Если экспериментатор не может поставить любой

Конспект урока по теме
«Объяснение электрических явлений»
Цель урока: Построение модели «электризация тел трением», модели «проводники и
непроводники электрических зарядов», модели «электростатическая индукция» и модели
«передача заряда от одного тела к другому» на основе модели «строение атома».
Основной материал: Объяснение электризации тел при соприкосновении,
существования проводников и диэлектриков, передачи части электрического заряда от
одного тела к другому, притяжения незаряженных проводящих тел к заряженному на
основе знаний о строении атома.
Эпиграф:
Если экспериментатор не может поставить любой опыт
с помощью обрывков веревки, нескольких палочек, резиновой полоски
и собственной слюны, он не стоит даже бумаги, на которой пишет.
Митчел Уилсон
План урока
1.Организационный момент. Мотивация учебной деятельности.
Вступление: Иногда наступает момент, что фактов накопилось настолько много, что ещё
немного и вместо набора этих разрозненных фактов в голове образуется своеобразный
винегрет из них. Они рассыплются на обломки, фрагменты и начнут жить какой-то своей
жизнью, сводя с ума их хозяина. Чтобы этого не произошло необходимо время от времени
наводить порядок в голове. Сегодня ребус, сложенный за последнее время из фактов,
определений, цифр, понятий будет разгадан. Но при одном условии – разгадать его
должны вы - сегодня и сейчас.
2.Изучение нового материала.
Вопрос №1: Почему обычно тела не имеют заряда, то есть электрически нейтральны?
Вывод: В каждом атоме число электронов равно силу протонов. Заряды протонов и
электронов одинаковы по модулю и противоположны по знаку. Поэтому суммарный заряд
атома равен нулю.
Опыт №1: Берем мех и пластину из плексигласа и подносим их по очереди к
электроскопу. Электроскоп показывает отсутствие у обоих тел заряда. Электризуем
пластину из плексигласа трением о мех. Подносим мех и пластину по очереди к
электроскопу. Электроскоп показывает наличие заряда в обоих случаях. Подносим к
электроскопу пластину из плексигласа, обернутую в мех. Электроскоп показывает
отсутствие заряда. Дайте объяснение.
Вывод: Оба тела до электризации не имели заряда, так как количество протонов и
электронов в них было одинаково. При электризации часть электронов переходит с одного
тела на другое. На одном теле образуется избыток электронов, а на другом их недостаток.
Тело, имеющее недостаток электронов, становится заряженным положительно. Тело,
имеющее избыток электронов, становится отрицательно заряженным. Сколько одно тело
приобрело электронов – столько другое тело потеряло. Суммарный заряд обоих тел не
изменился, то есть остался равным нулю, что видно из того что при соединении
заряженных трением тел электроскоп фиксирует отсутствие заряда.
Вопрос №2: Почему мы можем утверждать, что при электризации от одного тела к
другому переходят электроны, а не протоны, например?
1
Вывод: Изменение количество протонов в атоме приводит к превращению данного
вещества в другое, так как заряд ядра определяет то, с каким химическим элементом мы
имеем дело.
Вопрос №3: В чем причина того, что при электризации трением, одно тело теряет
электроны, а другое захватывает их?
Вывод: Это связано со строением атомов. У одних атомов электроны слабее удерживаются
притяжением ядер, чем у других. При сближении атомов разных веществ на достаточно
близкое расстояние (это достигается трением тел из разных веществ друг о друга) ядро того
вещества, которое притягивает электроны с большей силой, чем ядро другого вещества,
перетягивает их, превращаясь, в отрицательный ион. Тот атом, который потерял
электроны, превращается в положительный ион. Таким образом, на одном теле образуется
избыток электронов, а на другом их недостаток.
Вопрос №4: Могут ли наэлектризоваться трением два тела из одинакового вещества?
Почему?
Вывод: Это невозможно, так как тела состоят из одинаковых атомов. Поэтому электроны в
атомах удерживаются с одинаковой силой и переход электронов с одного тела на другое
вследствие захвата их притяжением ядер соседнего тела невозможно.
Вопрос №5: Всегда ли одно и тоже вещество при трении или соприкосновении с
электрически нейтральными предметами из каких-либо других веществ электризуются
зарядом одного и того же знака?
Вывод: Какой заряд получит при электризации трением то или иное вещество зависит от
того с каким веществом оно приведено в соприкосновение. Если в том веществе, с которым
приведено в соприкосновение предмет из данного вещества, электроны слабее
удерживаются ядром, то данное тело зарядится отрицательно. Если же данное вещество
будет приведено в соприкосновение с предметами из вещества, где электроны сильнее
удерживаются притяжением ядер, то данное тело зарядится положительно.
Опыт №2: Сообщаем электроскопу заряд. Соединяем заряженный электроскоп
стеклянной палочкой с незаряженным электроскопом. Никаких изменений не
наблюдается. Соединяем эти электроскопы металлическим стержнем. Часть заряда с
заряженного электроскопа переходит на незаряженный электроскоп. Почему одни
вещества проводят электрический заряд, а другие нет?.
Вывод: В проводниках электроны, находящиеся на внешних орбитах, слабо
удерживаются притяжением ядер. Эти электроны покидают орбиты, по которым они
двигались в атоме, и начинают беспорядочное движение в межатомном пространстве.
Такие электроны называются свободными электронами. В диэлектриках, наоборот,
электроны прочно удерживаются притяжением ядер на своих орбитах. Поэтому в них
отсутствуют свободные заряженные частицы, которые под действием электрического поля
могут переносить электрический заряд.
Вопрос №6: Что заставляет электроны переходить от одного тела к другому?
Вывод: Электроны переходят с одного тела на другое под действием электрического
поля.
Опыт №3: К незаряженной гильзе из фольги подносим наэлектризованную о шелк
стеклянную палочку. Почему гильза притягивается к стеклянной палочке, ведь она не
имеет заряда?
Вывод:
Под
действием
электрического
поля
в
проводнике
происходит
перераспределение электрических зарядов. Свободные электроны под действием
электрического поля придут в движение. Так как палочка заряжена положительно, то
электроны перейдут на тот конец гильзы, который ближе расположен к стеклянной
2
палочке. На этом конце образуется избыток электронов, на противоположном конце
создается их недостаток. Разные участки гильзы приобретают заряды противоположного
знака (Рис. №1). Положительно заряженная стеклянная палочка и
положительно заряженный участок гильзы отталкиваются друг к
другу, а положительно заряженная палочка и отрицательно
заряженный участок гильзы притягиваются друг к другу. Так как
отрицательно заряженный участок гильзы расположен ближе к
положительно заряженной гильзе, то сила притяжения
действующая на гильзу больше силы отталкивания действующей
на гильзу. Поэтому незаряженная гильза и притягивается к
Рис. №1
заряженной палочке.
Вопрос №7: Возможно ли, чтобы два одноименных проводника
притягивались?
Вывод: Два одноименно заряженных тела могут притягиваться, если заряд одного из тел
во много раз больше заряда другого тела. Причина в том, что в любом теле находятся
заряды разных знаков. Для доказательства этого проведем мысленный эксперимент.
Картина №1. К незаряженной гильзе поднесем положительно заряженную палочку.
Огромное количество свободных электронов под действием электрического поля перейдут
на ту сторону гильзы, которая ближе расположена к положительно заряженной палочке.
На этом конце образуется избыток электронов, на противоположном конце создается их
недостаток. Разные участки гильзы приобретают заряды противоположного знака.
Положительно заряженная стеклянная палочка и положительно заряженный участок
гильзы отталкиваются друг к другу, а положительно заряженная палочка и отрицательно
заряженный участок гильзы притягиваются друг к другу. Так
как отрицательно заряженный участок гильзы расположен
ближе к положительно заряженной гильзе, то сила притяжения
действующая
на
гильзу
больше
силы
отталкивания
действующей на гильзу. Поэтому незаряженная гильза
притягивается к заряженной палочке. Если теперь с гильзы мы
мысленно удалим один электрон, то есть сообщим ей
электрический заряд, то гильза все равно будет продолжать
притягиваться, так как сила притяжения будет превышать силу
отталкивания (Рис. №2). Потому что сила отталкивания при
удалении одного электрона с незаряженной гильзы возрастет Рис. №2
незначительно.
Вопрос №8: Возможно ли, чтобы одноименно заряженные тела не взаимодействовали
друг с другом, то есть ни притягивались и не отталкивались друг от друга?
Вывод: Продолжим проведение мысленного эксперимента.
Картина №2. Если мы продолжим удалять свободные электроны с гильзы, то сила
отталкивания между гильзой и положительно заряженной палочкой будет возрастать, а
сила притяжения убывать. При некоторой величине положительного заряда и неизменном
расстоянии между гильзой и палочкой сила притяжения и сила отталкивания,
действующие на гильзу, сравняются. Гильза будет находиться в равновесии, что будет
восприниматься наблюдателем, как отсутствие взаимодействия между одноименно
заряженными телами.
Опыт №4: Два одинаковых электроскопа, на которых установлены одинаковые
кондукторы, один из них заряжен, а другой незаряжен, соединяем проводником. Половина
заряда с одного электроскопа переходит на другой электроскоп. Повторяем опыт. Но во
3
втором случае соединяем электроскопы, на которых установлены разные по размеру
кондукторы. Заряды на электроскопах делятся не поровну. На электроскопе с большим
кондуктором, заряд оказывается больше. Почему?
Вывод: При переходе под действием электрического поля электронов с одного тела на
другое, заряд на теле с которого уходят электроны изменяется (убывает или возрастает), как
и на другом теле (соответственно возрастает или убывает). Изменяется соответственно и
электрическое поле на этих кондукторах. Когда силы, действующие со стороны этих
электрических полей на электроны, оказываются одинаковы, то их движение под
действием электрического поля прекращается. Дальнейшее перераспределение зарядов
под действием электрического поля становится невозможным. Таким образом, при
передаче электрического заряда с одного тела на другое на другое лишь часть заряда
переходит с одного тела на другое. Чем больше размеры тела, тем большая часть заряда
перейдет на это тело.
Вопрос №9: Как перераспределится заряд, если мы заряженное тело соединим с Землей?
Вывод: Так как размеры Земли превосходят размеры любого тела на земле во много раз,
то при соединении заряженного тела с Землей, на неё переходит практически весь заряд.
Этот способ нейтрализации электрического заряда на теле называется заземлением.
3.Рефлексия учебной деятельности.
Мы знаем, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные заряды
притягиваются. Почему же одноименно заряженные тела могут, как притягиваться друг к
другу в одном случае, так и отталкиваться во втором, а в третьем взаимодействие между
ними вообще может отсутствовать? Неужели наши знания о взаимодействиях зарядов не
верны? Или проблема совсем в другом?
4.Домашнее задание.
§ 31.
4