Конкурс "Я иду на урок"

Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения электрического заряда

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

Образовательные цели урока: формирование целостной системы знаний по теме «Электрический заряд...»; обеспечение усвоения всеми учащимися закона сохранения электрического заряда и экспериментальное его подтверждение.

Оборудование: электрофорная машина; стеклянная палочка, шёлк, бумага; эбонитовая палочка, мех, сукно; электрометр, электроскоп; султанчики; электрическая лампа на штативе.

Ход урока

Учитель. Кому не известны слова «Люблю грозу в начале мая…»? Действительно, гроза – это величественное явление природы, когда небо прочерчивают зигзаги молний, слышны сильные раскаты грома. Невольно задумываешься над тем, какой это мощный и, к сожалению, неиспользованный источник энергии. В 8-м классе вы изучали, что такое молния, каково её происхождение. Сегодня мы с вами более детально изучим это явление природы. Сообщение о молнии и причине её возникновения, а также способах защиты сделает ученик... (Заслушивается сообщение ученика.)

В сообщении упоминались слова электрический заряд. Сейчас мы повторим некоторые опыты, показанные вам в 8-м 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 шёлком и снова подношу к султану. Листочки султана притягиваются к палочке. То же явление наблюдается при поднесении эбонитовой палочки, натёртой мехом.

Какие явления мы с вами сейчас наблюдали?

Учащиеся. Мы наблюдали притяжение листочков султана наэлектризованной палочкой.

Учитель. За счёт чего наэлектризовалась палочка?

Учащиеся. За счёт трения.

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

Учащиеся. Это значит, что на ней появились электрические заряды.

Учитель. Откуда появились электрические заряды на палочке, ведь рядом с палочкой и бумагой не было других наэлектризованных тел или предметов?

Учащиеся. Очевидно, заряды были на самих телах.

Учитель. Повторим первый и второй опыты. Опыты убеждают нас в том, что до натирания обе палочки были электрически нейтральны. Значит, на каждой палочке были в равном количестве и положительные, и отрицательные заряды. Какие выводы из этого следуют?

(Учащиеся формулируют вывод.)

Вывод 1. Электрические заряды присущи всем телам и их составным частям. Заряды всегда есть и возникнуть при любом способе электризации не могут.

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

Учащиеся. Строение атома.

Учитель. Вспомните, каково строение атома.

Учащиеся. Атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по орбитам. Протоны , электроны .

Учитель. Каков суммарный заряд атома?

Учащиеся. Атом в невозбуждённом состоянии электрически нейтрален. Это значит, что положительный заряд его ядра равен по модулю сумме отрицательных зарядов всех его электронов.

Вывод 2. Понятие об электрических зарядах отражает объективные факты: мы не создаём заряды, они присутствуют в веществе от природы. Перемещаться могут только электроны, протоны перемещаться не могут, т.к. связаны в ядрах огромными внутриядерными силами.

Вывод 3. Носителями электрических зарядов являются электроны. Электрон обладает наименьшим по модулю отрицательным зарядом q = –1,6 · 10^–19 Кл. К частицам, не имеющим электрического заряда, относится нейтрон. Нейтроны и протоны входят в состав атомного ядра.

Учитель. Что же происходит при натирании стеклянной палочки шёлком или бумагой? Очевидно, что стеклянная палочка не в состоянии удержать все свои электроны и часть из них переходит на бумагу или шёлк. Таким образом, потеряв часть своих электронов, стеклянная палочка заряжается положительно, а бумага отрицательно.

Учитель. Изменится ли при этом суммарный электрический заряд?

Учащиеся. Суммарный электрический заряд останется неизменным.

Вывод 4. В электростатике имеет место закон сохранения электрических зарядов: в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной. Если заряды обозначить через

q₁, q₂, ... q_i, то q₁+ q₂ + …+ q_i = const. Этот вывод является частным случаем закона сохранения и превращения заряда. 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 этих случаях сумма зарядов остаётся 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 над второй частью последнего вопроса.

• Опыт 3. Подношу к электрометру заряженную стеклянную палочку. Стрелка отклоняется, показывая, что электрометр зарядился.

Учитель. Я не касалась стержня палочкой, а только поднесла её близко. Почему же прибор зарядился?

Учащиеся. Стержень электрометра электрически нейтрален. При поднесении положительно заряженной стеклянной палочки на ближайшем конце стержня накапливаются заряды противоположного по знаку заряда, а на удалённом конце стержня – того же. Мы наблюдаем перераспределение зарядов в пределах одного тела.

Учитель. Какую же роль играет трение в процессе электризации?

Учащиеся. 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 шёлковую ткань, мы тем самым увеличиваем число точек соприкосновения двух разнородных тел.

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

Учащиеся. Заряды на стеклянной палочке и на шёлке равны по величине, но противоположны по знаку.

Вывод 6. Если два тела до соприкосновения были электрически нейтральны, то после соприкосновения на них обнаруживаются заряды противоположного знака, равные по абсолютной величине.

Учитель. Как же взаимодействуют между собой заряженные тела?

• Опыт 4. Подношу друг к другу наэлектризованные султанчики – одноимённо заряженные отталкиваются, а разноимённо заряженные – притягиваются.

Вывод 7. Одноимённо заряженные тела отталкиваются, а разноимённо заряженные – притягиваются.

Учитель. Явление электризации тел учитывается на производстве и применяется на практике. Например, большой электрический заряд накапливается в сухую погоду на шинах автомобиля в результате их трения об асфальт. Возникает опасность проскакивания искры. Поэтому сзади машин – цистерн для горючего – прикрепляют металлические цепи, волочащиеся по дороге. (Это было раньше, когда машины ездили не так быстро, как сейчас. При движении с высокой скоростью цепь уже не волочится по грунту, а летит в воздухе. – Ред.) За счёт электризации работает электрофорная машина, которую мы использовали для демонстрации опытов. Явление электризации тел используется в современных электрокопировальных установках – ксероксах. Нити пряжи на текстильных станках, электризуясь, за счёт трения, притягиваются к веретёнам и рвутся. Наэлектризованная 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 взаимодействуют между собой различным образом, что заряд неразрывно связан с элементарной частицей, что явление электризации часто встречается в нашей повседневной жизни.

ДЗ: Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика-10. – М.: Просвещение, 2004 г. § 86–88. Ответьте на вопросы:

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