Дискретність електричного заряду. Будова атома. Електрон. Йон. Закон збереження елек¬тричного заряду

Урок 1

Електризація тіл. Електричний заряд.

Лабораторна робота № 1

«Дослідження взаємодії заряджених тіл»

Мета: сформувати уявлення учнів про електризацію, електричний заряд та його види; дослідити взаємодію заряджених тіл; ознайомити з електризацією на виробництві та в побуті; розвивати пізнавальний інтерес та експериментальні вміння; виховувати дисциплінованість та спостереж­ливість.

Основні поняття: електризація, електрич­ний заряд, негативний заряд, позитивний заряд.

Обладнання: папір, ручка, ебонітова палич­ка, скляна паличка, шовк, хутро, дві паперові трубочки, дві шовкові або капронові нитки (тру­бочка з ниткою з'єднані), ебонітовий стрижень, скляний стрижень (пробірка), штатив, шматочок шовкової тканини, шматочок вовняної тканини, скляний (сухий дерев'яний) стрижень.

Тип уроку: засвоєння нових знань та напрацювання практичних умінь.

Розум за допомогою науки проникає

в таємниці речовини і пізнає істину.

Михайло Ломоносов

Хід уроку

I. Розминка

Фізика — слово дзвінке і разюче;

В ньому — хмаринка і сонце палюче,

Все, що літає, дзвенить і блищить,

Плаває в водах, холоне, кипить.

Все, що навколо, при чому живемо,

Словом «природа» ми за звичкою звемо.

Знати природу і вміти в ній жити

Фізика вчить нас. її нам хвалити.

Так, на голову нашу звалився предмет,

Що має чимало хороших прикмет:

Доступні закони, задачі ясні,

Хоч часом від них, як в жахливому сні.

II. Актуалізація опорних знань

Вправа «Павучок»

Учні пригадують, що таке фізичні явища, та наводять їх приклади, оформлюють на дошці відповідну схему.

III. Мотивація навчальної діяльності

Давні греки дуже полюбляли прикраси з бурш­тину, вони назвали його за колір та блиск «електро­ном», що означає «сонячний камінь».

Здатність бурштину електризуватися була відома давно. Вперше дослідженням цього явища зайнявся відомий філософ Фалес Мілетський. Як розповідається в легенді, дочка Фалеса пряла вов­ну бурштиновим веретеном, що було виготовлено фінікійськими майстрами. Одного разу веретено випадково впало у воду, дівчина почала витирати його краєм свого вовняного хітона і помітила, що до веретена пристало кілька шерстинок. Вона по­думала, що вони прилипли до веретена, тому що воно ще вологе, і продовжувала витирати його ще краще. На її подив, шерстинок налипало ще біль­ше. Дівчина звернулася за поясненням до свого батька.

Давайте спробуємо зробити аналогічний екс­перимент:

Візьміть клаптик паперу, відірвіть від нього не­величкий шматок, а потім порвіть його ще на ма­ленькі шматочки. Тепер візьмемо ручку, потремо її об папір, а потім наблизимо до клаптиків, які ми щойно приготували. Що ви спостерігаєте? Чому? Як це можна пояснити?  На сьогоднішньому уроці ми з вами розпочнемо знайомство з електризацією тіл.

IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу

1. Електризація тіл

Ще в глибоку давнину було відомо (VI ст. до н.е. грецький учений Фалес Мілетський), що бурштин, потертий об хутро, набуває здатності притягувати легкі предмети. Наприкінці XVI ст. англійський учений У. Гільберт (1544 –1603), вивчаючи це явище, виявив, що аналогічна властивість притаманна й іншим речовинам. Тіла, здатні після натирання притягувати легкі предмети, він назвав наелектризованими, оскільки грецькою мовою бурштин називається електроном. Звідси пішла назва цілої галузі фізики – електрика.

Першу електричну машину в 1650 р. побу­дував німецький учений Отто Геріке. Спочатку він виготовив із сірки велику кулю. Натираючи рукою кулю, Геріке спостерігав притягання до неї легеньких предметів. За допомогою цієї машини він зробив багато дослідів, але пояснення для спо­стережуваного не знайшов.

Тіла заряджаються не лише у разі натирання одних тіл іншими, а й під час взаємодії різнорідних тіл та безпосереднього контакту. Але при натиранні контакт між тілами щільніший і вони заряджаються сильніше, що легше виявити під час дослідів.

Усі заряджені тіла притягують до себе інші тіла, які не були зарядженими.

Проведемо дослід: зарядимо натиранням об хутро ебонітову паличку і підвісимо її на нитці. Якщо тепер піднести таку саму заряджену ебоніто­ву паличку, то заряджені палички відштовхувати­муться. Якщо ж піднести скляну паличку, потерту об шовк, то палички будуть притягуватися одна до одної.

Висновок: однаково заряджені тіла відштов­хуються, а різнойменно заряджені — притягу­ються.

Французький дослідник Шарль Дюфе в 1730 p., вивчаючи взаємодію наелектризованих тіл, по­мітив, що в одних випадках наелектризовані тіла відштовхуються, а в інших притягуються. Дюфе пояснив це явище тим, що існують два типи заря­дів – «скляні» і «смоляні». Більш вдале позначен­ня двох типів зарядів, що збереглося й до наших днів, у 1778 р. дав відомий американський фізик і політичний діяч Бенджамін Франклін. «Скляні» заряди він назвав позитивними, а «смоляні» – не­гативними.

Домовилися, що тіло позитивно заряджене, якщо воно набуває заряду такого ж виду, як і скло, потерте шовком або шкірою. Якщо ж тіло під час електризації набуває такого ж заряду, як бурштин, натертий об хутро, то кажуть, що воно має нега­тивний заряд. Зрозуміло, що вказана назва заряду умовна і не визначає якоїсь переваги одного заряду над іншим. Позитивні заряди позначають знаком «+», а негативні — «-».

Під час електризації тіл за допомогою тертя зав­жди заряджаються обидва тіла (наприклад, скло і шовк). Причому одне з них набуває позитивного заряду, а інше – негативного. Якщо до електри­зації обидва тіла не були заряджені, то після тертя величина позитивного заряду одного тіла є такою самою, як негативний заряд іншого тіла.

Електризація — надання тілу електричного заряду.

Електричний заряд — фізична величина, що визначає інтенсивність електричної взаємодії.

Одиницею заряду в СІ є 1 кулон (1 Кл). Це дуже велика величина заряду. Як правило, заряджені тіла мають значно менший заряд. Електричний за­ряд позначають літерою q.

2. Електризація тертям на виробництві та в побуті

Значну електризацію можна спостерігати, якщо труться синтетичні тканини. Знімаючи нейлонову сорочку в сухому повітрі, ми чуємо характерне потріскування. Між зарядженими ділянками тертьових поверхонь проскакують ма­ленькі іскорки. З подібними явищами доводиться рахуватися на виробництві. Так, нитки пряжі на текстильних фабриках електризуються внаслі­док тертя, притягуються до веретен та роликів і рвуться. Пряжа притягує пил і забруднюється. Доводиться вживати спеціальних заходів проти електризації ниток.

На одному целюлозно-паперовому комбінаті деякий час не могли встановити причину частих розривів паперової стрічки, що швидко рухалася.

Були запрошені вчені. Вони з'ясували, що причина полягає в електризації стрічки під час тертя. Така сама електризація може бути причиною пожежі.

Під час тертя з повітрям може наелектризува­тися літак. Тому після посадки до літака не можна приставляти металевий трап: може виникнути роз­ряд, що спричинить пожежу. Спочатку літак «роз­ряджають»: опускають на землю металевий трос, з'єднаний з обшивкою літака, і розряд проходить між землею та кінцем троса.

Явище електризації тіл за допомогою тісного контакту між ними використо-вується в електро­копіювальних установках типу «Ера», «Ксерокс» та ін.

V. Рефлексія знань

Провести інструктаж з безпеки життєдіяль­ності дітей.

Лабораторна робота № 1

«Дослідження взаємодії заряджених тіл»

Обладнання: дві паперові трубочки, дві шовкові або капронові нитки (трубочка з ниткою з'єднані), ебонітовий стрижень, скляний стрижень (пробір­ка), штатив, шматочок шовкової тканини, шмато­чок вовняної тканини, скляний (сухий дерев'яний) стрижень.

Хід роботи

1. Прив'яжіть нитку з паперовою трубочкою до скляного (дерев'яного) стрижня, який закріплено у затискачі штатива горизонтально. Натріть від­повідною тканиною скляний або ебонітовий стри­жень і піднесіть його до паперової трубочки. Що ви спостерігаєте?

2. Натріть стрижень тканиною знову і піднесіть його до паперової трубочки, не торкаючись її. Що ви спостерігаєте?

3.  Прив'яжіть другу нитку з паперовою тру­бочкою до стрижня так, щоб нитки з трубочками розташувалися паралельно. Повторіть дію, яку ви виконували, керуючись п. 1. Як будуть взаємодія­ти між собою трубочки?

4.  Наелектризуйте інший (не той, який був задіяний під час виконання завдання попереднього пункту) стрижень і піднесіть його до трубочок, не торкаючись їх. Як трубочки будуть взаємодіяти зі стрижнем?

Зробіть висновок (поясніть, що відбувається під час взаємодії стрижнів із тканинами, якими їх натирають; які види електричних зарядів утворю­ються в результаті цих дій, як вони взаємодіють між собою).

VI. Узагальнення знань

Накреслити таблицю «Фізичні величини» в кінці зошита:

VII. Підсумки уроку

Інтерактивна вправа «Результат»

Учні по черзі роблять висновки про те, чого вони навчилися на уроці, якого результату досягли.

VIII. Домашнє завдання

1.  § 1 (підручник Шут М.І. Мартинюк М.Т.).

2.  Підготувати повідомлення: «Природа бурш­тину», «Корисне застосування електризації» (ма­теріали до повідомлень наведені в додатку).

Додаток

Природа бурштину

Бурштин — загальна назва для смолянистої скам'янілості, яка цінується за її природну і цікаву суміш кольорів і широко використовується для виготовлення декоративних прикрас. Навіть не будучи мінералом, бурштин розглядається і вико­ристовується як коштовний камінь. Вік більшості покладів бурштину в світі – 30-90 млн років. Бурштин є неоднорідним і складається з кількох смолянистих тіл, зв'язаних нерозчинною бітумною речовиною.

Внаслідок нагрівання бурштин пом'якшується і врешті-решт горить. Від цієї властивості походить німецька назва бурштину – «bernstein» – ка­мінь, що горить. Нагрітий до температури 200 °С, бурштин розтоплюється до нестійкого стану «бурштинової олії», залишаючи чорні рештки, ві­домі як «бурштинова каніфоль», або «бурштинова смола». А якщо його розчинити в олії скипидару або в лляній олії, можна отримати «бурштиновий лак». Протирання бурштину може привести до електризації. Також відомо, що слово «електрика» походить від грецького слова, що означає «бурш­тин», — «electron».

Справжній балтійський бурштин містить сукцинітову (бурштинову) кислоту, тоді як інші смоляні скам'янілості, які часто називають бурш­тином, або не містять цього компоненту, або міс­тять тільки дуже невелику її кількість. Отже, назва «сукциніт», запропонована професором Джеймсом Дуайтом Даной, тепер зазвичай використовуєть­ся в наукових статтях як термін для позначення справжнього пруського бурштину.

Ефективний інструмент для бурштинового аналізу – інфрачервона спектроскопія. Вона дає змогу побачити відмінність між балтійськими і «небалтійськими» варіантами бурштину завдяки карбонільному поглинанню. Також за допомогою цього аналізу можна виявити відносний вік зразка бурштину.

Часто бурштин (особливо в якому є комахи) підроблюють за допомогою пластмасової смоли, схожої за зовнішніми ознаками. Виявити підробку просто: треба торкнутися об'єкту гарячою шпиль­кою і визначити, чи з'явиться аромат дерев'яної смоли. Якщо ні, то об'єкт–підробка, хоча позитивний тест також може бути не остаточним виснов­ком через те, що верхній шар справжньої смоли дуже тонкий. Часто в підробках комахи мають аж надто красиву позу і розташування.

Корисне застосування електризації Ванна Нерона

У давніх архівах збереглися записи, які свідчать про те, що імператора Нерона, який страждав на ревматизм, придворні лікарі лікували електрованнами. Для цього в невелику дерев'яну діжку з во­дою пускали риб, що здатні генерувати електричні розряди. На імператора впродовж приписаного лікарями часу діяли електричні поля. Лікування відбувалося успішно.

Маляр без щітки

Рухомі предмети на конвеєрі, які треба пофар­бувати, наприклад, корпус автомобіля, заряджа­ють позитивно, а частинки фарби – негативно. Шар фарби на корпусі буде тонкий, рівномірний і щільний. Оскільки однойменні заряди відштовху­ються, то частинки фарби відштовхуються одна від одної – звідси і рівномірність шару. Частинки, що розганяються під дією електричного поля, з силою вдаряються об предмет – звідси щільність. Розхід фарби знижується, оскільки вона осідає тільки на деталях. Метод фарбування в електричному полі зараз широко використовується в нашій країні.

Електричне коптіння

Коптіння — це проходження крізь продукт деревного диму. Частинки диму не тільки надають продуктам смаку, а й запобігають їх псуванню. Під час електрокоптіння частинки коптильного диму заряджають позитивно, а рибу (наприклад) – не­гативно. Заряджені частинки диму осідають на поверхні риби і частково поглинаються нею. Все електрокоптіння триває кілька хвилин; раніше вважалося, що коптіння – це тривалий процес.

Електричний ворс

Щоб отримати в електричному полі шар ворсу на деякому матеріалі, потрібно матеріал заземлити, поверхню покрити клеєм, а потім через заряджену металеву сітку, розміщену над цією поверхнею, пропустити порцію ворса. Ворсинки швидко орієн­туються в полі і розподіляються рівномірно, осіда­ють на клей строго перпендикулярно поверхні. Так отримують покриття, схожі на замшу чи оксамит. Легко отримати різнокольоровий візерунок, якщо приготувати порції ворсу різного кольору і кілька шаблонів, якими в процесі електроворсування прикри-вають по черзі окремі частини виробу. Так виготовляють різнокольорові килими.

Як ловлять порошинки

Чисте повітря необхідне не тільки людям, а й особливо точним виробництвам. Усі машини через наявність на їхніх деталях пилу передчасно зношуються, а канали їх повітряного охолодження засмічуються. Крім того, пил, який вилітає з від­хідними газами, часто являє собою цінну сирови­ну. Очистка промислових газів стала необхідністю. Практика показала, що з цим добре впорається електричне поле.

Уздовж поздовжньої вісі металевої труби роз­міщують дріт. Стінки труби і дріт заряджають різнойменно. В електричному полі газ у трубі йонізується. Негативні йони «прилипають» до частинок диму, що надходять разом із відпрацьо­ваними газами, і заряджають їх. Під впливом поля ці частинки рухаються до труби й осідають на ній, а очищений газ рухається до виходу. Трубу час від часу струшують, і відхідні частинки потрапляють у бункер.

Електричні фільтри на великих теплових елек­тростанціях вловлюють 99 % сажі, що знаходиться у вихідних газах.

Змішування речовин

Якщо дрібні частинки однієї речовини заря­джають позитивно, а іншої – негативно, то досить легко отримати їхню суміш, в якій частинки розпо­ділені рівномірно.

Наприклад, на хлібозаводі тепер не потрібно виконувати велику механічну роботу, щоб заміси­ти тісто. Заряджені позитивно крупинки борошна повітряним потоком подаються до камери, де вони зустрічаються з негативно зарядженими крапель­ками води, у якій розчинені дріжджі. Крупинки борошна і крапельки води притягуються одна до одної, утворюючи рівномірну масу.

Можна навести багато інших прикладів ко­рисного застосування електризації. Заснована на цьому явищі технологія досить зручна: потоком заряджених частинок можна керувати, змінюючи електричне поле, а весь процес легко автоматизу­вати.