Електричний заряд та елементарні частинки

Розділи: Фізика

Устаткування уроку:

1. Електрофорна машина;
2. Скляна паличка, шовк, папір;
3. Ебонітова паличка, хутро, сукно;
4. електрометр, електроскоп;
5. Султанчики;
6. Електрична лампа на штативі.

Рис.1 Електрофорна машина

Рис.2 Електрометр

Мал.3 Султанчики

Мета уроку: Ознайомити з явищем електризації тіл та законом збереження електричного заряду.

Освітні цілі уроку:

• формування цілісної системи знань на тему: «Електричний заряд та елементарні частки. Закон збереження електричного заряду»;
• забезпечення засвоєння всіма учнями закону збереження електричного заряду та експериментальне його підтвердження.

Виховні цілі уроку:

• виховання інтересу та позитивного ставлення до предмета;
• сприяння розвитку особистості (його уважність, спостережливість).

Розвиваючі цілі уроку:

• сприяти оволодінню основними способами розумової діяльності, реалізації можливості розвитку мовлення учнів;
• вчити розкривати причинно – слідчі зв'язки, узагальнювати та систематизувати знання вміти включити нові знання до системи раніше вивчених;
• вчити розуміти запропоновану проблемну ситуацію та провести аргументоване судження.

Вчитель: Кому невідомі слова «Люблю грозу на початку травня…». Справді, гроза – це величне явище природи, коли небо прокреслює зигзаги блискавок, чути сильні гуркіт грому. Мимоволі замислюєшся з того.Яке це потужне, і на жаль, невикористане джерело енергії. У 8 класі ви вивчали, що таке блискавка. Яке її походження. Сьогодні ми з вами детальніше вивчимо це явище природи. Повідомлення про блискавку та причину її виникнення, а також способи захисту зробить учень (Іванов Іван).

Вчитель: У повідомленні згадувалося слово "електричний заряд". Зараз ми повторимо деякі досліди, показані вам у 8 класі, і спробуємо розібратися у тих явищах. які ви спостерігатимете.

Досвід 1: Підношу, зняту з сушарки скляну паличку до паперового султана. Листочки не розходяться.

Досвід 2: Натираю скляну паличку сухим папером або шовком і знову підношу до султана. Листочки султана притягуються до палички. Те саме явище спостерігається при піднесенні ебонітової палички.

Вчитель: які явища ми з вами зараз спостерігали?

Відповідь: Ми спостерігали тяжіння листків султана наелектризованою паличкою.

Вчитель: За рахунок чого наелектризувалась паличка?

Відповідь: За рахунок тертя.

Вчитель: Нам необхідно з'ясувати, яким чином виявилися зарядженими скляна та ебонітова палички, і яку роль відіграла в процесі електризації тертя? Як розуміти слова скляна паличка наелектризувалась?

Відповідь: Це означає, що на ній з'явилися електричні заряди.

Вчитель: Звідки з'явилися електричні заряди на паличці, адже поруч із ними не було інших наелектризованих тіл чи предметів.

Відповідь: Очевидно, заряди були на самих тілах.

Досвід 3: Повторюємо перший і другий досліди.

Вчитель: Досвіди переконують нас у тому, що до натирання обидві палички були електрично нейтральні. Це означає, що на ній були однакові і позитивні і негативні заряди.

Учніформулюють висновки:

Висновок 1: Електричні заряди притаманні всім тілам та деяким їх складовим частинам. Заряди за будь-якого способу електризації завжди були і виникнути або з'явитися не можуть.

Вчитель: Зараз нам необхідно з'ясувати, треба розуміти під словом електричний заряд. Яку теорію ми маємо використовувати для пояснення електризації?

Відповідь: Будова атома.

Вчитель: Згадайте, яка будова атома?

Відповідь: Атом складається з позитивно зарядженого ядра і електронів, що обертаються навколо ядра по орбітах.

Який сумарний заряд атома?

Відповідь: Атом у незбудженому стані електрично нейтральний. Це означає, що позитивний заряд його ядра дорівнює сумі негативних зарядів його електронів.

Висновок 2: Поняття про електричні заряди відображає об'єктивні факти: ми не створюємо заряди, а вони закладені в речовині самою природою. Переміщатися можуть лише електрони, протони переміщатися що неспроможні, т.к. вони пов'язані у ядрах величезними внутрішньоядерними силами.

Висновок 3: Носіями електричних зарядів є електрони. Електрон має найменший негативний заряд, рівний q = -1.6 × 10 -19 Кл. Сучасна фізика стверджує, що ні негативні, ні позитивні заряди власними силами існувати що неспроможні, крім того, електрон без заряду, також неможливий як і маси, не існуватиме. До частинок, які мають електричного заряду, належить нейтрон. Нейтрони разом із протонами входять до складу атомного ядра.

Що ж відбувається при натиранні скляної палички шовком чи папером?

Очевидно, що скляна паличка не в змозі утримати всі свої електрони і частина з них переходить на папір чи шовк. Таким чином. Втративши частину своїхелектронів, скляна паличка заряджається позитивно, а папір негативно.

Вчитель: Чи зміниться сумарний електричний заряд?

Відповідь: Сумарний електричний заряд залишиться незмінним.

Висновок 4: В електростатиці має місце закон збереження електричних зарядів: у замкнутій системі алгебраїчна сума зарядів усіх частинок залишається незмінною. Якщо заряди позначити через q1, q2 тощо, то q1+q2+q3+…+qn= const. Цей висновок є окремим випадком закону збереження та перетворення енергії. Закон збереження заряду має глибоке значення. Якщо кількість заряджених елементарних частинок не змінюється, виконання закону збереження заряду очевидно. Але елементарні частинки можуть перетворюватися одна на одну. Народжуватися та зникати. Даючи життя новим часткам. Однак, у всіх випадках заряджені частинки народжуються лише парами з однаковою за модулем та протилежними по знаку зарядами. Зникають заряджені частинки теж лише парами, перетворюючись на нейтральні і в усіх цих випадках сума заряду залишається однією і тією ж. Причина збереження заряду досі невідома.

Висновок 5: У будь-яких явищах природи заряди можуть лише перерозподілятися між різнорідними тілами або в межах одного тіла. Подумаємо другою частиною останнього питання.

Досвід 4: Підношу до електрометра заряджену скляну паличку (Рис.4). Стрілка електрометра відхиляється, показуючи, що він зарядився. Я не торкалася стрижня електрометра паличкою, а лише піднесла її близько до стрижня. Чому ж електрометр зарядився?

Рис.4

Відповідь: Стрижень електрометра електрично нейтральний. При піднесенні позитивно зарядженої скляної палички на найближчому кінці стрижня накопичуються заряди, а на віддаленому кінці стрижня однойменні.заряди. Знову спостерігається перерозподіл зарядів, але не більше одного тіла.

Вчитель: Яку роль відіграє тертя у процесі електризації?

Відповідь: Тертя в даному випадку майже ніякої ролі не відіграє. Цей спосіб електризації правильніше і науково було б назвати електризацією дотиком. Справді. Щільно притискаючи до скляної палички шовкову тканину, ми тим самим збільшуємо кількість точок дотику двох різнорідних тіл.

Вчитель: У якому кількісному співвідношенні перебувають заряди обох наелектризованих тілах?

Відповідь: Заряди на скляній паличці та шовку рівні за величиною, але протилежні за знаком.

Висновок 7: Якщо 2 тіла до зіткнення були електрично нейтральні, то після зіткнення на них виявляються заряди протилежних знаків, рівних абсолютної величини.

Як же взаємодіють між собою заряджені тіла?

Досвід 5: Взаємодія наелектризованих султанчиків.

Рис.5

Рис. 6

Висновок 8: Однойменно заряджені тіла відштовхуються (Рис.6), а різноіменно заряджені притягуються (Рис.5).

Явище електризації тіл враховується з виробництва і застосовується практично. Наприклад. Великі електричні заряди накопичуються при терті шин об асфальт за сухої погоди. Виникає небезпека проскакування іскри. Тому ззаду машин – цистерн для пального прикріплюють металеві ланцюги, що волочаться дорогою. За рахунок електризації працює електрофорна машина, яку використовували для демонстрації дослідів. Явище електризації тіл використовують у сучасних електро – копіювальних установках (ксерокс та інших.) нитки пряжі на текстильних фабриках електризуються з допомогою тертя, притягуються до веретенів і рвуться. Пряжапритягує пил та забруднюється. Доводиться вживати різних заходів проти електризації. Розмотуючи в друкарні великі рулони паперу робітники надягають гумові рукавички, щоб запобігти електричним розрядам, між наелектризованим папером і руками.

Отже, ми встановили, що деякі елементарні частинки мають заряд, що заряди між собою взаємодіють по-різному, заряд нерозривно пов'язаний з елементарною частинкою, що явище електризації часто зустрічається в нашому повсякденному житті.

Домашнє завдання: §86-88

Відповісти на питання:

1. Ебонітова паличка при електризації зарядилася негативно. Чи залишилася незмінною маса палички?
2. Відомо, що скляна паличка, потерта об шовк, заряджається позитивно. Визначте експериментально знак заряду пластмасової ручки, потертої вовну.
3. У сухому приміщенні потріть сухою рукою надуту повітрям гумову кулю, а потім піднесіть її до будь-якого предмета (наприклад, стіни, стелі тощо). Що ви спостерігаєте? Поясніть явище.

---