Закон сохранения электрического заряда. закон кулона.

Шлыкова Елена Эриковна

учитель физики МОУ УВК «Гармония»

Тема урока: ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА.

ЗАКОН КУЛОНА.

Цель урока: углубить понятие об электрическом заряде, законе

сохранения электрических зарядов; сформулировать

первоначальные представления об электромагнитном

взаимодействии; пояснить физический смысл закона

Кулона и добиться усвоения его учащимися. Определить

границы применения закона. Сформировать понятие

точечного электрического заряда.

Электродинамика – раздел физики, в котором изучают электрические и магнитные явления. Основу этих явлений составляют электромагнитные взаимодействия, которые по широте и разнообразию своих проявлений играют в природе особо важную роль.

Можно без преувеличения сказать, что современным уровнем своего развития человечество обязано именно изучению и практическому использованию электромагнитных явлений. В основе электродинамики лежат понятия электрического заряда и электромагнитного поля.

Раздел электродинамики, в котором изучают свойства и взаимодействия неподвижных (относительно данной инерциальной системы отсчета) заряженных частиц и тел, называют электростатикой.

Давайте вспомним, какие виды зарядов существуют в природе?

Как они взаимодействуют друг с другом?

ОТВЕТ: существует два рода электрических зарядов, которые условно называют положительными и отрицательными. Заряды одинакового знака взаимно отталкиваются, а противоположных знаков взаимно притягиваются.

Какой заряд называют элементарным?

ОТВЕТ: заряд, которым обладает электрон, является наименьшим зарядом в природе, его называют элементарным зарядом. Установлено, что элементарный заряд е = ± 1,6 · 10 ^-19 Кл.

Электрические заряды дискретны. Это значит, что любой заряд, больший элементарного, состоит из целого числа элементарных зарядов, т.е. Q= ± Ze (Z = 1,2,3…).

Электрический заряд есть свойство материи, поэтому заряды не могут существовать в отрыве от их материальных носителей – частиц вещества. Говоря о движении и взаимодействии электрических зарядов, необходимо помнить, что речь идет о движении и взаимодействии заряженных частиц или тел.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: электрический заряд, находящийся на теле,

размеры которого малы по сравнению с

расстояниями до других заряженных тел,

называют точечным электрическим зарядом.

Давайте вспомним, что такое материя?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: материя – это все то, что окружает нас на

Земле и вне Земли. Материя существует в двух

формах – вещество и поле. Из вещества состоят

окружающие тела. Примером полей есть гравитационное и

электромагнитное.

Поскольку материя неуничтожима, имеет место закон сохранения электрических зарядов:

в изолированной системе тел алгебраическая сумма зарядов остается постоянной, т.е.

∑Q_і = const

Этот закон выполняется всегда, в том числе при взаимных превращениях элементарных частиц, т.к. заряженные частицы рождаются и исчезают парами с одинаковыми по значению и противоположными по знаку зарядами.

Закон сохранения заряда, как и другие законы сохранения (импульса, энергии и т.п.) является фундаментальным законом физики.

Вспомним строение атома. И ответим на ряд вопросов.

1. Когда атом нейтрален?

2. Когда атом положителен?

3. Когда атом отрицателен?

4. Что называют зарядом тела?

ОТВЕТ: избыточный заряд определяет собой электрические

свойства тела и его называют зарядом тела.

5. Кто помнит, что такое электризация?

ОТВЕТ: процесс, приводящий к появлению на телах или разных

частях одного тела избыточного электрического заряда,

называют электризацией.

Электризация может происходить по разным причинам. При электризации твердых тел трением оба соприкасающихся тела заряжаются одинаковым по модулю – противоположным по знаку зарядом. Это объясняется переходом части электронов с одного тела на другое. Тело, отдавшее часть электронов, заряжается положительно, а тело, получившее эти электроны, заряжается отрицательно.

ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ МИНУТКА.

1. На тонких шелковых нитях подвешены две одинаковые легкие

бумажные гильзы, одна из них заряжена, другая – нет.

Как определить, какая из них заряжена, если не даны никакие

приборы и материалы?

ОТВЕТ: достаточно коснуться рукой одной из гильз. Если после

этого их взаимодействие прекратится, значит, мы

коснулись заряженной гильзы.

1. Две одинаковые легкие гильзы из фольги подвешены

на шелковых нитях равной длины в одной точке. После того

как гильзам сообщили заряды одинакового знака, они

удалились одна от другой ( при этом нити между собой

образовали некоторый угол). Что произойдет, если одну

из гильз разрядить?

ОТВЕТ: гильзы соприкоснуться, затем вновь разойдутся, но

будут находиться на меньшем расстоянии одна от

другой.

( задания из сборника В.И. Лукашик. «Физическая олимпиада».

Внимание на экран! Слайд «Закон Кулона».

Мы знаем, что электрические явления были известны давно, но их количественное изучение началось только в конце 18 века, после того как французский ученый Ш. Кулон в 1785 году установил на опыте закон взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: точечным называется заряд,

находящийся на теле, имеющем

размеры во много раз меньше

расстояния до другого

наэлектризованного тела,

взаимодействие, с которым исследуется.

ЗАКОН: два неподвижных точечных электрических

заряда q₁ и q₂ , находящийся в вакууме на

расстоянии R друг от друга, взаимодействуют с

силами, направленными по прямой,

соединяющей эти заряды; модули сил

пропорциональны произведению зарядов и

обратно пропорциональны квадрату

расстояния между ними:

F = k | q₁| | q₂| / r₂ε;

где k = 1 / 4 πε₀ – коэффициент пропорциональности, зависящий от

выбора единиц силы, заряда и длины;

k = 9 · 10⁹ Нм²/Кл² - сила взаимодействия между двумя

точечными зарядами по 1 Кл на расстоянии 1 м.

ε₀ = 8,85 · 10 ^-12 Кл² / Нм²– электрическая постоянная;

ε = F₀ /F - отношение силы F₀ взаимодействия зарядов в вакууме к силе

F взаимодействия этих зарядов в диэлектрике определяется

только электрическими свойствами среды, называется

диэлектрической проницаемостью среды

Закон Кулона был установлен экспериментально с помощью сконструированного Кулоном крутильного динамометра (крутильные весы).

Работа с учебником стр. 151. рис. 86. Устройство и принцип работы крутильного динамометра.

А теперь посмотрим фрагмент видеофильма «Закон Кулона» и ответим на вопрос: какова область применения закона Кулона?

За время , прошедшее со времени открытия закона Кулона, он подвергался многочисленным проверкам которые неизменно подтверждали его справедливость.

Данные имеющиеся в распоряжении ученых, свидетельствуют о том, что по крайней мере при расстояниях между зарядами от 10^-15 м до десятков километров с помощью современных экспериментальных средств на опыте не обнаруживаются отступления от законов Кулона.

Закон Кулона справедлив для точечных электрических зарядов и равномерно заряженных шаров.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ.

1. Два тела, имеющие равные отрицательные электрические заряды,

отталкиваются в воздухе с силой 0,9 Н. Определить число избыточных

электронов в каждом теле, если расстояние между зарядами 8 см.

1. Ядро какого атома имеет электрический заряд 7,52 · 10 ^-18 Кл?

РЕШЕНИЕ: заряд ядра атома равен сумме зарядов всех его протонов. Так как заряд протона равен + 1,6 · 10 ^-19 Кл, то в ядре искомого атома содержится

Z = Q / e = 7,52 · 10 ^-18 Кл / 1,6 · 10 ^-19 Кл =

47 протонов.

Порядковый номер в периодической системе соответствует числу протонов содержащихся в ядре атома. Следовательно – это атом серебра.

Д/ з § 38-40, стр. 153 ( задача 1, 2 разобрать и записать). Подготовить ответы на вопросы КВВК 1.

КВВК № 1.

1. Какое взаимодействие называют электромагнитным?

2. Что такое электрический заряд?

3. Чем отличаются друг от друга заряды?

4. Какой заряд называют элементарным? Каково его значение?

5. Что такое дискретность электрических зарядов?

6. Какой заряд называют точечным?

7. Как формулируют закон сохранения электрических зарядов?

8. Когда тело является электрически нейтральным? Когда заряженным?

9. В чем состоит явление электризации?

10.Как формулируют и записывают в общем, виде закон

Кулона для взаимодействия электрических зарядов в

вакууме?

11.Как формулируют и записывают в общем, виде закон

Кулона для взаимодействия электрических зарядов в

веществе?

12.Каково значение коэффициента пропорциональности в

законе Кулона в СИ, что он показывает?

13.Что такое электрическая постоянная? Чему она равна?

14.Какая величина характеризует влияние среды на силу

взаимодействия электрических зарядов?