Заряд й електромагнітна взаємодія

1-й семестр

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА

1. Електричне поле

– Заряд й електромагнітна взаємодія

– Електричне поле

– Електроскоп

– Закон Кулона

Тематичне планування

Урок 1/1

Тема. Заряд й електромагнітна взаємодія

Мета уроку: познайомити учнів із явищем електризації тіл; довести існування двох типів зарядів і пояснити їхню взаємодію.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Знайомимо з електричним зарядом і його носіями

Історія вивчення електрики цікава й повчальна. Деякі, найбільш значущі історичні приклади, можна використати на уроках для підвищення інтересу до теми.

Грецький філософ Фалес Мілетський, що жив у 624-547 р. до нашої ери, відкрив, що бурштин, потертий об хутро, набуває властивості притягувати дрібні предмети – пушинки, соломинки тощо. Ця властивість протягом ряду сторіч приписувалася тільки бурштину, від назви якого й виникло слово “електрика”.

Одним з фундаторів учення про електрику є Вільям Гільберт (1540-1603, Англія). Він був одним із перших учених, що затвердили експеримент як основу дослідження. Він показав, що під час тертя електризується не тільки бурштин, але й багато інших речовин і що притягують вони не тільки порошини, але й метали, дерево, папір, камінчики й навіть воду та олію.

Наступним етапом у розвитку вчення про електрику були досліди німецького вченого Отто фон Геріке (1602-1686). Він побудував першу електростатичну машину, засновану на принципі тертя. За допомогою цього приладу Геріке виявив, що, крім притягування, існує й електричне відштовхування.

Переконатися в існуванні електричної взаємодії можна за допомогою простих дослідів з електризації.

У ході дослідів необхідно звернути увагу учнів на те, що наелектризовані тіла взаємодіють один із одним з різними силами. Чому? Намагаючись розібратися з цим питанням, підводимо учнів до визначення поняття “електричний заряд”.

Щоб мати можливість кількісно визначати інтенсивність електромагнітної взаємодії, фізики, за аналогією з масою, що визначає міру гравітаційної взаємодії частинок (тіл), увели ще одну фізичну величину – електричний заряд.

O Електричний заряд – це властивість тіл або часток, що характеризує інтенсивність їхніх електромагнітних взаємодій. Природа “носіїв” електричних зарядів тривалий час залишалася загадковою. Перший крок до її розгадки зробив англійський учений Дж. Дж. Томсон 1897 року. Він виявив, що при потужних електричних розрядах виникають потоки надзвичайно легких електрично заряджених частинок.

Відкриту Томсоном частинку на честь електрона-бурштину – “першої електричної речовини” – назвали електроном. Електрон був першою з відкритих ученими елементарних частинок, тобто дрібних частинок речовини.

Наступний крок до розгадки природи електрики зробив на початку ХХ століття англійський учений Резерфорд. Досліджуючи будову атома, він довів, що в центрі атома перебуває дуже мале позитивно заряджене ядро, у якому зосереджена майже вся маса атома, а негативно заряджені електрони рухаються навколо ядра.

Так з’ясувалося, де саме всередині речовини “зосереджені” позитивні й негативні заряди: позитивні – у ядрах атомів, а негативні – в електронах.

2. Два типи електричних зарядів

На початку XVIII століття французький учений Шарль Дюфе пояснив притягування й відштовхування наелектризованих тіл існуванням двох типів електричних зарядів: якщо тіла мають електричні заряди того самого типу, вони відштовхуються, а якщо різних типів, то притягуються.

Американський учений Бенджамін Франклін запропонував назвати електричні заряди одного типу позитивними, а іншого типу – негативними. Обгрунтовував він це тим, що тіла, які мають заряди різних типів, можуть, контактуючи одне з одним, повністю розрядитися, тобто втратити заряди. А це нагадувало додавання рівних за модулями чисел різних знаків, коли в результаті одержуємо нуль.

Узагальнюючи дослідні дані про взаємодію заряджених тіл і частинок, можна зробити висновок:

O однойменно заряджені тіла відштовхуються, а різнойменно заряджені – притягуються.

Електричний заряд переноситься тільки зарядженими частинками: електричного заряду без частинок не існує. Заряджені частинки називають носіями електричного заряду. Пам’ятаючи про це, ми будемо, однак, для стислості називати іноді заряджені частинки просто зарядами.

Найбільш “активний” носій електричного заряду – електрон, що обумовлено насамперед його малою масою. Наприклад, електрони є носіями заряду в металах.

Багатьма дослідами було доведено, що всі відомі елементарні частинки або не мають електричного заряду (такі частинки називаються нейтральними), або мають заряд, кратний за модулем заряду електрона. Тому модуль заряду електрона назвали елементарним електричним зарядом. Елементарний електричний заряд позначається e.

Найменший позитивний заряд – це заряд протона, що за модулем дорівнює заряду електрона.

Під час електризації двох тіл загальна кількість електронів у цих тілах залишається незмінною. Тому позитивний заряд, який здобуває одне з тіл, дорівнює за модулем негативному заряду, що здобувається іншим тілом. У цьому виражається закон збереження електричного заряду:

O В електрично ізольованій системі алгебраїчна сума зарядів всіх тіл залишається незмінною.

У СІ одиницею електричного заряду є кулон (Кл). Ця одиниця визначається через одиницю сили струму – ампер (А).

Заряд електрона дорівнює e = 1,6-10-19 Кл.

3. Згадаємо про іони

Переносити електричний заряд можуть і іони – атоми, що втратили або здобули один або кілька електронів. Атом, що втратив електрон (електрони), стає позитивно зарядженим іоном, а той, що здобув електрон, – негативно зарядженим.

Наприклад, у розчині кам’яної солі (хімічна формула NaCl) носіями електричного заряду є позитивно заряджені іони натрію й негативно заряджені іони хлору.

4. Розрізняємо провідники й діелектрики

Електрони в металах можуть переміщатися по всьому шматку. А в багатьох розчинах солей, кислот і лугів по всьому об’єму можуть переміщатися іони (такі розчини називають електролітами).

У загальному випадку заряджені частинки, які можуть переміщатися по всьому об’єму тіла, називають вільними зарядами (у випадку металів – вільними електронами), а речовини, що містять вільні заряди, називають провідниками.

Оскільки живі тканини містять розчини солей, вони, звичайно, є провідниками (зокрема, провідником є тіло людини).

Якщо помістити провідник в електричне поле, то вільні заряди, що перебувають у ньому, почнуть рухатися, й у провіднику виникне спрямований рух зарядів, тобто електричний струм.

Провідники тому так і називаються, що вони проводять електричний струм.

У багатьох речовинах: газах, що перебувають за не занадто високої температури, різних рідинах (у тому числі дистильованій

Воді), склі, пластмасах, гумі тощо – вільних зарядів немає. Такі речовини називають діелектриками (або ізоляторами, оскільки вони не проводять електричний струм і тому ізолюють провідники один від одного).

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

– Як можна визначити, чи заряджені тіла?

– Як показати, що при зіткненні електризуються обидва тіла?

– Як передати електричний заряд від одного тіла іншому?

– Як взаємодіють між собою: а) дві ебонітові палички, натерті хутром; б) ебонітова паличка, натерта хутром, і скляна паличка, натерта шовком?

– Як ви розумієте фразу “електричний заряд є дискретним”?

– Що таке електризація тіл? У який спосіб можна наелектризувати тіла?

– Чи можуть тіла мати заряд в 1,5 рази більше або менше заряду електрона?

– У чому полягає відмінність провідників від діелектриків?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Які досліди доводять, що існують електричні заряди двох типів?

2. Іноді під час фарбування пульверизатором металевої поверхні їй передають заряд одного знака, а крапелькам фарби – заряд протилежного знака. Для чого це потрібно?

3. Чи можна наелектризувати ебонітову паличку шляхом тертя об ебонітову пластинку?

4. Чому, коли розчісують сухе волосся, воно прилипає до пластмасового гребінця?

5. Чому вважається, що в природі існують тільки два роди електричних зарядів?

Що ми дізналися на уроці

– Електричний заряд – це властивість тіл або частинок, що характеризує інтенсивність їхніх електромагнітних взаємодій.

– Існують два типи електричних зарядів – позитивні й негативні.

– Однойменно заряджені тіла відштовхуються, а різнойменно заряджені – притягуються.

– Закон збереження електричного заряду: в електрично ізольованій системі алгебраїчна сума зарядів всіх тіл залишається незмінною.

– У СІ одиницею електричного заряду є кулон (Кл).

– Речовини, що містять вільні заряди, називають провідниками.

Домашнє завдання

1. Підр.: § 1.

2. Зб.:

Рів1 – № 1.14; 1.15; 1.16; 1.17; 1.18.

Рів2 – № 1.40; 1.42; 1.44; 1.46; 1.50.

Рів3 – № 1.68; 1.69; 1.70; 1.72; 1.75.

Коментуючи домашнє завдання, учитель указує на його “разнорівневість”: учням пропонується самим вибирати домашнє завдання за рівнем складності (середній, достатній і високий). При цьому учень уже не зможе сказати: “Я не зміг розв’язати задачу”, тому що завдання першого рівня дуже прості й не повинні викликати труднощів під час їх розв’язання. Разом з тим, слабкий учень, розв’язавши прості задачі та переконавшись у своїх силах, може спробувати виконати домашнє завдання вищого рівня.

Учитель може заздалегідь роздрукувати аркуші з номерами домашнього завдання (наприклад, на один урок, на місяць або на чверть) і роздати учням. При цьому можна запропонувати дітям вклеювати ці аркуші собі в зошит і під ними записувати розв’язання домашніх завдань.

Це полегшує контроль для вчителя й забезпечує самоконтроль для учнів.