Абетка електростатики

Абетка електростатики

Мета уроку:

Навчальна: Формувати уявлення про електричний заряд, два роди електричних зарядів, електризацію тіл; ознайомитися з одним з основних законів електростатики – законом Кулона.

Розвивальна. Розвивати пізнавальні навички учнів.

Виховна. Виховувати уважність, зібраність, спостережливість.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Що таке електричний заряд?

Що таке електризація тіл?

Як саме відбувається електризація тіл?

Як можна кількісно виміряти силу, що виникає між електрично зарядженими тілами? Від чого вона залежить?

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Електричний заряд

Електричний заряд – це фізична величина, яка характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

1 кулон дорівнює заряду, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 секунду, якщо сила струму в провіднику становить 1 ампер:

Основні властивості електричного заряду:

1. Існують два роди електричних зарядів – позитивні й негативні.

Електричний заряд такого роду, як заряд, отриманий на бурштині або ебонітовій паличці, потертих об вовну, прийнято називати негативним, а такого роду, як заряд, отриманий на паличці зі скла, потертій об шовк, − позитивним.

2. Тіла, що мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, що мають заряди протилежних знаків, притягуються.

3. Носієм електричного заряду є частинка – електричний заряд не існує окремо від неї.

4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл кратні певному найменшому (елементарному) заряду.

Носій найменшого негативного заряду – електрон. Цей заряд зазвичай позначають символом ; його значення: .

Носій найменшого позитивного заряду – протон. Заряд протона за модулем дорівнює заряду електрона.

− заряд тіла, − заряд електрона, − ціле число.

2. Заряд електрона

Проблемне питання

• Як був виміряний заряд електрона?

Перше досить точне вимірювання елементарного заряду здійснив американський фізик-експериментатор Роберт Ендрус Міллікен (1868–1953) на початку ХХ ст.

Схема досліду:

На масляну краплю (негативно заряджена), що потрапляє між пластинами, діють сила тяжіння , сила опору повітря , архімедова сила і сила з боку електричного поля заряджених пластин .

Міллікен з’ясував, що кожного разу заряд краплі був кратним деякому найменшому заряду: . Тобто , де − ціле число.

3. Електризація тіл

Проблемне питання

• Що таке електризації тіл?

Електризація – це процес одержання електричного заряду макроскопічними тілами або їх частинами.

Під час електризації тертям частина електронів зі скляної палички перейде на клаптик шовку, в результаті чого скляна паличка набуде позитивного заряду, а клаптик шовку – негативного.

Під час електризації відбувається перерозподіл наявних електричних зарядів, а не створення нових.

Закон збереження електричного заряду:

Повний заряд електрично замкненої системи тіл залишається незмінним під час усіх взаємодій, які відбуваються в цій системі.

– заряди тіл, що створюють електрично замкнену систему

n – кількість таких тіл

Під електрично замкненою системою розуміють таку систему тіл, у яку не проникають заряджені частинки ззовні і яка не втрачає «власних» заряджених частинок.

4. Закон Кулона

Точковий заряд – це фізична модель зарядженого тіла, розмірами якого можна знехтувати порівняно з відстанями від нього до інших заряджених тіл, що розглядаються.

Точковий заряд є не реальним об’єктом, а фізичною моделлю. Необхідність уведення такої моделі спричинена тим, що в загальному випадку взаємодія заряджених тіл залежить від багатьох чинників, отже, не існує єдиної простої формули, яка описує електричну взаємодію для будь-якого довільного випадку.

Французький фізик Шарль Кулон (1736–1806) експериментально встановив закон, який став основним законом електростатики і був названий на його честь, —

Закон Кулона:

Сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів і прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

– коефіцієнт пропорційності.

Коефіцієнт пропорційності чисельно дорівнює силі, з якою взаємодіють два точкові заряди по 1 Кл кожний, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного.

– електрична стала

Зверніть увагу!

• У законі Кулона йдеться про добуток модулів зарядів, оскільки знаки зарядів впливають лише на напрямок сили.
• Сили, з якими взаємодіють точкові заряди, зазвичай називають кулонівськими силами.
• Кулонівські сили напрямлені вздовж прямої, яка з’єднує точкові заряди, що взаємодіють.
• Якщо треба визначити силу взаємодії зарядів у випадку, коли взаємодіють три заряди чи більше, спочатку визначають сили взаємодії певного заряду з кожним із решти зарядів, а потім розраховують їхню результуючу.
• Якщо заряди перемістити з вакууму в діелектрик, то сила їхньої взаємодії зменшиться в ε разів, де ε – діелектрична проникність діелектрика.

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Як зміниться сила взаємодії між двома точковими зарядами, якщо відстань між ними збільшити у два рази?

2. Два однакові за модулем і знаком точкові заряди, розташовані на відстані 5 см один від одного, відштовхуються із силою 0,1 Н. Визначити значення кожного заряду.

3. У результаті тертя об сукно ебонітова паличка одержала заряд –12,8 мкКл. Визначити кількість надлишкових електронів на паличці. На скільки збільшилася маса ебонітової палички?

4. Два тіла, на кожному з яких знаходиться 8⋅10¹² надлишкових електронів, відштовхуються в повітрі із силою 0,37 Н. Визначити відстань між тілами.

5. Дві однакові металеві кульки, що мають заряди 6 мкКл і –12 мкКл, розташовуються на відстані 60 см одна від одної. Визначити силу взаємодії між ними після того, як їх привели в зіткнення й потім розвели на попередню відстань?

6. Як зміниться сила взаємодії між двома точковими зарядами, якщо кожний заряд зменшити у два рази, а відстань між ними збільшити в три рази?

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Бесіда за питаннями

1. Що називають електричним зарядом?

2. Назвіть одиницю електричного заряду.

3. Які роди зарядів існують?

4. Як взаємодіють тіла, що мають заряди одного знака? протилежних знаків?

5. Яка частинка має найменший негативний заряд? найменший позитивний заряд?

6. Як ви розумієте твердження, що електричний заряд є дискретним?

7. Хто і як першим виміряв заряд електрона?

8. Якщо електронейтральне тіло віддасть частину своїх електронів, заряд якого знака воно матиме?

9. Чому під час електризації тертям електризуються обидва тіла?

10. Сформулюйте закон збереження електричного заряду.

11. Сформулюйте закон Кулона.

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 40, Вправа № 40 (1, 2)