Закон збереження електричного заряду

Тема уроку:Електричний заряд та елементарні частинки. Закон збереження електричного заряду.

Мета уроку: повторити вивчені раніше факти, пов'язані з явищем електризації тіл і законом збереження електричного заряду, познайомити з квантуванням заряду на основі сучасної квантової теорії; забезпечити засвоєння всіма учнями закону збереження електричного заряду та експериментальне його підтвердження.

Освітня: формування цілісної системи знань з цієї теми;

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

Розвиваюча:розвивати розуміння запропонованої проблемної ситуації та провести аргументоване судження; розвивати вміння узагальнювати та систематизувати знання та включати нові знання до системи раніше вивчених.^

  1. Організаційний момент
  2. Мотивація
У давнину люди помітили, що якщо це фізичне тіло або речовина потерти об шерсть, воно набуває здатності притягувати до себе різні тіла: соломинки, пушинки, ворсинки хутра та багато інших. Надалі виявили, що цією ж властивістю володіють і інші речовини: скляна паличка, потерта об шовк, паличка з органічного скла, натерта папером, ебоніт, потертий сукно або хутро. Що за фізичне тіло знаходиться у ящику? (Бурштин)

Історія електрики

  1. ^ Осмислення та закріплення раніше вивченого
Демонстрація 1: Підвісили гільзу з фольги на нитку. Піднести до неї паличку з оргскла. Що ви спостерігаєте? Гільза не відхиляється.

Демонстрація2: Натираю сухим папером або шовкомпаличку і знову підношу до гільзи. Гільза притягується до палички. Те саме явище спостерігається при піднесенні ебонітової палички.

Які явища ми з вами зараз спостерігали?

Відповідь: Ми спостерігали тяжіння гільзи 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 у 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.

Демонстрація 3: Повторюємо перший та 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.

Учні формулюють 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.

Демонстрація4: Взяти дві смужки шириною близько 5 см. Зблизьмо. Взаємодія відсутня. Покладемо на зошит і проведемо кілька разів ручкою. Зблизьмо.

Демонстрація 5:До підвішеної фольги піднести заряджену паличку, фольга притягується. Якщо ж фольга торкнеться палички, фольга відштовхуватиметься.

Як же взаємодіють між собою заряджені тіла?

Відповідь: Досвід переконує нас у тому, що наелектризовані тіла чи притягуютьсяодин до одного, або відштовхуються.

Учні формулюють висновки:

Висновок 2: Електричні заряди притаманні всім тілам та деяким їх складовим частинам. Існує лише два роди електричних зарядів. Однойменно заряджені тіла відштовхуються, а різноіменно заряджені притягуються.

^ Розбір завдань ЄДІ

  1. Пара легких однакових кульок, заряди яких рівні по модулю, підвішена на шовкових нитках. Заряд однієї з кульок вказано на малюнку. Який із малюнків відповідає ситуації, коли заряд другої кульки від'ємний?
  1. А; 2) Б; 3) В; 4) А та В.
  1. Ебонітова паличка, потерта об хутро, заряджається негативно і починає притягувати легкі шматочки паперу. Це тим, що…
  1. Шматочки паперу заряджаються негативним зарядом;
  2. Шматочки паперу заряджаються позитивним зарядом;
  3. Під дією електричного поля на ближньому до палички шматочку паперу утворюється позитивний заряд;
  4. Під дією електричного поля на ближньому до палички шматочку паперу утворюється негативний заряд.
Учитель:Як називають прилад для визначення та виявлення електричного заряду?

Демонстрація6: Підношу до електрометра заряджену скляну паличку. Стрілка електрометра відхиляється, показуючи, що він зарядився. Я не торкалася стрижня електрометра паличкою, а лише піднесла її близько до стрижня. Чому ж електрометр зарядився?

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 спостерігаєтьсяперерозподіл 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 3: Якщо 2 тіла до зіткнення були електрично нейтральні, то після зіткнення на них виявляються заряди протилежних знаків, рівних абсолютної величини.

Розбір завдань ЄДІ

  1. В результаті тертя бурштину про шерсть остання виявилася зарядженою до деякого значення +q. Чому дорівнює заряд бурштину?
  1. +q; 2) -q; 3) +2q; 4) 0q.
  1. Пилочка, що має негативний заряд -е, при підвищенні температури втратила один електрон. Яким став заряд порошинки?
  1. 0; 2) -2е;3) +2е; 4) -е.
Демонстрація 6:Відеоролик «Поділ електричного заряду»

Учитель:скажіть, чи існує межа поділу електричного заряду? Чи існує заряд такої величини, який не піддається подальшому поділу?

Відповідь:існує заряджена частка, яка має найменший заряд, який розділитися не може.

Вчитель: Яка теорія пояснює розподіл електричного заряду? У чому сенс цієї теорії?

Відповідь: Квантова теорія. Атом складається з позитивно – зарядженогоядра та 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 природою. Переміщатися можуть лише електрони, протони переміщатися що неспроможні, т.к. вони пов'язані в ядрах величезними внутрішньоядерними силами.

^ Висновок 3: Носіями електричних зарядів є електрони. Електрон має найменший негативний заряд, рівним q = -1.6 × 10-19Кл. 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.

Розбір завдань ЄДІ

  1. На малюнку зображено схеми чотирьох атомів. Електрони позначені чорними крапками. Атом відповідає схема ... (1)
  1. Ядро миш'яку складається з
1) 33 нейтронів та 34 протонів

2) 33 протонів та 34 нейтронів

3) 33 протонів та 67 нейтронів

4) 67 протонів та 34 електронів

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 своїх електронів, скляна паличка заряджається позитивно, а папір негативно.

Вчитель: Чи зміниться сумарнийелектричний 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, q2і т.д., 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.

^ Розбір завдань ЄДІ

  1. Як за допомогою негативно зарядженої металевої кульки зарядити позитивно іншу таку ж кульку, не змінюючи заряду першої кульки?
Відповідь: можна піднести заряджену кульку до незарядженої, торкнувшись при цьому незарядженої кульки пальцем (на короткий час заземлити). В результаті кулька набуде позитивного заряду.
  1. Покажіть за допомогою схематичних малюнків, як розташовується заряд на заряджених провідних кулі та конусі. Зовнішнє електричне поле відсутнє.
Відповідь: електрони розташовуються рівномірно по всій поверхні провідника. Тому в кулі заряд розташовується рівномірно, а в конусі найсильніше електричнеполе біля вершини, де на одиницю обсягу припадає більший заряд.

Учитель:Наведіть приклади використання електризації?

Відповідь: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.) (розглядають малюнок у підручнику, вивчають принцип дії копіювальної установки). Нитки пряжі на текстильних фабриках електризуються за рахунок тертя, притягуються до веретенів та рвуться. Пряжа притягує 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.

^ Висновок на нову тему:

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.

    Рефлексія.