Электродинамика. Электрический заряд.

Тема урока: Электродинамика. Электрический заряд. Дискретность электрического заряда.

Тип урока: изучение нового материала

Цель урока: формирование знаний учащихся по данной теме

Задачи урока:

.Образовательная: провести аналогию между

гравитационным и электромагнитным взаимодействиями;

изучить понятие «электрический заряд», его свойства и способы

получения электрических зарядов; объяснить физический смысл

явления электризации; познакомить с законом сохранения элек-

трического заряда.

.Развивающая: способствовать развитию умения анализировать,

выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать

и экспериментировать; способствовать развитию логического

мышления; развитие умения выражать речью результаты собственной

мыслительной деятельности.

.Воспитательная: пробуждение познавательного интереса к

предмету и окружающим явлениям; формирование умений критически,

но объективно оценивать предметы, явления, поступки и действия.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран; электрофорная машина; электрометр; палочки из стекла и эбонита;

шерстяные и шелковые лоскутки; электрические султаны; кружочки бумаги; гильза из фольги на тонкой нити; воздушный шарик.

Образовательные ресурсы: Интерактивный курс физики «Физика, 7-11 классы. Практикум», учебное электронное издание, «Физикон»,2003; Интернет.

Ход урока

1.Организация деятельности.

Звучит «Вальс цветов» П.И.Чайковского. На экране распускаются цветы. Одновременно происходит зарядка электрических султанов разноименными зарядами и на демонстрационном столе распускаются электростатические цветы (слайд1).

Учитель: Ребята, не пытайтесь убрать со стола учебник физики, потому что это не урок биологии, как могло бы показаться вначале. Обратите внимание на то, что одновременно с природными цветами, на столе распускаются электростатические цветы, которые не менее прекрасны.

- Возможно, кто-то из вас, ребята, знает, в чем причина, наблюдаемого явления. Или вы считаете, что «Вальс цветов» П.И.Чайковского таким необычным образом повлиял на электрические султаны?

(Ответы: Султаны наэлектризованы, султаны заряжены, султаны взаимодействуют)

Учитель: Все ваши ответы верны. С сегодняшнего урока вы начинаете изучать раздел физики, который называется ЭЛЕКТРОДИНАМИКОЙ, а точнее раздел электродинамики – ЭЛЕКТРОСТАТИКУ. На страницах учебника 243-244 найдите определения. (Слайд2) Какие бы два главных слова из определений вы выделили?

Слова «взаимодействие» и «электрический заряд» - ключевые в данных разделах физики. И мы с вами должны взаимно действовать для того, чтобы достичь поставленные цели. (Цели проецируются на экран) (Слайд3)

-Провести аналогию между гравитационным и электромагнитным взаимодействиями;

-изучить понятие «электрический заряд», его свойства и способы получения электрических зарядов;

-объяснить физический смысл явления электризации;

-познакомиться с законом сохранения электрического заряда.

2.Актуализация знаний. Подготовка к восприятию нового материала.

- Каждый из вас получил поурочную карту (приложение 1), с которой вы будете работать на данном уроке. В ней отражены все основные тезисы изучаемого материала, этапы урока, а также задания для самостоятельного выполнения. В карте есть таблица самооценки, которую вы будите заполнять в течение урока. При ответах выставляете себе 1 балл за правильный ответ и 0,5 за каждый неправильный ответ. Таким образом, ваше активное участие при изучении нового материала будет учитываться. По количеству набранных баллов вы получите объективную оценку за работу на уроке. (Приложение 1, 2).

Учитель: Существует лишь четыре типа взаимодействия между частицами: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное.

Все процессы и явления в природе (падение яблока, взрыв сверхновой звезды, прыжок кузнечика или радиоактивный распад веществ) происходят в результате этих взаимодействий. (Слайд 4)

- Как вы думаете, каким видом взаимодействия объясняется упорядоченность расположения небесных тел во Вселенной? Что определяет структуру Вселенной? (Что удерживает планеты около Солнца, Солнечную систему в пределах Галактики?)

(Ответ: Их гравитационным взаимодействием друг с другом.)

- Каким законом описывается гравитационное взаимодействие?

(Ответ: Законом всемирного тяготения) (Слайд5)

Демонстрация. Сжимаем воздушный шар. Наблюдаем отталкивание и восстановление прежних размеров.

Вывод: В природе кроме притяжения есть и отталкивание.

- Пофантазируйте, что бы произошло, если бы существовали только силы притяжения? (Слайд6)

( Ответ: Неограниченное гравитационное сжатие)

Учитель: Структура Вселенной формируется гравитационным притяжением тел. Однако наличие лишь сил притяжения привело бы к неограниченному их сжатию. Для существования тел стабильных размеров должны действовать силы отталкивания между частицами тела. Такими силами являются силы электромагнитного взаимодействия. Эти силы обеспечивают существование тел стабильных размеров. Электромагнитное взаимодействие характеризуется силами упругости, трения, вязкости, магнитными силами. В частности электромагнитное отталкивание молекул, находящихся на малых расстояниях друг от друга, вызывает силу реакции опоры, в результате чего мы, например, не проваливаемся сквозь пол. Электромагнитное взаимодействие не оказывает существенное влияние на взаимное движение макроскопических тел большой массы, так как каждое тело электронейтрально. Электромагнитное взаимодействие объединяет атомы и молекулы в различные вещества, определяет химические и биологические процессы. Силы электромагнитного взаимодействия частиц тела намного порядков превосходят гравитационные силы, поэтому структура тел определяется именно электромагнитными силами. (Слайд7). Главное различие: электромагнитное притяжение и отталкивание возможно лишь между заряженными частицами, а гравитационное взаимодействие испытывают все частицы, обладающие массой (Заполняют таблицу «Характеристики фундаментальных взаимодействий»). (Слайд 8).

3.Изучение нового материала (на базе имеющихся знаний из курса основной школы).

Учитель: Второе ключевое слово урока: заряд.

-Способность частиц к электромагнитному взаимодействию характеризует электрический заряд.

Электрический заряд – физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия. ( Слайд 9).

Вернемся к опыту с электрическими султанами (цветами). (Демонстрация притяжения и отталкивания лепестков султанов)

Вопрос: Почему лепестки каждого султана оттолкнулись друг от друга и притянулись к лепесткам другого султана?

(Ответ: Султаны заряжаются разноименными зарядами: один положительно, другой - отрицательно. Разноименные заряды притягиваются, одноименные отталкиваются. Существует два вида электрических зарядов – положительные и отрицательные.)

Учитель: Выбор названия этих зарядов был исторической случайностью. В 1729 году французский физик Дюфе предложил выделить два вида электричества: стеклянное и смоляное.

В 1742 году выдающийся американский ученый и политический деятель Б. Франклин назвал стеклянное электричество – положительным, а смоляное – отрицательным. Заряд можно обнаружить с помощью электроскопа и электрометра (обнаруживает и измеряет).

Так как заряд можно измерить, следовательно у него есть единица измерения.

Единица измерения электрического заряда – Кулон(в честь французского физика Ш. Кулона, показываю портрет. (Слайд 10).

-Давайте посмотрим следующую анимацию (делимость электрического заряда). (Слайд 11)

-Что демонстрирует этот опыт?

(Ответ: Опыт демонстрирует делимость электрического заряда. С помощью проводника происходит перетекание заряда с одного заряженного тела на другое, незаряженное.)

-Как вы думаете, можно ли электрический заряд делить до бесконечности? (нет). Экспериментально (опыт Иоффе – Милликена) было установлено, что существует минимальное значение электрического заряда, одинаковое по модулю для положительных и отрицательных зарядов. (Слайд 12). Отделить часть этого заряда невозможно. Наименьший электрический заряд имеет электрон, протон имеет аналогичный заряд со знаком «+».

-Каков заряд электрона?

q=1,6*10^-19Кл

Вопрос: Ребята, какие способы получения электрического заряда вам известны из курса 8-го класса?

(Ответ: Электризация трением, освещением, соприкосновением, ударом.)

-Порошу вас наэлектризовать ваши ручки, листочки бумаги, лежащие на столах и доказать мне, что они заряжены.

-Что еще при этом наэлектризовалось?

(Ответ: Волосы и т.п.)

-Трение усиливает взаимодействие атомов и площадь этого взаимодействия, для того, чтобы тело приобрело заряд достаточно прикосновения.

(Опыт с эбонитовой палочкой и металлической гильзой.)

Вывод: Опыт доказывает существование отталкивания между одноименными зарядами и появления зарядов на всех телах, участвующих в электризации.

-Какой заряд получила палочка? Гильза? Сукно? (отрицательный, отрицательный, положительный).

Вывод: При электризации заряжаются оба тела в ней участвующие. Тела, участвующие в электризации заряжаются зарядами различных знаков.

Вопрос: Что такое электризация?

-Электризация – это процесс получения электрически заряженных тел из электронейтральных. ( Слайд14).

В результате электризации одно тело заряжается положительно, а другое отрицательно.

-В чем физический смысл электризации? Что происходит при трении тел друг о друга? (если ответы есть, то принимаю, если нет, то объясняю.) На этот вопрос мы ответим, вспомнив строение атома и понятие «ионизация атома». (Слайд 15).

Учитель: Атом электрически нейтрален (суммарные заряды протонов и электронов одинаковы), но его можно ионизировать.

Рассмотрим схему образования ионов. (Слайд 16).

(Слайд 17) демонстрирует причины электризации тел.

-Что происходит в результате электризации?

(Ответ: Одни вещества отдают электроны, а другие их присоединяют.)

Учитель: Причина этого явления – в различии энергии связи электрона с атомом в этих веществах. Т. е. одни вещества легко отдают свои электроны, другие же их крепко связывают.

Рассмотрим таблицу связи электронов с атомом. (Слайд 18).

Вещества расположены в порядке уменьшения энергии связи: чем ниже вещество, тем меньше связь его электронов с ядром.

Вопрос: Определите знак заряда на дереве после того, как о него потрется кошка, используя таблицу «Энергия связи электрона с атомами вещества»

(Ответ: В соответствии со списком веществ, записанных в порядке убывания энергии связи электрона с атомами, электроны не мехе кошки закреплены слабее, чем на дереве. При трении кошка заряжается положительно, дерево – отрицательно.)

Вопрос: Останется ли неизменной масса тела при электризации?

(Ответ: Тело, теряющее электроны, уменьшает свою массу, а тело, получающее электроны, - увеличивает ее. Это изменение массы очень мало, так как масса электрона крайне мала – 9,1*10^-31кг.)

-Суммарный заряд атома или молекулы складывается из зарядов протонов и электронов, входящих в их состав.

Q=ne, n- целое число.

(Слайд 19)/

Задача. При электризации эбонитовой палочки о шерсть ей сообщили заряд

-4,8*10^-13Кл. Какое число электронов перешло при этом из шерсти в эбонит? (Слайд 20).

Решение:

Дано

q=-4,8*10^-13Кл N=q/e

е=-1,6*10^-19Кл N=3*10⁶

Ответ: 3 млн.

Таким образом, шерсть отдала 3 млн. электронов, эбонит принял 3 млн.

-Заряды рождаются и исчезают парами: сколько родилось (исчезло) положительных зарядов, столько родилось (исчезло) и отрицательных. В этом суть закона сохранения электрического заряда.

4. Закрепление и углубление знаний. Практическое применение знаний.

-Явление электризации подчиняется закону сохранения электрического заряда. Во всех явлениях электризации тел в замкнутой системе суммарный электрический заряд сохраняется.

(Замкнутая или электрически изолированная система тел – это система тел через границу которой не проникают заряды.)

(Слайд 24).

Учитель: Изучаемая тема имеет важное практическое применение. Электризация может приносить не только пользу, но и вред. Приведите примеры вредного действия электризации (электризация одежды, волос, бензина в бочках бензовоза). Приведите примеры полезности электризации (электрофильтры, смешивание веществ, ворсование ковров, копчение продуктов, лазерные принтеры, дактилоскопия и др.) (Сообщения учащихся о пользе и вреде электризации).

Контрольные вопросы:

-Почему не рекомендуется хранить и перевозить бензин в полиэтиленовых канистрах, а лучше для этого использовать металлические сосуды?

Решение теста. (Каждый учащийся получает листы с заданиями).Правильно выполненное задание приносит учащемуся 1 балл. (Приложение 3).

5.Подведение итогов урока. Постановка домашнего задания.

- Исследуйте в домашних условиях синтетическую и натуральную одежду. Какая электризуется сильнее. Напишите ответ.

- Напишите сообщение на тему «Вредное и полезное воздействие статического электричества».

- Составьте качественную задачу, используя слова из следующего набора: металлическая фольга, эбонитовая палочка, шелковая нить, электрический заряд. В условие введите выражение «Что произойдет, если…»

-Выберите лицо, которое отражает ваше эмоциональное состояние, и отметьте его номер в оценочной карте. (Слайд 31.)