Разряд тока между людьми, одетыми в шерстяную одежду, удивляет и веселит. Чтобы понять, почему так происходит следует ознакомиться, что такое электризация тел? Ответы на возникающие вопросы можно найти в разделе физики "Электродинамика". В нём описывается принцип накопления зарядов твердыми телами и действующие законы движения частиц.
Основные моменты
Чтобы определиться, что такое электризация тел, рассмотрим определения и закономерности движения заряженных частиц. Существует два противоположных вида: электроны (отрицательные) и протоны (положительные) заряды. При огромном их скоплении формируется электромагнитное поле. И чем ближе тела со статикой расположены друг к другу, тем более сильное воздействие оказывается.
После соприкосновения тел происходит обмен зарядами, выравниваются потенциалы (притяжение или отталкивание пропадает). Частицы одного знака стремятся отдалиться, разного наоборот притягиваются. Этим можно объяснить, что такое электризация тел: взаимное влияние электромагнитных полей, созданных электронами и протонами.
Попытаемся объяснить простым языком, что такое электризация тел: чтобы образовалось электромагнитное поле, нужно сначала осуществить действие, помогающее накопить заряд:
- трение;
- влияние магнитом;
- удар по предмету;
- химическая реакция;
- приложить к предмету через проводники источник питания (хотя бы батарейку).
Существует множество простых опытов, доказывающих на практике закономерности электродинамики.
Некоторые доказательства закономерностей
В качестве примеров можно провести простые опыты для детей:
- Берём обычную расчёску плоскую, лучше пластмассовую, но подойдёт и железная. Используем волосы или другие натуральные вещи: шубу, парик, шерстяной платок или свитер. Нужно несколько раз интенсивно натереть зубчики. Перед этим мелко измельчают бумагу и потом подносят к ней наэлектризовавшийся предмет. Кусочки моментально прилипают к расческе.
- можно провести камнем янтаря, натертым аналогичным образом. После он может притягивать сухие травинки и другие предметы. Если его поднести к тонкой струе воды, то увидим как она отклоняется в сторону камня.
Шерстяная и шелковая ткани
О шелковый платок натирают стеклянную палочку. После к ней может прилипать практически любой мелкий предмет. Хорошо это заметно, когда наконечник подносим к волосам или тонким лентам бумаги.
Предметы из эбонита хорошо электризуются при трении о шерстяную ткань. А стеклянные палочки натирают шёлком. Однако у этих предметов получается различный заряд. Доказательством этому служит опыт, приведенный ниже.
Натертый шерстью эбонит будет отталкивать от себя шёлк. Чтобы увидеть это, подвесим оба предмета на одну нить и будем постепенно их сближать так, чтобы они свободно свисали. В итоге увидим как ткань начнёт отклоняться в сторону.
Аналогичное явление произойдёт и при опыте со стеклянной палочкой и шерстью. Электризация тел при трении фактически происходит благодаря преобразованию одной энергии в другую.
В повседневной жизни
Вокруг нас постоянно происходит электризация тел. При трении некоторых предметов она становится настолько высокой, что к ним притягиваются даже габаритные тяжелые детали. В домашних условиях наблюдать процесс электризации можно следующим образом:
- Одеваем домашние тапочки матерчатые, только не с резиновой подошвой. Натираем длительно ногами по ковру или деревянному полу. И если коснуться кончиком пальцев с напарником, то получите разряд. В темноте будет видно как он сверкает.
- Часто незаземленные холодильники и стиральные машины тоже бились статическим электричеством. Это происходило по причине трения вращающихся частей.
- Электризуются ладони после трения их о ту же шерсть или шелк. Одежда на человеке притягивает разного рода пушинки, ворсинки по причине электризации. Девочки убирают её спреями-антистатиками, чтобы юбка не липла к ногам во время ходьбы.
Телевизоры по этой же причине притягивают пыль к экранам и корпусу. А воздушный шарик, натертый о волосы головы, можно надолго подвесить к потолку. Происходит притяжение заряженной поверхности к обоям или другому покрытию.
Обозначения в электродинамике
Для классификации и количественного обозначения явления заряженных частиц используется буква q. Положительные протоны указывают так - +q. Отрицательные электроны получили символ -q.
Для расчётов используют общее количество зарядов. Их складывают или отнимают для получения истинного уровня электризации предмета. В спокойном состоянии любой уровень частиц постоянен и имеет вид закона сохранения электрического заряда: q1+q2+...+qN= const.
А для подсчета энергии используется понятие "квант". Простым языком - это минимальное количество частиц разноименно заряженных, которые могут в единицу времени передаваться другому предмету. Этот уровень можно измерить специальным прибором — электрометром. Его работа основана на накоплении заряда металлической стрелкой, закрепленной на неподвижной оси. По мере увеличения уровня отклоняется, стрелка движется по циферблату.
Особенности расчётов:
- На заряды действуют силы притяжения. Но их стараются не учитывать при простейших расчетах. Ведь размеры частиц очень малы по сравнению с преодолеваемыми расстояниями.
- Для определения направления движения любой выбранной частицы нужно учесть все силы, действующие от окружающих элементов. Все расчеты проводятся графически: составляется векторная диаграмма.
Как определить энергию?
Электроскоп является прибором, при помощи которого фиксируется электризация тел. Электрический заряд накапливается металлическим стержнем в виде лепестков, установленным на диэлектрическом основании — пластиковой втулке. Вся конструкция помещена в стальной корпус так, что подвижная часть расположена спереди и закрыта прозрачным стеклом.
Чтобы определить уровень заряда, нужно поднести наэлектризованный предмет к верхней металлической части прибора. Чем больше частиц переходит, тем сильнее расходятся лепестки. Недостатком конструкции является невозможность фиксировать положительные или отрицательные значения, все величины отображаются без знака.
Инструменты для эксперимента
Для подтверждения сил электродинамики проводят простые физические опыты при помощи подручных средств. Одними из таких послужат:
- Два металлических диска.
- Лоскут шерстяной ткани под размер.
- Электроскоп. Либо собственное изобретение: примером может служить металлический стержень, соединенный проводником с одним из дисков. Последний устанавливается плоскостью горизонтально. Стержень же расположен вертикально, у основания на небольшом расстоянии можно наложить мелко изрезанные кусочки бумаги.
Один из дисков нужно взять в руку. Обязательно использовать диэлектрические перчатки. На втором уложена ткань.
Порядок действий
Суть эксперимента:
- Верхний диск плотно прикладывают через ткань к нижнему.
- Его проворачивают несколько раз и резко убирают вверх.
- Если все сделано правильно, заряд равномерно перераспределится между диском и стержнем.
- Кусочки бумаги налипнут на стержень.
Для того чтобы бумага упала, можно снять заряд просто прикоснувшись к металлической части диска рукой без перчатки.
Мы рассмотрели часто встречающиеся и наиболее простые способы электризации тел.
Развлекались ли вы в детстве таким нехитрым фокусом: если потереть о сухие волосы надутый воздушный шарик, а потом приложить его к потолку, то он как бы «прилипает»?
Нет? Попробуйте, это забавно. Не менее забавно потом торчат во все стороны волосы. Такой же эффект получается иногда при расчесывании длинных волос. Они торчат и липнут к расческе. Ну и всем знакомы ситуации, когда походив в шерстяных или синтетических вещах, прикасаешься к чему-то или к кому-то и чувствуешь резкий укол. В таких случаях говорят – бьешься током. Все это примеры электризации тел. Но откуда возникает электризация, если мы все прекрасно знаем, что электрический ток живет в розетках и батарейках, а не в волосах и одежде?
Явление электризации тел: способы электризации
Явление электризации тел начинают изучать в восьмом классе. И начинают изучение с рассмотрения электризации тел при соприкосновении. Для этого на уроках проводят опыты с применением простейших способов электризации тел трением эбонитовой или стеклянной палочки о мех или шелк. Вы можете проделать такие опыты самостоятельно, вместо палочки можно взять пластмассовую ручку или линейку. Потрите ручку о шерсть или мех, а затем поднесите к мелко нарезанным кусочкам бумаги, соломинкам или шерстинкам. Вы увидите, как эти кусочки притягиваются к ручке. То же произойдет с тонкой струей воды, если поднести к ней наэлектризованную ручку.
Два рода электрических зарядов
Впервые подобные эффекты были обнаружены с янтарем , потому и были названы электрическими от греческого слова «электрон» – янтарь. И способности тел притягивать другие предметы после соприкосновения, а натирание – это лишь способ увеличить площадь соприкосновения, назвали электризацией или приданием телу электрического заряда. Опытным путем установили, что существует два рода электрических зарядов. Если натереть стеклянную и эбонитовую палочки, то они будут притягиваться между собой. А две одинаковые – отталкиваться. И это происходит не потому, что они не нравятся друг другу, а потому, что у них разные электрические заряды. Электрический заряд стеклянной палочки условились называть положительным, а эбонитовой – отрицательным. Обозначаются они, соответственно, знаками «+» и «-». Опять-таки, эти названия взяты не в смысле того, то один вид заряда хороший, а второй плохой. Имеется в виду, что они противоположны друг другу.
В наше время широко используют легко электризующиеся предметы – пластмассы, синтетические волокна, нефтепродукты. При трении таких веществ возникает электрический заряд, который иногда бывает как минимум неприятен, как максимум он может быть вреден. В промышленности с ними борются специальными средствами. В быту же самый простой способ избавиться от электризации – это смочить наэлектризованную поверхность. Если воды под рукой нет, то поможет прикосновение к металлу или земле. Эти тела снимут электризацию. А чтобы вообще не ощущать на себе эти неприятные эффекты рекомендуется пользоваться антистатиками.
Еще в глубокой древности было известно, что если потереть янтарь о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Позднее это же свойство было обнаружено у других веществ (стекло, эбонит и др.). Это явление называется электризацией; тела же, способные притягивать к себе после натирания другие предметы, - наэлектризованными. Явление электризации объяснялось на основании гипотезы о существовании зарядов, которые приобретает наэлектризованное тело.
3.1.2. Взаимодействие зарядов. Два вида электрических зарядов
Простые опыты по электризации различных тел иллюстрируют следующие положения.
1. Существуют заряды двух видов: положительные (+) и отрицательные (-). Положительный заряд возникает при трении стекла о кожу или шелк, а отрицательный - при трении янтаря (или эбонита) о шерсть.
2. Заряды (или заряженные тела) взаимодействуют друг с другом. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные заряды притягиваются.
При трении тел друг о друга «трутся» именно электронные оболочки атомов, из которых тела состоят. А так как электроны слабо связаны с ядрами атомов, то электроны могут отделяться от «своих» атомов и переходить на другое тело. В результате на нём возникает избыток электронов (отрицательный заряд), а на первом теле – недостаток электронов (положительный заряд).
Итак, электризация трением объясняется переходом части электронов от одного тела к другому, в результате чего тела заряжаются разноимённо. Поэтому тела, наэлектризованные трением друг о друга, всегда притягиваются (см. § 8-б). Но, кроме электризации трением, существует электризация индукцией (лат. «индукцио» – наведение). Рассмотрим её на опыте:
В начале опыта имеются два металлических шара, которые касаются друг друга (а). К одному из них подносят, не касаясь его, заряженную стеклянную палочку (б), после чего второй шар отодвигают (в). Теперь палочку можно убрать, – шары будут разноимённо заряжены (г).
Объясним этот опыт с точки зрения электронно-ионной теории.
Сначала металлические шары не были заряжены. Это значит, что электронный газ присутствовал в шарах в равных количествах (а). Поскольку палочка стеклянная, мы считаем её заряд положительным (см. § 8-б). Она притягивает отрицательно заряженные частицы – электроны. В результате электронный газ «перетекает» в левую часть левого шара, и в этом месте образуется избыток отрицательного заряда (б).
Все положительные ионы металла прочно связаны друг с другом (они и есть металл), поэтому никуда не «перетекают». Значит, во всех остальных частях шаров возникает недостаток электронов, то есть положительный заряд. И если в этот момент, не убирая палочку, раздвинуть шары (в) и лишь затем убрать её, шары останутся разноимённо заряженными (г).
Итак, электризация индукцией объясняется перераспределением электронного газа между телами (или частями тела), в результате чего тела (или части тела) заряжаются разноимённо. Однако возникает вопрос: все ли тела поддаются электризации индукцией? Можно проделать опыты и убедиться, что пластмассовые, деревянные или резиновые шары можно легко наэлектризовать трением, но невозможно индукцией. Объясним это.
Электроны в резине, древесине и во всех пластмассах не являются свободными, то есть не образуют электронного газа, который может перетекать в другие тела. Поэтому для электризации тел из этих веществ необходимо прибегнуть к их трению, способствующему отделению электронов от «своих» атомов и переходу на другое тело.
Итак, по электрическим свойствам все вещества можно разделить на две группы. Диэлектрики – вещества, не имеющие свободных заряженных частиц и потому не проводящие заряд от одного тела к другому. Проводники – вещества со свободными заряженными частицами, которые могут перемещаться, перенося заряд в другие части тела или к другим телам. Это иллюстрирует рисунок с электроскопами, пластмассовой линейкой и металлической проволокой (см. выше).
Электризация тел
Повторительно-обобщающий урок
с выполнением экспериментальных заданий по карточкам
8-й КЛАСС БАЗОВЫЙ КУРС
Задачи урока: продолжить развитие умений наблюдать физические явления, проверять теоретические положения с помощью эксперимента, пользоваться приборами; обеспечить возможность выполнения экспериментов с учетом уровня развития каждого учащегося (дифференцированный подход при составлении индивидуальных карточек-заданий); показать учащимся способ очистки воздуха от вредных примесей, акцентировать внимание на необходимости соблюдения техники безопасности для предотвращения пожаров и аварий на производстве и в быту.
План урока (на доске)
1. Выполнение экспериментальных заданий по карточкам.
2. Обсуждение результатов экспериментов по основным вопросам:
электризация, способы электризации тел;
два рода зарядов, взаимодействие зарядов;
электрическое поле.
3. Объяснение. Статическое электричество, его использование и борьба с ним.
Ход урока
Наш урок я бы хотела начать с отрывка из стихотворения Елизаветы Кульман «Молния»:
- Со мною кто сравнится?
– Я! – Дуб сказал могучий,
Взмахнув вершиной гордой.
Из облаков зловещих
Летучею змеею
Вдруг Молния блеснула
И крепкий Дуб сломила,
Как бы дитя, играя,
Цветка согнуло стебель.
- Со мною кто сравнится?
– Я! – прозвучала Башня,
Чье золотое темя
Пожаром гордо блещет,
Когда не покрывают
Его, как флером, тучи.
Но небеса разверзлись
Для Молнии гремучей.
Летит драконом страшным
С зияющею пастью;
Мгновенье – и не стало
Главы у гордой Башни,
Лишь черными ручьями
Вниз по стенам стекает
Расплавленное злато.
- Нет. Мне никто не равен! -
Сказала и стрелою
Нырнула в волны моря,
Где только что спесиво
Корабль военный несся.
В минуту с треском
Горящие остатки
На воздух разметало.
Потом опять все в море
Упало, потонуло,
И дивного строенья
Как будто не бывало...
Молния – это величественное и грозное явление природы, невольно вызывающее у нас чувство страха. Долгое время человек не умел объяснять причин грозовых явлений. Люди считали грозу деянием богов, наказывающих человека за грехи. Природа молнии стала проясняться после исследований, проведенных в XVIII столетии русскими учеными М.В.Ломоносовым и Г.Рихманом и американским ученым Б.Франклином.
Объяснение М.В.Ломоносова было таким. В земной атмосфере воздух находится в постоянном движении. Благодаря трению восходящих и нисходящих воздушных потоков друг о друга частички воздуха электризуются и, сталкиваясь с капельками воды в облаках, отдают им свой заряд. Таким образом, в облаках с течением времени скапливаются весьма большие заряды. Они-то и являются причиной молний.
Мы постоянно находимся в океане электрических разрядов, создаваемых многочисленными машинами, станками и самим человеком (например, когда мы ходим, причесываемся). Эти разряды, конечно, не так мощны, как природные молнии, поэтому мы обычно не замечаем их, если не считать легких уколов, которые мы иногда испытываем, коснувшись рукой металлического предмета или другого человека. Но ведь такие разряды существуют и могут так же, как и большие молнии, вызывать пожары и взрывы, приводить к значительным убыткам, повреждениям и увечьям, если мы не будем знать, отчего они возникают и как от них защищаться.
На сегодняшнем уроке мы не только закрепим знания, которые получили при изучении тем «Электризация тел», «Строение атома», но и рассмотрим ряд других вопросов. Например, как бороться на производстве и в быту со статическими зарядами? Нельзя ли заставить их работать на пользу людям?
Приступаем к выполнению экспериментальных заданий. Необходимое оборудование и карточки-задания находятся на ваших столах (за каждым столом сидят по двое учащихся). На выполнение каждой серии экспериментов, а их будет три, вам отводится 7–10 минут.
Первая серия экспериментов
Электризация. Способы электризации тел
1 Исследование электризации различных тел
Приборы и материалы: полиэтиленовая пленка, бумажная полоска, кусок ацетатного шелка, пластмассовая ручка, штатив, нить, карандаш.
Порядок выполнения работы
1. Подвесьте карандаш на двух нитях к лапке штатива.
2. Положите полиэтиленовую пленку на стол и натрите ее куском ацетатного шелка. Поднесите полиэтилен и шелк поочередно к концу подвешенного карандаша. Что вы при этом наблюдаете?
3. Проделайте подобные опыты с пластмассовой ручкой, линейкой, бумагой, натирая их о полиэтилен или шелк.
4. Положите на бумажную полоску полиэтиленовую пленку и сильно прижмите их друг к другу рукой. Разведите полоски, а затем приблизьте их друг к другу. Взаимодействуют ли они между собой?
5. Ответьте на вопросы:
а) Как можно наэлектризовать тело?
б) Оба ли тела электризуются при соприкосновении?
в) Как обнаружить электризацию тела?
2 Наблюдение электризации при соприкосновении двух разнородных тел (резины и движущегося воздуха)
Приборы и материалы: толстостенная резиновая трубка, насос, электрометр.
Порядок выполнения работы
1. Наденьте резиновую трубку на штуцер насоса и сделайте 10–15 резких качков, стараясь не касаться трубки руками.
2. Поднесите трубку с насосом к шару электрометра.
3. Наблюдайте отклонение стрелки электрометра.
5. Подумайте, где на практике мы можем встретиться с подобным явлением.
Комментарии учителя
(после разбора опыта).
Аналогичное явление наблюдается при перекачивании через шланги различных газов, жидкостей, в особенности нефтепродуктов – бензина, керосина и т.д. Послушайте заметку из газеты:
«Было уже за полночь, когда рабочий Камбарской перевалочной нефтебазы И.Третьяков, заправив восемь цистерн авиационным бензином, перевел наливной шланг в очередную порожнюю емкость. Едва шланг коснулся горловины цистерны, как высоко вверх взметнулся 15-метровый оранжево-яркий столб огня. Мощной взрывной волной Третьякова отбросило далеко от цистерн. Взрыв произошел в результате соприкосновения наконечника шланга со стенкой цистерны и образовавшегося при этом разряда статического электричества...»
3 Наблюдение электризации песка и воронки как двух разнородных тел в процессе соприкосновения
Приборы и материалы : пластмассовая воронка, штатив, электрометр.
Порядок выполнения работы
1. Возьмите пластмассовую воронку и закрепите ее в лапке штатива над шаром электрометра.
2. Сыпьте на край воронки сухой речной песок так, чтобы он скатывался по воронке в шар электрометра. 3. Наблюдайте отклонение стрелки электрометра.
4. Попробуйте объяснить наблюдаемое явление.
5. Подумайте, где на практике мы можем встретиться с подобными явлениями.
Комментарии учителя
(после разбора опыта).
Послушайте заметку из журнала: «Когда шофер переливал из ведра через пластмассовую воронку бензин в топливный бак мотоцикла, неожиданно между краем воронки и ведром проскочила искра, а затем из горловины бака возник факел горящего бензина. Источником воспламенения бензино-воздушной смеси стал разряд статического электричества».
Во избежание подобных разрядов при хранении, транспортировке и заправке горючего рекомендуется применять только металлические ведра, канистры и воронки и не использовать пластмассовые емкости.
4 Электризация. Способы электризации тел. Наблюдение электризации бумаги при движении по ней резинового валика
Приборы и материалы: сухая стеклянная пластина (текстолит, эбонит), лист бумаги, резиновый валик, электрометр.
Порядок выполнения работы
1. Положите на стеклянную пластину лист бумаги.
2. Проведите несколько раз по бумаге резиновым валиком, плотно прижимая его к листу во время движения.
3. Поднесите лист бумаги к шару электрометра и наблюдайте отклонение его стрелки.
4. То же самое проделайте с резиновым валиком.
5. Попробуйте объяснить наблюдаемое явление.
6. Подумайте, где на практике мы можем встретиться с подобными явлениями.
Комментарии учителя
(после разбора опыта).
Этот опыт показывает, как происходит электризация бумаги в типографских машинах (резиновый валик играет роль цилиндров этой машины). На одном из целлюлозно-бумажных комбинатов некоторое время не могли установить причину частых обрывов быстро движущейся бумажной ленты. Были приглашены ученые. Они выяснили, что причина заключалась в электризации ленты при трении ее о валки. Такая самопроизвольная электризация очень опасна, т.к. может стать причиной пожара.
Прежде чем переходить к обсуждению второй серии экспериментальных заданий, ответьте на вопросы:
Когда про тело можно сказать, что оно наэлектризовано или что ему сообщен электрический заряд? (Ответы учащихся.)
Какой еще вывод можно сделать из первой серии опытов? (Наэлектризовать можно практически все тела; наэлектризованное тело взаимодействует с любым телом.)
Переходим к опытам.
Вторая серия экспериментов
Два рода зарядов. Взаимодействие зарядов
5 Исследование электризации различных тел
Приборы и материалы : бумажная гильза на шелковой нити, подвешенная на штативе, измерительная линейка длиной 30 см из оргстекла с миллиметровыми делениями, резиновая полоска размером 300 ґ 300 мм, бумажная полоска размером 30 ґ 300 мм, кусок капроновой ткани.
Порядок выполнения работы
1. Наэлектризуйте трением, прижатием, ударами друг о друга резиновую полоску и линейку из оргстекла. (Оргстекло при взаимодействии с резиной заряжается положительно.)
2. Зарядите бумажную гильзу, висящую на нити, при помощи заряженной линейки.
3. Подносите заряженные линейку и резиновую полоску поочередно к заряженной гильзе, не касаясь ее, и наблюдайте их взаимодействие. Какими зарядами заряжены гильза и резиновая полоска?
4. Определите с помощью заряженной гильзы знаки зарядов у предложенных вам тел после их электризации друг о друга. Результаты сведите в таблицу:
Электризуемые тела
Об оргстекло
О резину
О полиэтилен
О бумагу
О капрон
Оргстекло
0
+
Резина
-
0
Полиэтилен
0
Бумага
0
Капрон
0
6 Изучение взаимодействия заряженных тел. Два рода зарядов
Приборы и материалы: полиэтиленовая пленка, бумажная полоска, пластмассовая ручка, штатив.
Порядок выполнения работы
1. Маленький кусочек полиэтиленовой пленки подвесьте на нити к лапке штатива и потрите осторожно (чтобы не порвалась нить) кусочком бумаги.
2. Наэлектризуйте бумажную и полиэтиленовую полоски. Для этого на бумажную полоску положите полиэтиленовую пленку и разгладьте рукой. Поднимите полоски за концы, разведите их и медленно поднесите друг к другу. Как они взаимодействуют?
3. Поднесите поочередно бумажную и полиэтиленовую полоски к пленке, висящей на нити, и наблюдайте их взаимодействие.
4. Ответьте на вопросы:
Как взаимодействует каждая полоска с пленкой?
Как можно объяснить различие взаимодействия?
Какие два рода зарядов существуют в природе?
Как взаимодействуют одноименно заряженные тела?
Как взаимодействуют разноименно заряженные тела?
5. Поднесите к заряженной полиэтиленовой пленке, висящей на нити, пластмассовую ручку, натертую сначала о бумагу, а затем о полиэтилен. Одинаковые ли по знаку заряды возникали на пластмассовой ручке в обоих случаях?
7 Два рода зарядов. Взаимодействие зарядов. Взаимодействие двух заряженных тел
Приборы и материалы: два детских воздушных шарика, газета, стеклянная палочка, кусочек шелковой ткани (бумаги).
Порядок выполнения работы
1. Наэлектризуйте шарики трением о газету (поочередно).
2. Подвесьте их на длинных нитях рядом.
3. Наблюдайте отталкивание шаров.
4. Объясните наблюдаемые явления.
5. Подумайте, как, имея в своем распоряжении стеклянную палочку и кусочек шелковой ткани (бумаги), определить знак заряда на шарике. Проделайте опыт, подтверждающий ваше предположение.
6. Объясните результаты опыта.
Какие выводы можно сделать из второй серии экспериментов?
В природе существуют два вида электрических зарядов.
Одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные – притягиваются.
Одно и то же тело при электризации может зарядиться в одном случае положительно, а в другом – отрицательно, в зависимости от вещества тела, с которым оно соприкасается.
Переходим к третьей, последней серии опытов.
Третья серия экспериментов
Электрическое поле
8 Изучение зависимости силы взаимодействия заряженных тел от абсолютного значения зарядов и расстояния между ними
Приборы и материалы: полиэтиленовые пленки (2 шт.), бумажная полоска.
Порядок выполнения работы
1. Положите две полиэтиленовые пленки рядом на стол (параллельно друг другу) и проведите по ним один раз рукой. Поднимите пленки за концы, разведите их и, медленно сближая, наблюдайте за их взаимодействием.
2. Повторите опыт с этими же пленками, натерев их рукой. Как изменилась сила взаимодействия пленок?
3. Проделайте аналогичные опыты с полиэтиленовой пленкой и бумажной полоской. Для их электризации положите на бумажную полоску полиэтиленовую пленку и потрите их рукой (первый раз – слегка, второй раз – сильнее). Каждый раз разводите полоски и, медленно поднося друг к другу, наблюдайте за их взаимодействием.
4. Ответьте на вопросы:
По какому признаку вы судите о силе взаимодействия заряженных тел?
Как взаимодействуют заряженные полиэтилен с полиэтиленом и полиэтилен с бумагой?
На оба ли заряженных тела действует электрическая сила?
От чего зависит сила взаимодействия заряженных тел?
Как зависит сила взаимодействия заряженных тел от значения зарядов и расстояния между ними?
9 Наблюдение парения заряженной пушинки в электрическом поле
Приборы и материалы : пластмассовая линейка, комочек ваты.
Порядок выполнения работы
1. Положите пластмассовую линейку на стол и натрите ее бумагой.
2. Распушите очень маленький комочек ваты и положите его на линейку.
3. Поднимите наэлектризованную линейку и легонько сдуйте с нее пушинку вверх.
4. Поместите быстро линейку снизу пушинки и наблюдайте за ее парением в электрическом поле заряженной линейки. (Если пушинка прилипнет к линейке, сдуйте ее и снова повторите опыт, пока не добьетесь парения пушинки.)
5. Ответьте на вопросы:
Какой заряд получила пушинка относительно заряда линейки – одноименный или разноименный?
Какие силы действуют на пушинку во время ее парения?
Почему пушинка не падает в электрическом поле?
Комментарий учителя
(после разбора опыта).
Этот опыт показывает возможность уравновешивания силы тяжести, действующей на тело, силой электрического поля. Заряженная вата, плавающая в электрическом поле линейки, играет роль капельки масла (или пылинки цинка) в опытах Иоффе и Милликена.
10 Опыт по защите от электрических полей
Приборы и материалы: электрометр, пластина из оргстекла, штатив, металлический стакан (из фольги), пластмассовый стакан, кусочки шерстяной материи.
Порядок выполнения работы
1. Наэлектризуйте пластину и закрепите ее в лапке штатива выше электрометра, но несколько в стороне, на небольшом расстоянии.
2. Наблюдайте отклонение стрелки электрометра.
3. На шар электрометра наденьте металлический стакан. (Внимание! Рука экспериментатора должна быть изолирована от стакана.) Наблюдайте возвращение стрелки электрометра в нулевое положение.
4. Снимите стакан. Стрелка должна принять первоначальное положение.
5. Наденьте на шар электрометра пластмассовый стакан. Наблюдайте уменьшение угла отклонения стрелки электрометра.
6. Снимите стакан и наблюдайте возвращение стрелки электрометра в первоначальное положение.
7. Попробуйте объяснить наблюдаемые явления.
Комментарий учителя
(после разбора опыта).
Опыт доказывает, что внутри металлического тела поле отсутствует.
Какие выводы можно сделать по третьей серии опытов?
В пространстве, где находится электрический заряд, существует электрическое поле, и его действие вблизи заряженных тел сильное, а вдали от них – слабее.
Можно «защититься» от действия электрического поля металлическим экраном.
Обсуждение результатов.
Учащиеся в определенной последовательности, соответствующей плану, кратко
(1–2 мин) рассказывают о своих экспериментах и дают ответы на вопросы, предложенные в карточке-задании. Учитель комментирует, поправляет, дополняет (примерные комментарии даны ранее по тексту). Названия экспериментов учащиеся записывают в тетрадь для последующего отчета в письменной форме.
Использование статического электричества и борьба с ним. Мы сегодня экспериментально изучили явление накопления электрических зарядов, т.е. статическое электричество. Оно может служить человеку:
в лечебных целях – используется так называемый статический душ, положительно воздействующий на организм, для лечения органов дыхания используются специальные электроаэрозоли;
для очистки воздуха от пыли, сажи, кислотных и щелочных паров с помощью электростатических фильтров;
для быстрого размножения чертежей, графиков, текстов в электрокопировальных устройствах (в частности ксероксах), для быстрой и прочной окраски тканей в красильнях;
для копчения рыбы на рыбокомбинатах – в специальных электрокамерах, где движется конвейер с рыбой, заряженной положительным зарядом, а электроды заряжены отрицательно. Копчение таким методом происходит в десятки раз быстрее, чем без электрического поля.
Статическое электричество может причинять вред как на производстве, так и в быту, так что зачастую с ним приходится бороться. Так, при трении о воздух самолет электризуется, поэтому после посадки к нему нельзя сразу же приставлять металлический трап: может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолет разряжают, для чего опускают на землю металлический трос, соединенный с обшивкой самолета, и разряд происходит в землю. Микроразряды возникают, когда человек ходит по полу, покрытому полимерным покрытием, или снимает синтетическую одежду. Чтобы нейтрализовать вредное действие статического электричества:
– на производстве заземляют станки и машины, увлажняют воздух, используют специальные нейтрализаторы зарядов;
– дома увлажняют помещения, используют специальные добавки к воде при мытье полов, антистатик для одежды.
Домашнее задание: написать отчет по данной теме, в котором сделать выводы по всем экспериментам, проведенным на данном уроке (названия всех экспериментов заранее написаны учителем на доске ).
Литература
Буров В.А., Иванов А.И., Свиридов В.И. Фронтальные экспериментальные задания по физике. 9-й класс. – М.: Просвещение, 1986.
Буров В.А., Кабанов С.Ф., Свиридов В.И. Фронтальные экспериментальные задания по физике в 6–7-х классах. – М.: Просвещение, 1981.
Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Просвещение, 1985.
Книга для чтения по физике. / Сост. И.Г.Кириллова. – М.: Просвещение, 1986.
Луппов Г.Д. Молекулярная физика и электродинамика в опорных конспектах и тестах. – М.: Просвещение, 1992.
Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика-8. – М.: Просвещение, 1993.
Цели урока:
образовательные:
формирование первоначальных представлений об электрическом заряде, о взаимодействии заряженных тел, о существовании двух видов электрических зарядов.
выяснение сущности процесса электризации тел.
определение знак заряда наэлектризованного тела.
развивающие:
развитие навыков выделять электрические явления в природе и технике.
ознакомление с краткими историческими сведениями изучения электрических зарядов.
воспитательные:
воспитание умения работать в коллективе,
воспитание любознательности.
Оборудование: электроскоп, электрометры, гильза из фольги на подставке стеклянная и эбонитовая палочки, кусок меха и щелка, полиэтилен, бумага, телевизор, видеомагнитофон.
План урока
Организационный момент.
Запись домашнего задания: § 25, 26, 27. Заполнить таблицу.
Объяснение нового материала:
Первичный контроль.
Закрепление изученного материала.
Подведение итогов. Выставление оценок.
Ход урока
“Отыщи всему начало и ты многое поймёшь”. (Козьма Прутков.)
1 ученик: Представьте себе такую сцену:
В Древней Греции, в красивом городе Милете жил философ Фалес. И, вот однажды вечером к нему подходит его любимая дочь. Объясни, почему у меня путаются нити, когда я работаю с янтарным веретеном, к пряже прилипают пыль, соломинки. Это очень не удобно.
Фалес берет веретено, потирает его и видит маленькие искорки.
2 ученик: Правду говорят: “Гром не грянет - мужик не перекрестится”. А какой же гром без молнии? Сколько же миллионов раз должна сверкнуть молния, чтобы мужик, перекрестившись, наконец-то задумался: а что же это такое?
Учитель: Между натертым янтарным веретеном, притягивающим предметы, и молнией, казалось бы ничего общего. А ведь все это -ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Почему происходят эти явления? В чем суть этих явлений? Это нам предстоит выяснить на сегодняшнем и ближайших уроках.
В тетрадях записываем дату, классная работа, тема урока.
Электрические явления
Каждый из вас, к концу урока должен научиться объяснить, что такое электрический заряд и электризация, как взаимодействуют друг с другом заряженные тела, и как устроен простейший прибор электроскоп.
Рассмотрим сначала происхождение термина “электричество”
История развития электричества начинается с Фалеса Милетского. Вначале, свойство притягивать мелкие предметы приписывалось только янтарю (окаменевшая смола хвойных деревьев). От названия которого произошло слово электричество, т.к греч. elektron-янтарь. (запись на доске)
3 ученик: Лишь в конце XVI века и начале XVII века вспомнили об этом открытии. Английский врач и естествоиспытатель Ульям Гильберт(1544-1603) выяснил, что при трении могут электризоваться многие вещества. Он был одним из первых ученых, утвердивших опыт, эксперимент как основу исследования.
Научное исследование электрических явлений началось в книге Гильберта, которому и принадлежит и термин “электричество”. Гильберт кропотливо исследовал множество самых различных тел и построил для этой цели специальный электрический указатель, который он описывает таким образом: “Сделай себе из любого металла стрелку длиной три или четыре дюйма, достаточно подвижную на своей игле, наподобие магнитного указателя”. С помощью этого указателя, прототипа современных электроскопов, Гильберт установил, что способностью притягивать обладают многие тела, “не только созданные природой, но и искусственно приготовленные”. Он показал, что при трении электризуется не только янтарь, но и многие другие вещества: алмаз, сапфир, сургуч и что притягивают они не только соломинки, но и металлы, дерево, листья, камешки, комки земли и даже воду и масло. Однако он нашел, что многие тела “не притягиваются и не возбуждаются никакими натираниями”. К числу их относится ряд драгоценных камней и металлы: “серебро, золото, медь, железо, также любой магнит”. Тела обнаруживающие способность притяжения, Гильберт назвал электрическими, тела не обладающие такой способностью, - неэлектрическими.
Учитель: Если кусочек янтаря потереть о шерсть или стеклянную палочку - о бумагу или шелк, то можно услышать легкий треск, в темноте искорки, а сама палочка приобретает способность притягивать к себе мелкие предметы
Про тело, которое после натирания притягивает к себе другие тела, говорят что оно наэлектризовано или что ему сообщили электрический заряд.
Опыт 1. Давайте наэлектризуем расческу о сухие волосы
По притяжению тел друг к другу можно судить, сообщен ли телам электрический заряд Существуют приборы при помощи которых можно судить о наэлектризованности тел - электроскоп (электрон – наблюдаю)
Электроскопом называют физический прибор, который используют для обнаружения у тела электрического заряда.
Электроскоп имеет цилиндрический корпус в который проходит металлический стержень, изолированный от корпуса пластмассовой пробкой. На одном конце стержня находится металлический шарик, а на другом? два подвижных лепестка.
При соприкосновении заряженного тела с шариком электроскопа, его лепестки отклоняются на некоторый угол, зависящий от величины заряда, чем больше заряд электроскопа, тем больше сила отталкивания листочков. Аналогично устроен электрометр, в нем легкая стрелочка отталкивается от стержня.
Чтобы разрядить электроскоп можно просто дотронуться до него рукой. Можно это сделать, например железной или медной проволокой, но по стеклянной или эбонитовой палочке заряды не уйдут в землю.
Электризация может происходить несколькими способами:
1. СОПРИКОСНОВЕНИЕМ
Электрическими опытами занимался и Ньютон, который наблюдал электрическую пляску кусочков бумаги, помещенных под стеклом, положенным на металлическое кольцо. При натирании стекла бумажки притягивались к нему, затем отскакивали, вновь притягивались и т.д. Эти опыты Ньютон проводил еще в 1675 г.
2. УДАРОМ (резиновый шланг резко ударить о массивный предмет и поднести к электроскопу)
3.ТРЕНИЕМ
Гильберт указывает, как производится электризация трением: “Их натирают телами, которые не портят их поверхность и наводят блеск, например, жестким шелком, грубым немарким сукном и сухой ладонью. Трут так же янтарь о янтарь, об алмаз, о стекло и многое другое. Так обрабатываются электрические тела”.
Тела трут друг о друга, чтобы увеличить площадь их соприкосновения.
Опыт 2. Положите на бумажную полоску полиэтиленовую пленку и сильно прижмите полоски рукой. Разведите полоски, а затем приблизьте их друг к другу.
Полоски ______________________.
Вывод: тела можно наэлектризовать ___трением ___________.
В электризации участвуют всегда ____два _______ тела.
электризуются после разделения_____оба _____ тела.
Мы сделали очень важный вывод:
Один из видов электризации - это трение тел.
При этом участвуют всегда два (или больше) тела.
Электризуются оба тела.
Как вы заметили, в электризации всегда участвуют два тела: янтарь с мехом; стекло с шелком и т.д. При этом электризуются оба тела.
4 ученик: Электризация наблюдается также при трении жидкостей о металлы в процессе течения, а также разбрызгивания при ударе. Впервые электризация жидкости при дроблении была замечена у водопадов в Швейцарии в 1786 году. С 1913 года явление получило название баллоэлектрического эффекта.
Покоритель Джомолунгмы Н. Тенсинг в 1953 году в районе южного седла этой горной вершины на высоте 7,9 км над уровнем моря при 30 0 С и сухом ветре до 25 м/с наблюдал сильную электризацию обледеневших брезентовых палаток, вставленных одна в другую. Пространство между палатками было наполнено многочисленными электрическими искрами. Движение лавин в горах в безлунные ночи иногда сопровождается зеленовато-желтым свечением, благодаря чему лавины становятся видимыми.
Все наэлектризованные тела притягивают к себе другие тела, например листочки бумаги. По притяжению нельзя отличить электрический заряд стеклянной палочки, потертой о шелк, от заряда полученной от эбонитовой палочки, потертой о мех. Ведь обе наэлектризованные палочки притягивают к себе кусочки бумаги.
5 ученик: Шарль Дюфэ (1698-1739) установил два рода электрических взаимодействий: притяжение и отталкивание. Сначала он установил, что “наэлектризованные тела притягивают ненаэлектризованные и сейчас же их отталкивают, как только они наэлектризуются вследствие соседства или соприкосновения с наэлектризованными телами”. В дальнейшем он открыл “другой принцип, более общий и более замечательный, чем предыдущие”. “Этот принцип, - продолжает Дюфэ, - состоит в том, что существует электричество двух родов, в высокой степени отличной один от другого: один род я называю “стеклянным” электричеством, другой -“смоляным”…Особенность этих двух родов электричества: отталкивать однородное с ним и притягивать противоположное. Так, например, тело, наэлектризованное стеклянным электричеством, отталкивает все тела со стеклянным электричеством, и, обратно, оно притягивает тела со смоляным электричеством. Точно так же смоляное отталкивает смоляное и притягивает стеклянное”.
Учитель: Итак, электрический заряд? это мера свойств заряженных тел взаимодействовать друг с другом.
Какие виды взаимодействия вы знаете? (притяжение и отталкивание)
Условно заряды назвали положительный (на стекле потертым о шелк) и отрицательным (на янтаре, эбоните, сере, резине потертых о шерсть).
Положительный заряд в физике обозначается +q или q
Отрицательный заряд - -q
6 ученик: Представление о положительном и отрицательном зарядах, было введено в 1747 году Франклином. Эбонитовая палочка от электризации о шерсть и мех заряжается отрицательно, потому что отрицательным назвал заряд, образующийся на каучуковой палочке В.Франклин. А эбонит это каучук с большой примесью серы. Заряд, который образуется на стеклянной палочке, потертой о шелк, Франклин назвал положительным. Но во времена Франклина существовал только натуральный шелк и натуральный мех. Сегодня порой трудно бывает отличить натуральный шелк и мех от искусственного. Даже разные сорта бумаги электризуют эбонит по разному. Эбонит приобретает отрицательный заряд от соприкосновения с шерстью (мехом) и капроном, но положительный от соприкосновения с полиэтиленом.
Учитель: Давайте посмотрим как взаимодействуют заряженные тела
Видеодемонстрация.
Итак, тела, имеющие электрические заряды одного знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются. (см. опорный конспект)
По способности проводить электрические заряды все тела делятся на проводники и непроводники (диэлектрики).
Откройте учебник на стр.62-63, найдите определение проводников и диэлектриков.
Проводники: металлы, почва, водные растворы или расплавы электролитов.
Диэлектрики: Пластмассы, воздух, газы, стекло, резина, шелк, фарфор, керосин, капрон и т.д.
Какие тела называются изоляторами
Тела изготовленные из диэлектриков называются - изоляторами
Первичный контроль: Сейчас мы выполним небольшое тестовое задание, которое проверите сами друг у друга и сразу поставите оценки. На выполнение дается пять минут.
Вариант 1
1. Стекло при трении о шелк заряжается:
положительно
отрицательно.
2. Если наэлектризованное тело отталкивается от эбонитовой палочки, потертой о мех, то оно заряжено:
положительно;
отрицательно.
3. Три пары легких шариков подвешены па нитях. Какая пара шариков не заряжена?
4. Какая пара шариков (см. тот же рисунок) имеет одноименные заряды?
5. Какая пара шариков (см. тот же рисунок) имеет разноименные заряды?
Вариант 2.
1. При натирании о мех каучук электризуется:
положительно;
отрицательно.
2. Если заряженное тело притягивается к стеклянной палочке, натертой о шелк, то оно заряжено:
положительно;
отрицательно.
3. Три пары легких шариков подвешены на нитях. Какая пара шариков имеет одноименные заряды?
4. Какая пара шариков имеет разноименные заряды (см. тот же рисунок)?
5. Какая пара шариков не заряжена (см. тот же рисунок)?
Ответы:
1 вариант АБАВБ
2 вариант ББАВБ
Закрепление: Послушайте пословицу и ответьте на вопросы:
О каком физическом явлении (понятии, законе) в ней говориться?
Каков физический смысл пословицы? Верна ли она с точки зрения физики?
В чем житейский смысл этой пословицы?
ПОСЛОВИЦЫ
Как соломинка и янтарь (персидская)
Что шелкова ленточка, к стене льнет (русская)
КАЧЕСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ
Какие меры предосторожности надо принять, чтобы при переливании бензина из одной цистерны в другую он не воспламенился? (Во время перевозки и при переливании бензин электризуется, может возникнуть искра, и бензин вспыхнет. Чтобы этого не произошло, обе цистерны и соединяющий их трубопровод заземляют).
Для заземления цистерны бензовоза к ней прикрепляют стальную цепь, нижний конец которой несколькими звеньями касается земли. Почему такой цепи нет у железнодорожной цистерны? (Потому, что железнодорожная цистерна заземлена через колеса рельса)
Может ли одно и тоже тело, например эбонитовая палочка, при трении электризоваться то отрицательно, то положительно? (Может, в зависимости от того, чем ее натирают)
Если вынуть один капроновый чулок из другого и держать каждый в руке на воздухе, то они расширяются. Почему? (При трении чулки электризуются. Одноименные заряды отталкиваются. Поэтому поверхность чулка раздувается.)
Электрические заряды выполняют так много полезных дел, что всех их и не перечислить.
Например, копчение это пропитывание продукта древесным дымом. Частицы дыма не только придают продуктам особый вкус, но и предохраняют их от порчи. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжают положительно, а к отрицательным электродам подсоединяют, например, тушки рыбы. Заряженные частицы дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются. Весь процесс электрокопчения продолжается несколько минут.
Итог урока. Выставление оценок
Зачем одевают кольцо золотое
На палец, когда обручаются двое?-
Меня любопытная дева спросила.
Не став пред вопросом в тупик,
Ответил я так собеседнице милой:
Владеет любовь электрической силой,
А золото - проводник!