצגות מן "יציאה" ואין השונות המצגות בין קישורים אין

לאתרים באינטרנט.

דרכי הניווט במצגת מאפשרות לכל מורה להחליט על היקף השימוש שיעשה בכלמן המצגת או אפילו בחלק יכול להשתמש במצגת כולה, בחלק מצגת. המורה משקופית בודדת. המורה יכול להשתמש במצגת ספציפית יותר מאשר בשיעור אחד ללא צורך בחזרה על חלקים מן המצגת אשר הוצגו בשעורים קודמים. במצגות הסיכום והחזרה הניווט נעשה בעזרת הדף הראשי, במצגות אחרות ניתן לעשות זאת

באמצעות נווט השקופיות.

התכנים בכל שקופית מוצגים בשלבים, שלבים המכוונים לאפשר אינטראקציה ביןמומלץ זו אינטראקציה לאפשר כדי המצגת. הצגת במהלך לתלמידים המורה להעזר במצגת במסגרת כיתתית ואין זה רצוי לתת אותה לתלמידים לצורך למידהולהעבירם במצגת מרכזיים דפים ולשכפך להדפיס רצוי זאת עם יחד עצמית.

לתלמידים לפני או תוך כד השימוש במצגת.

מבנה מצגות הסיכום והחזרה ואופן הניווט בהן

לכל אחת מן המצגות מבנה זהה המורכב מ:דף הביתא.שקופיות גרעיןב.שקופיות תמיכהג.

– לדף הבית שני חלקים: תוכן העניינים ומפתח הסימנים. תוכן הענייניםדף הבית מציג את רשימת שקופיות הגרעין ומפתח הסימנים מציג את כפתורי הניווט במצגת

)צלמיות(. בכל אחת מן המצגות יש שישה כפתורי ניווט: חזרה לדף הביתהשקופית הבאה בתורהשקופית הקודמתתזכורת, הרחבהפתרון השאלהבחזרה לשקופית האחרונה שנצפתה

33

מדף הבית ניתן לעבור לכל אחת משקופיות הגרעין אך אי אפשר לעבור ישירותלשקופיות התמיכה. מכל שקופית במצגת ניתן לחזור לדף הבית.

– שקופיות הגרעין מופיעות ברצף התואם את רצף הצגת יחידתשקופיות גרעין הלימוד בספר הלימוד.

שקופיות אלה מכילות אמצעי אינטראקציה כ:)טבלאות )לחיצת עכבר משלימה תכנים בטבלאותפיתוח ביטויים אלגברייםהשוואות והנגדותשאלות ותרגילים)בניית מפת מושגים )סיכום היחידה

כל אחד מאמצעים אלה נועד להקנות לתלמידים תחושה של שיתוף בבניית השקופית. מפת המושגים.לסיכום המצגת, יכולה כמובן להיות בסיס לדיון ונקודת מוצא למפות אחרות שיציעו תלמידים

המעבר לכל שקופית גרעין יכול להתבצע או מדף הבית או משקופיות גרעין סמוכות. מכל שקופית.גרעין ניתן לחזור לדף הבית או לעבור לשקופיות תמיכה רלוונטיות

– שקופיות אלה באות לתמוך בחלק משקופיות הגרעין. לכלשקופיות תמיכה שקופית גרעין )שקופית אם( יכולות להיות כמה שקופיות תמיכה. חלק משקופיותשקופיות וחלקן הרחבה שקופיות חלקן )חזרה(, תזכורת שקופיות הן התמיכה

המציגות פתרונות לתרגילים שהוצגו בשקופית האם.

שקופיות התמיכה הן שקופיות "נסתרות" )אינן מופיעות בתוכן העניינים(. אי הצגתן של שקופיות התמיכה אינו פוגם ברצף התוכני של המצגת. בהתאם להתפתחות

השעור יכול המורה להחליט אם להשתמש בכל אחת משקופיות תמיכה אלו.

המעבר לשקופיות התמיכה מתבצע רק מתוך שקופיות האם. מכל שקופית תמיכהניתן לחזור לשקופית האם או לדף הבית.

התרשים הבא מסכם את מבנה ואופן הניווט בכל מצגת:

דף הבית

34

שילוב המצגות ברצף ההוראה

לימוד פרונטאלית בכיתה. יחידת כל אחת מן המצגות נבנתה מנקודת ראותו של מורה המלמד ככזאת, ניתן להעזר במצגת ככלי מארגן. כלי מארגן הן בתחום התוכן והן בצורת הצגת התוכן. לכן

ניתן לשלב כל מצגת ברצף ההוראה בשני אופנים:כחלק אינטגרלי של הוראת יחידת הלימודכסיכום יחידת הלימוד

יחידת הלימוד מקנה הארגון בתחום התוכן מסגרת בשילוב המצגת כחלק אינטגרלי של הוראת הוראה המבטיחה סדר הוראה הגיוני ו"כיסוי" תכנים בהתאם לספר הלימוד. הצגת התוכן כוללת ביןזמן זו באה לחסוך והדמיות פשוטות. הצגה דינמיים(, טבלאות השוואה היתר תרשימים )חלקם

ולהקנות לתלמיד כלים לארגון מסודר של הידע שלו.

לכן מורה הבוחר בשילוב המצגת כחלק אינטגרלי של תהליך ההוראה יעבוד לפי הסדר המוצעבמצגת ויעזר בה כתחליף כמעט מלא של לוח הכיתה.

שקופיות הגרעין. משקופיות בחלק רק המורה יתמקד לימוד, ליחידת כסיכום המצגת בשילוב המאפשרות להציג בתוך זמן קצר תמונה כוללת של יחידת הלימוד.

* רשימת מצגות החזרה והסיכוםמעגלי זרם ישרשלבים בניתוח רשתות חשמליותמגנטי שדה שוררים בו באיזור טעון חלקיק תנועת

ושדה חשמלי המאונכים זה לזהכוחות מגנטיים בין זרמים מקבילים, הגדרת האמפר

35

כא"מ מושרה – המקרה של תנועת מוט מוליך בשדה מגנטי אחיד

* רשימת מצגות לפתיחה וסיכום של נושא

השדה החשמליאנרגיה חשמליתחוק גאוספוטנציאלזרם ישרמושג יסוד בזרם ישרמעגלים בסיסיים- ) מבוסס על חוברת משוב מהתוכנית חשמל

ואנרגיה(השדה המגנטיכא"מ מושרה מעגלRL מעגלRC

טבלת המצגות

להלן רשימת המצגות שבתקליטורמעגלי זרם ישר – המעגל הטורישם המצגת1

Maagalyzerem.pptשם הקובץ

תוכן המצגת מאזני אנרגיה במעגל טורי פשוט, הספק ויעילות ההספק במעגל טורי

פשוט, מעגל טורי רב רכיבים, מתח ההדקים של סוללה. הצעותהפעלה

מומלץ להשתמש במצגת כסיכום לפרק ד' בספר הלימוד. ניתן להציג את כל המצגת בסדר הנתון תוך יציאה לשאלות או הרחבות המופיעות בגוף המצגת וניתן גם לטפל בתת-נושאים תוך היעזרות בתוכן העניינים שבדף

הבית.תת-הנושאים הם:

תהליכים אנרגטיים במעגל חשמלי כבסיס לחישוב הזרם במעגל ולהפרש פוטנציאלים בין שתי נקודות במעגל

(4, 3, 2)שקופיות 6הספק ויעילות ההספק במעגל חשמלי פשוט )שקופיות,

7 ,8)

36

(11, 10, 9מעגל מרובה נגדים )שקופיות (14, 13, 12מעגל טורי מרובה סוללות )שקופיות (14, 5מתח הדקים של סוללה )שקופיות (15ארגון מושגי פרק ד' במפת מושגים )שקופית

התכנים בכל שקופית מוצגים בשלבים כך שהמורה יכול לשתף אתהתלמידים בעת "בניית" השקופית.

דרכי שיתוף אפשריות:מילוי של טבלאות( הגדרה מילולית של ביטויים אלגברייםcallouts)תשובות לשאלותפיתוח של ביטויים כמותייםהשוואות והנגדותבניית מפת מושגים

שלבים בניתוח רשתות חשמליותשם המצגת2Reshatot.pptשם הקובץ

תוכן המצגת מציאת זרמים בענפים והפרשי פוטנציאלים בין נקודות ברשתות חשמליות.

שני הכללים של קירכהוף, כלל שימור המטען וכלל שימור האנרגיהבמעגל סגור. מאזני אנרגיה ברשתות, מתח הדקים של סוללות.

הצעותהפעלה

המצגת מציגה, צעד אחר צעד, את השלבים בניתוח רשת חשמלית. הניתוח בעזרת מאזני אנרגיה של חלקיק טעון ה"מטייל" לאורך מסלולים

סגורים ברשת.

מומלץ להשתמש במצגת כסיכום לניתוח רשתות חשמליות. המנחות את התלמיד במציאת הזרמים2-7ניתן להסתפק בשקופיות

בענפים השונים והפרשי פוטנציאלים בין כל שתי נקודות במעגל.

מטפלת במתח ההדקים של סוללות ומאפשרת לתלמיד לעמוד8שקופית

37

על המשמעות של מתח הדקים הגדול מכא"מ של סוללה.

מסכמת את כל התהליכים האנרגטיים המתרחשים במעגל.9שקופית

אם רוצים להדגיש את העובדה ששינוי מקומי במעגל גורם לשינוי בכל ואת הפתרון לשאלה המוצגת בשקופית7המעגל ניתן להציג את שקופית

(.7 אליה ניתן להגיע רק משקופית 15 )הפתרון מוצג בשקופית מס' 7

התכנים בכל שקופית מוצגים בשלבים כך שהמורה יכול לשתף אתהתלמידים בעת "בניית" השקופית.

דרכי שיתוף אפשריות:( הגדרה מילולית של ביטויים אלגברייםcallouts)תשובות לשאלותפיתוח של ביטויים כמותייםקישור בין תהליכים לבין ייצוגם בדרך אלגבריתבניית מפת מושגים

תנועת חלקיק טעון באיזור בו שוררים שדה חשמלי ושדה מגנטי המאונכיםשם המצגת3זה לזה

Elecmagnet.pptשם הקובץ

תוכן המצגת

תנועת חלקיק טעון ללא סטייה באזור בו שוררים שדה מגנטי ושדה חשמלי המאונכים זה לזה. תנועת אותו חלקיק בהשפעת אחד השדות בלבד לאחר שהשדה השני בוטל. השפעת מסתו של החלקיק על אופי תנועתו בשדה החשמלי ועל אופי תנועתו בשדה המגנטי המאונך לכיוון

מהירותו. הצעותהפעלה

בפרק ו'.17המצגת מבוססת על שאלה

מובא ניתוח אנליטי המראה כי חלקיק שאינו סוטה2-5בשקופיות ממסלולו באזור בו שורר שדה מגנטי אחיד המאונך לשדה חשמלי אחיד,

נע בתנועה קצובה. בוחנות את המצבים ההדדיים האפשריים של השדה6-8שקופיות

החשמלי והשדה המגנטי המבטיחים שהכוח המגנטי הפועל על החלקיקיבטל את הכוח החשמלי הפועל עליו.

38

מפותח ביטוי למהירות החלקיק.9בשקופית

ברצף ההוראה כחלק מהוראת2-9מומלץ לשלב את שקופיות ספקטרוגרף המסות.

נדונה תנועת החלקיק באזור בו שורר שדה מגנטי בלבד.10בשקופית בתשובות לשאלות המופיעות בשקופית זו יש הבחנה בין תנועתו של חלקיק טעון שלילית לבין תנועתו של חלקיק טעון חיובית )שקופית

( והבחנה בין מסלולים מעגליים של חלקיקים בעלי מטענים16נסתרת (.17זהים ומסות שונות )שקופית נסתרת

נדונה תנועת החלקיק באזור בו שורר שדה חשמלי בלבד.11בשקופית בתשובות לשאלות המופיעות בשקופית זו יש הבחנה בין תנועתו של חלקיק טעון שלילית לבין תנועתו של חלקיק טעון חיובית )שקופית

( והבחנה בין מסלולים של חלקיקים בעלי מטענים זהים ומסות18נסתרת (.19שונות )שקופית נסתרת

יכולות לבוא כסיכום ביניים המשווה בין תנועת החלקיק10-11שקופית בשדה מגנטי אחיד לבין תנועתו בשדה חשמלי אחיד.

( מציגה את כלל היד4 )אליה ניתן להגיע משקופית 13שקופית נסתרת הימנית למציאת הכוח המגנטי הפועל על חלקיק טעון הנע באזור בו

שורר שדה מגנטי.

התכנים בכל שקופית מוצגים בשלבים כך שהמורה יכול לשתף אתהתלמידים בעת "בניית" השקופית.

דרכי שיתוף אפשריות:מילוי של טבלאות - בעת מילוי הטבלאות מתנסים

התלמידים בכלל היד הימנית ומבחינים בהבדל העקרוני ביןכיוונו של הכוח המגנטי לבין כיוונו של הכוח החשמלי.

שרטוט איכותי של מסלולי תנועהתשובות לשאלותפיתוח של ביטויים כמותייםהשוואות והנגדות.בניית מפת מושגים

כוחות מגנטיים בין זרמים מקבילים, הגדרת האמפרשם המצגת4amper.pptשם הקובץ

תוכן המצגת השדה המגנטי הנוצר על-ידי תיל ארוך אינסופי נושא זרם, הכוח המגנטי

ההדדי הפועל בין שני תיילים ארוכים הנושאים זרם, הגדרת האמפר. מומלץ להעזר במצגת בעת ההוראה של ההגדרה של יחידת הזרם, הצעות

39

הפעלה

האמפר.

מהוות גם אמצעי לתירגול במציאת השדה המגנטי מסביב2-6שקופיות לתיל ארוך נושא זרם ובמציאת הכוח המגנטי הפועל על תיל נושא זרם.

התכנים בכל שקופית מוצגים בשלבים כך שהמורה יכול לשתף אתהתלמידים בעת "בניית" השקופית.

דרכי שיתוף אפשריות:( הגדרה מילולית של ביטויים אלגברייםcallouts)תשובות לשאלותפיתוח של ביטויים כמותייםהשוואות והנגדותתרשימי שדות וכוחות

כא"מ מושרה – המקרה של תנועת מוט מוליך בשדה מגנטישם המצגת5Emfm.pptשם הקובץ

40

תוכן המצגת הפרדת מטענים בתוך מוט מוליך הנע בשדה מגנטי. זרם רגעי וזרם קבוע

בתוך מוט מוליך הנע בשדה מגנטי. הכא"מ הנוצר בין קצות מוט מוליךהנע בשדה מגנטי. הזרם במסגרת מוליכה הנעה בשדה מגנטי.

הצעותהפעלה

ניתן להעזר במצגת בעת הוראת הנושא של כא"מ המושרה בין קצותמוליך הנע בשדה מגנטי או כסיכום לנושא זה.

מציגות את התהליך של יצירת הכא"מ המושרה בין קצות2-9שקופיות המוט, בליווי הסברים קצרים ופיתוח של ביטויים מתאימים.

( מציגה את התפתחות8 )אליה ניתן להגיע משקופית 15שקופית נסתרת הכא"מ המושרה בין קצות מוט שכיוון תנועתו איננו מאונך לציר המוט.

מתארות ומסבירות את הזרם המושרה במסגרת מוליכה10-13שקופיות הנעה בתוך שדה מגנטי.

המצגת מזמנת את שיתוף התלמידים בשעור בדרכים הבאות:( הגדרה מילולית של ביטויים אלגברייםcallouts)תשובות לשאלותפיתוח של ביטויים כמותייםבניית מפת מושגים

41

6

השדה החשמלישם המצגתEfield.pptשם הקובץ

מושג השדה, הגדרת השדה החשמלי, השדה של מטען נקודתי, עקרוןתוכן המצגתהסופרפוזיציה, שדה של תיל ישר וארוך, שדה מישור אין סופי.

הצעותהפעלה

מצגת זו מיועדת להוראת והצגת מושג השדה החשמלי. בהתחלה היא מנסה להסביר את המוטיבציה למושג השדה. לאחר מכן היא עוברת

להגדרת מושג השדה. בשלב זה מוצגת בפני התלמידים שאלה. כדאי לדוןעם התלמידים בשאלה לפני שממשיכים הלאה.

שתי ההדמיות "שדה של מטען נקודתי" ו"עקרון הסופרפוזיציה" שתולות במצגת. בדפי ההנחיה להדמיות אלו תמצא הצעות להפעלה. במצגת

מטענים20 המאפשרת הצבה של עד Esimmשתולה גם הדמיה וחקירת השדה החשמלי שהם יוצרים, כולל הצגה של קווי שדה, או מיפוי חצים שלו. אפשר להשתמש בהדמיה זו כדי להראות שהשדה החשמלי

של תיל ישר וארוך הטעון בצפיפות מטען אחידה מתנהג כמו שורה ארוכה של מטענים נקודתיים, ושהשדה של מישור אין סופי הטעון בצפיפות מטען

אחידה מתנהג כמו סידרה של תיילים ארוכים ומקבילים.

בהדמיה גם שתולות אנימציות הנותנות תיאור תלת מימדי של שדותשונים. לפני הצגת האנימציות ניתן לבקש מהתלמידים לנסות ולצייר אותן.

42

7

חוק גאוסשם המצגתGaus.pptשם הקובץ

תוכן המצגת קווי שדה חשמלי, אנלוגיה בין מושג השטף לבין מספר קווי השדה, חוק גאוס, מושג השטף החשמלי וחישובו, היכן נמצא המטען העודף במוליך

טעון? חוק גאוס כאישור לחוק קולון-ניסוי פלימפטון ולהטון.

הצעותהפעלה

מצגת זו פותחת בקווי השדה החשמלי. בעזרת ההדמיה השתולה במצגת, מציבים שני מטענים על המסך, מציירים מסביב לכל אחד מהמטענים קווי

שדה. מספר הקווים פרופורציוני לגודל המטען. במידה ומקרינים את ההדמיה על לוח פורמיקה ניתן בעזרת טוש מחיק לצייר מסלולים סגורים

שונים ) כל אחד ממסלולים אלו מיצג משטח סגור( ולספור את קווי השדה החוצים כל אחד מהמשטחים. ניתן בבירור לראות כי מספר הקווים

החוצים משטח מסוים נמצא ביחס ישר לגודל המטען שבתוכו. בשלב זה נפנה לתלמידים שאלה: איזה גודל פיסיקאלי מייצגת צפיפות

קווי השדה? לגודל המיוצג ע"י מספר קווי השדה נקרא שטף חשמלי. מכאן ניתן לעבור

להגדרות המתמטיות והמופשטות של השטף החשמלי.

אנרגיה חשמליתשם המצגת8Pot1.pptשם הקובץ

תוכן המצגת עבודת השדה החשמלי של מטען נקודתי, תנועת מטען נקודתי בשדה של

מטען שני הקבוע במקום, הגדרת האנרגיה החשמלית כאנרגיהפוטנציאלית.

הצעותהפעלה

בפתיחת מצגת זו, יש להפעיל את ההדמיה שדה של מטען נקודתי. בעזרת הדמיה זו ניתן לחקור את עבודת השדה החשמלי של מטען

נקודתי על מטען בוחן. אפשר להציג לתלמידים שאלות בסגנון: מתי עבודת השדה על החלקיק חיובית? מתי שלילית? מה קורה כאשר אנו

מניעים את החלקיק לאורך רדיוס? מה קורה כאשר אנו יוצאים מנקודהמסוימת וחוזרים לנקודה אחרת באותו ממרחק ממקור השדה?

43

באופן כזה נביא את התלמידים להכרה כי עבודת שדה זה איננה תלויהבמסלול.

לאחר מכן עוברת המצגת להדמיה "שדה חשמלי כשדה משמר". הצעות להפעלת התלמידים בעזרת מצגת זו ניתן למצוא בפרק העוסק בהדמיה

זו.

9

הפוטנציאל החשמלישם המצגתPot2.pptשם הקובץ

הגדרת הפוטנציאל, משטחים שווי פוטנציאלתוכן המצגת

הצעותהפעלה

ליבה של מצגת זו הוא הדמיה של משטחים שווי פוטנציאל. לאחר השלב שבו הוגדר השדה, מפעילים את ההדמיה. מהתפריט "אפשרויות שונות"

בוחרים באופציות "שמירת תמונה בזיכרון " ו-"הראה פוטנציאל". מציבים במרכז המסך שני מטענים, בוחרים בכפתור הפוטנציאל, ומקלידים על

נקודה מסוימת בחלון ההדמיה. ההדמיה מציירת משטח שווה פוטנציאל. חוזרים על פעולה זו במספר נקודות. מקלידים על הכפתור "וקטור שדה"

ושואלים את התלמידים מה לדעתם יהיה כיוון השדה בנקודה על משטח שווה פוטנציאל. מראים לתלמידים כי השדה ניצב למשטחים שווי

פוטנציאל ובאזור שבו המשטחים צפופים השדה חזק יותר. בוחרים בכפתור "תנועה בשדה" ומראים לתלמידים כי מטען חיובי נע

מהפוטנציאלים הגבוהים לנמוכים. אפשר ליצור מיפויים שונים של משטחים שווי פוטנציאל עבור

קונפיגורציות שונות של מטענים מחוללי שדה חשמלי.

10

יצרת שדות מגנטיים ע"י זרמים חשמלייםשם המצגתBField.pptשם הקובץ

תוכן המצגת השדה המגנטי כוקטור, השדה המגנטי של תיל ישר וארוך, כלל הבורג וכלל יד ימין, עוצמת השדה המגנטי של תיל ישר וארוך, דוגמאות, חוק

ביו-סבר ודוגמאות לשימוש בו.

44

הצעותהפעלה

מצגת זו מיועדת להצגת הנושא. בהתחלה היא מציגה ניסוי מצולם, המאשר את התכונות הוקטוריות של השדה המגנטי. באחד משלבי הניסוי

התלמידים מתבקשים לחשב את כיון הסטייה של מחט המצפן. בהמשך מוצג ניסוי מצולם העוסק בשדה המגנטי של תיל ישר וארוך. ניתן להציג

קטע זה לאחר שהתלמידים ביצעו וניתחו בעצמם ניסוי דומה, או לחילופין לבקש מהם לנתח את הממצאים בניסוי המצולם. במצגת מספר דוגמאות לבעיות סטנדרטיות. לאחר הצגת הבעיה נבקש מהתלמידים לפתור אותה בכוחות עצמם ורק לאחר מכן נציג את הפתרון. היתרון הדידקטי בשימוש

בחלקה האחרון של ההדמיה, זה העוסק בחוק ביו-סבר, שולי.

11

כא"מ מושרהשם המצגתEmf.exeשם הקובץ

תוכן המצגת

סרטון: זרם מושרה תנועתי, תנועת מוט מוליך בשדה מגנטי, הפרדת המטענים בין קצות המוט , עוצמת השדה במוט, הפרש הפוטנציאלים

הנוצר בין קצות המוט, הזרם המושרה בלולאה הנעה בשדה מגנטי,הדמיה של לולאה הנעה בשדה מגנטי,

דיון מנקודת מבט של שימור אנרגיה.

הצעותהפעלה

מבנה מצגת זו הוא של שאלות ותשובות. בכל שלב מוצגת לתלמיד שאלה, ולאחריה תשובות ושאלות מנחות חדשות. רצוי מאד לבנות דיון

כיתתי סביב השאלות ולא להציג מיד את התשובות. באחד משלבי המצגת ישנה הדמיה של לולאה הנעה בשדה מגנטי בהשפעת הכוח המגנטי

בלבד. ניתן בהדמיה זו לשנות את התנגדות הלולאה, את עוצמת השדההמגנטי ואת המהירות ההתחלתית של הלולאה.

ההדמיה אמורה להוות פתיחה לדיון בבעיות האנרגטיות שמעלה התופעה של זרם מושרה ובחוק לנץ. שאלות שעולות הן: מדוע המהירות קטנה? מה קרה לאנרגיה

הקינטית? מדוע כאשר ההתנגדות קטנה עוצמת הזרם גדלה?

45

46