Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения электрического заряда (10-й класс)

Разделы: Физика

Класс: 10

Оборудование урока:

  1. Электрофорная машина;
  2. Стеклянная палочка, шелк, бумага;
  3. Эбонитовая палочка, мех, сукно;
  4. Электрометр, электроскоп;
  5. Султанчики;
  6. Электрическая лампа на штативе.


Рис.1 Электрофорная машина


Рис.2 Электрометр


Рис.3 Султанчики

Цель урока: Ознакомить с явлением электризации тел и законом сохранения электрического заряда.

Образовательные цели урока:

  • формирование целостной системы знаний по теме: «Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения электрического заряда»;
  • обеспечение усвоения всеми учащимися закона сохранения электрического заряда и экспериментальное его подтверждение.

Воспитательные цели урока:

  • воспитание интереса и положительного отношения к предмету;
  • способствование развитию личности (его внимательность, наблюдательность).

Развивающие цели урока:

  • способствовать овладению основными способами мыслительной деятельности, реализации возможности развития речи у учащихся;
  • учить раскрывать причинно – следственные связи, обобщать и систематизировать знания уметь включить новые знания в систему ранее изученных;
  • учить понимать предложенную проблемную ситуацию и провести аргументированное суждение.

Ход урока:

Учитель: Кому неизвестны слова «Люблю грозу в начале мая…». Действительно, гроза – это величественное явление природы, когда небо прочерчивает зигзаги молний, слышны сильные раскаты грома. Невольно задумываешься над тем. Какой это мощный, и к сожалению, неиспользованный источник энергии. В 8 классе вы изучали, что такое молния. Каково ее происхождение. Сегодня мы с вами более детально изучим это явление природы. Сообщение о молнии и причине ее возникновения, а также способах защиты сделает ученик (Иванов Иван).

Учитель: В сообщении упоминалось слово «электрический заряд». Сейчас мы повторим некоторые опыты, показанные вам в 8 классе, и попытаемся разобраться в тех явлениях. которые вы будете наблюдать.

Опыт 1: Подношу, снятую с сушилки стеклянную палочку к бумажному султану. Листочки не расходятся.

Опыт 2: Натираю стеклянную палочку сухой бумагой или шелком и снова подношу к султану. Листочки султана притягиваются к палочке. То же явление наблюдается при поднесении эбонитовой палочки.

Учитель: какие явления мы с вами сейчас наблюдали?

Ответ: Мы наблюдали притяжения листочков султана наэлектризованной палочкой.

Учитель: За счет чего наэлектризовалась палочка?

Ответ: За счет трения.

Учитель: Нам необходимо выяснить каким образом оказались заряженными стеклянная и эбонитовая палочки, и какую роль сыграла в процессе электризации трение? Как понимать слова стеклянная палочка наэлектризовалась?

Ответ: Это значит , что на ней появились электрические заряды.

Учитель: Откуда появились электрические заряды на палочке, ведь рядом с ними не было других наэлектризованных тел или предметов.

Ответ: Очевидно, заряды были на самих телах.

Опыт 3: Повторяем первый и второй опыты.

Учитель: Опыты убеждают нас в том, что до натирания обе палочки были электрически нейтральны. Это значит, что на ней были в равном количестве и положительные и отрицательные заряды.

Учащиеся формулируют выводы:

Вывод 1: Электрические заряды присущи всем телам и некоторым их составным частям. Заряды при любом способе электризации всегда были и возникнуть или появиться не могут.

Учитель: Сейчас нам необходимо выяснить, то надо понимать под словом электрический заряд. Какую теорию мы должны использовать для объяснения электризации?

Ответ: Строение атома.

Учитель: Вспомните, каково строение атома?

Ответ: Атом состоит из положительно – заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по орбитам.

Учитель: Каков суммарный заряд атома?

Ответ: Атом в невозбужденном состоянии электрически нейтрален. Это значит, что положительный заряд его ядра равен сумме отрицательных зарядов всех его электронов.

Вывод 2: Понятие об электрических зарядах отражает объективные факты: мы не создаем заряды, а они заложены в веществе самой природой. Перемещаться могут только электроны, протоны перемещаться не могут, т,к. они связаны в ядрах огромными внутриядерными силами.

Вывод 3: Носителями электрических зарядов являются электроны. Электрон обладает наименьшим отрицательным зарядом, равным q = -1.6 × 10-19 Кл. Современная физика утверждает, что ни отрицательные, ни положительные заряды сами по себе существовать не могут, кроме того, электрон без заряда, также невозможен как и без массы, он не будет существовать. К частицам, не имеющим электрического заряда, относится нейтрон. Нейтроны вместе с протонами входят в состав атомного ядра.

Учитель: Что же происходит при натирании стеклянной палочки шелком или бумагой?

Очевидно, что стеклянная палочка не в состоянии удержать все свои электроны и часть из них переходит на бумагу или шелк. Таким образом. Потеряв часть своих электронов, стеклянная палочка заряжается положительно, а бумага отрицательно.

Учитель: Изменится ли суммарный электрический заряд?

Ответ: Суммарный электрический заряд останется неизменным.

Вывод 4: В электростатике имеет место закон сохранения электрических зарядов: в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. Если заряды обозначить через q1, q2, и т.д., то q1+q2+q3+…+qn= const. Этот вывод является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. Закон сохранения заряда имеет глубокий смысл. Если число заряженных элементарных частиц не меняется, то выполнение закона сохранения заряда очевидно. Но элементарные частицы могут превращаться друг в друга. Рождаться и исчезать. Давая жизнь новым частицам. Однако, во всех случаях заряженные частицы рождаются только парами с одинаковой по модулю и противоположными по знаку зарядами. Исчезают заряженные частицы тоже только парами, превращаясь в нейтральные и во всех этих случаях сумма заряда остается одной и той же. Причина сохранения заряда, до сих пор неизвестна.

Вывод 5: В любых явлениях природы заряды могут только перераспределяться между разнородными телами или в пределах одного тела. Подумаем на второй частью последнего вопроса.

Опыт 4: Подношу к электрометру заряженную стеклянную палочку (Рис.4). Стрелка электрометра отклоняется, показывая, что он зарядился. Я не касалась стержня электрометра палочкой, а только поднесла ее близко к стержню. Почему же электрометр зарядился?


Рис.4

Ответ: Стержень электрометра электрически нейтрален. При поднесении положительно заряженной стеклянной палочки на ближайшем конце стержня накапливаются разноименные заряды, а на удаленном конце стержня одноименные заряды. Снова наблюдается перераспределение зарядов, но в пределах одного тела.

Учитель: Какую же роль играет трение в процессе электризации?

Ответ: Трение в данном случае почти никакой роли не играет. Этот способ электризации более правильно и научно было бы назвать электризацией соприкосновением. Действительно. Плотно прижимая к стеклянной палочке шелковую ткань мы тем самым увеличиваем число точек соприкосновения двух разнородных тел.

Учитель: В каком количественном соотношении находятся заряды на обоих наэлектризованных телах?

Ответ: Заряды на стеклянной палочке и шелке равны по величине, но противоположны по знаку.

Вывод 7: Если 2 тела до соприкосновения были электрически нейтральны, то после соприкосновения на них обнаруживаются заряды противоположных знаков, равных по абсолютной величине.

Учитель: Как же взаимодействуют между собой заряженные тела?

Опыт 5: Взаимодействие наэлектризованных султанчиков.


Рис.5


Риc. 6

Вывод 8: Одноименно заряженные тела отталкиваются (Рис.6), а разноименно заряженные притягиваются (Рис.5).

Явление электризации тел учитывается на производстве и применяется на практике. Например. Большие электрические заряды накапливаются при трении шин об асфальт при сухой погоде. Возникает опасность проскакивания искры. Поэтому сзади машин – цистерн для горючего прикрепляют металлические цепи, волочащиеся по дороге. За счет электризации работает электрофорная машина, которую мы использовали для демонстрации опытов. Явление электризации тел используется в современных электро – копировальных установках (ксерокс и др.) Нити пряжи на текстильных фабриках электризуются за счет трения, притягиваются к веретенам и рвутся. Пряжа притягивает пыль и загрязняется. Приходится принимать различные меры против электризации. Разматывая в типографии большие рулоны бумаги рабочие надевают резиновые перчатки, чтобы предохранить себя от электрических разрядов, между наэлектризованной бумагой и руками.

Итак, мы установили, что некоторые элементарные частицы обладают зарядом, что заряды между собой взаимодействуют различным образом, заряд неразрывно связан с элементарной частицей., что явление электризации часто встречается в нашей повседневной жизни.

Домашнее задание: §86-88

Ответить на вопросы:

  1. Эбонитовая палочка при электризации зарядилась отрицательно. Осталась ли неизменной масса палочки?
  2. Известно, что стеклянная палочка, потертая о шелк, заряжается положительно. Определите экспериментально знак заряда пластмассовой ручки, потертой о шерсть.
  3. В сухом помещении потрите сухой рукой надутый воздухом резиновый шар, а затем поднесите его к какому- либо предмету (например, стене, потолку и т.д.). Что вы наблюдаете? Объясните явление.