Конспек урока по физике "Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел. Два рода зарядов" (Физика, 8 класс).

Предмет: Физика.

Класс: 8

Учитель: Елакова Галина Владимировна.

Место работы: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №7» г. Канаш Чувашской Республики.                   

Тема: «Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел. Два рода зарядов».

    Цель: формирования понятия об электрическом заряде; что заряд является источником электрического поля; на опытных фактах установить и на основании электронной теории объяснить получение двух видов электрических зарядов на макроскопических телах; показать дискретность заряда и его неразрывную связь с материальным носителем – электроном или протоном.

1.      Начало изучения электрических явлений.

   История изучения электричества интересна и поучительна. Начальные знания об электризации трением относится к глубокой древности. Греческий философ Фалес Милетский (из города Милета), живший в 640-550 гг. до н.э., открыл, что янтарь, потертый о мех, приобретает свойство притягивать мелкие предметы – пушинки, соломинки и т.д. Это свойство в течение ряда столетий приписывалось только янтарю, от названия которого и произошло слово «электричество». Рождение учения об электричестве связано с именем Уильяма Гильберта (1544 – 1603, Англия). Он был одним из первых ученых, утвердивших опыт, эксперимент как основу исследования. Он показал, что при трении электризуется не только янтарь, но и многие другие вещества и что притягивают они не только соломинки, но и металлы, дерево, листья, камешки, комки земли и даже воду и масло.

  Следующим этапом в развитии учения об электричестве были опыты немецкого ученого Отто фон Герике (1602 – 1686). Он построил первую электростатическую машину, основанную на трении. Это был шар из плавленой серы, который приводился во вращение специальным приводом. Вращая шар и натирая его ладонями, Герике тем самым электризовал его. Наэлектризованный шар притягивал листочки золота, серебра, бумаги. С помощью этого прибора Герике обнаружил, что, кроме притяжения, существует и электрическое отталкивание. Но объяснения этому явлению Герике не нашел. Свои опыты он описал в сочинении «Новые эксперименты», вышедшем в 1672 г.

  В 1729 г. английский физик Стефан Грей открыл существование проводников и непроводников электричества. Испытывая различные тела природы, Грей установил, что электричество распространялось по металлическим проволокам, угольным стерженькам, но оно не передавалось по каучуку, воску, шелковым нитям, фарфору, которые могут служить изоляторами, предохраняющими от утечки электричества. К числу хороших проводников, как показали опыты Грея, принадлежат ткани тела человека и животных.

  Французский физик Шарль Дюфе в 1730 г. изучал взаимодействие наэлектризованных тел. Дюфе заметил, что в одних случаях наэлектризованные тела взаимно притягиваются, а в других – отталкиваются. Например, натертая стеклянная палочка отталкивается от другой такой же палочки, но притягивается к наэлектризованному стерженьку из смолы. Дюфе объяснил это явление тем, что существуют два рода электричества – «стеклянное» и «смоляное». Тела, заряженные электричеством одного рода, взаимно отталкиваются, а при разноименных зарядах притягиваются.

   Более удачное обозначение двух родов электричества, удержавшееся до нашего времени, в 1778 г., дал известный американский физик Вениамин Франклин. «Стеклянное» электричество им было названо положительным, а «смоляное» - отрицательным.

2.      Опыты:

1.      Действие электрических сил на мелкие кусочки бумаги.

2.      Действие электрических сил на струйку воды.

3.      При соприкосновении электризуются оба тела. Стержень из плексигласа натирают о кусок резины (15х25 см). Резина – хороший изолятор, заряд с нее уходит по руке в землю, и мелкие листочки бумаги притягиваются, «прилипают» к ней.

4.      Наличие двух видов зарядов. Опыты с двумя гильзами, которые заряжают сначала одноименными зарядами, а затем разноименными зарядами.

5.      Опыт по обнаружению заряда на эбонитовой палочке с помощью незаряженной проводящей гильзы. Опыт: К незаряженной палочке гильза не притягивается. Если же к гильзе поднести палочку, предварительно потертую о мех, то гильза смещается по направлению к палочке. Притяжение между палочкой и гильзой свидетельствует о том, что после трения о мех эбонитовая палочка находится в необычном, наэлектризованном состоянии. Демонстрируя притяжение, следует «избегать прикосновения гильзы к палочке, так как наблюдение последующего за этим отталкивания будет преждевременным и может отвлечь учащихся от главной задачи»: наблюдения притяжения к наэлектризованному телу. Вывод: причиной электризации является не трение, а плотное соприкосновение двух разнородных тел. Чем больше поверхность соприкосновения, тем сильнее заряжаются оба контактирующих тела. Трение же в данном случае является удобным и эффективным методом создания необходимого соприкосновения тел и увеличения площади поверхности такого контакта.

6.      Опыт с взаимодействием наэлектризованных палочек. Две эбонитовые палочки электризуют трением об одного и того же тело. Демонстрируют взаимодействие этих тел – отталкивание. Вывод: тела, получившие заряд одного и того же вида, отталкиваются.

7.      Электризуют другое вещество – резину (трением о мех) и, поднеся к свободно подвешенной эбонитовой палочке, снова наблюдают отталкивание. Вывод: резине был сообщен заряд того же вида, что и эбониту.

8.      Испытывают третий заряд, полученный на плексигласе, потертом о мех, и, прежде чем поднести его к эбонитовой палочке, обсуждают вопрос о возможности результатов опыта. Наблюдают притяжение тел и делают вывод: на плексигласе получен заряд какого-то другого вида, чем наблюдаемые прежде. Вывод: существуют только два вида заряда.

               Опыты по взаимодействию наэлектризованных тел.

1. Султан, укрепленный на изолирующем штативе, заряжают от плексигласовой палочки. Заряд постепенно увеличивают до получения максимального расхождения листочков. Затем заряжают два султана разноименными зарядами и наблюдают притяжение их листочков.

2. При помощи электрофорной машины можно показать следующий опыт. Раздвигаю шарики разрядника на расстояние 10-15 см, слегка заряжают их и подносят к одному из шариков маленький кусочек ватки 9положив ее на палочку из изолятора). Ватка получает заряд от шарика, отталкивается от него и летит к другому шарику, где она перезаряжается и возвращается назад и т.д.

3.   Экспериментальные работы.

1 группа.

Оборудование: 25 см нейлоновой ткани (капроновые чулки), ножницы, полиэтиленовый пакет.

Задание:

1.      Сложите полиэтиленовый пакет пополам и возьмите в руки.

2.      Поместите между этими половинками кусок нейлоновой ткани и несколько раз проведите пакетом по нейлону.

3.      Что будет, когда вы уберете пакет? Что заставляет нейлон так себя вести?

Ответ: Когда вы проводите пакетом по нейлону, отрицательные заряды с нейлона перетекают на полиэтилен. Это приводит к тому, что нейлон приобретает положительный заряд. Так как обе половинки нейлона имеют одинаковые заряды, они отталкиваются друг от друга и расходятся.

2 группа.

Оборудование: нейлоновая полоска, нитка длиной 30 см, липкая лента, воздушный шарик, шерсть, полиэтиленовый пакет.

Задание:

 1. Надуйте воздушный шарик и завяжите ниткой длиной 30 см.

2. Потрите шарик куском шерстяной ткани – шарик зарядится.

3. С помощью липкой ленты укрепите шарик за нитку под поверхностью стола.

4. Зарядите нейлоновую полоску к висящему шарику.

5. Что произойдет?

6. Отпустите нейлоновую полоску. Она прилипнет к шарику или будет отталкиваться от шарика, имеющего противоположный заряд?

Ответ: Одноименные заряды отталкиваются. Разноименные притягиваются. Шарик и полоска были заряжены с помощью контактной зарядки. Шарик приобрел общий отрицательный заряд. Нейлоновая полоска приобрела общий положительный заряд. Если отрицательно и положительно заряженные тела поднести достаточно близко друг другу, то они станут притягиваться друг к другу. На близком расстоянии притяжение достаточно сильное для того, чтобы нейлоновая полоска прилипла к поверхности шарика.

3 группа.

 Оборудование: воздушный шарик, кусочек шерсти.

Задание:

1.      Надуйте шарик и потрите куском шерсти (можно потереть о свои волосы).

2.      Поместите шарик на стену.

3.      Что произойдет? Как долго шарик будет удерживаться на стене?

     Ответ: Так как вы потерли шарик шерстью, он приобрел отрицательный заряд. Этот заряд создает невидимое электрическое поле. Если шарик поднести достаточно близко к стене, отрицательные заряды на поверхности стены будут отталкиваться отрицательным полем, созданным шариком. Эти заряды будут перемещаться (перетекать) внутрь стены. Так как они покидают поверхность стены, находящуюся близко к шарику, то это место стены становится положительно заряженным. В результате положительно заряженная стена и отрицательно заряженный шарик притягиваются.

 Стена зарядилась при помощи индукции (наведение заряда). При таком способе зарядки тела не соприкасаются. Вместо этого электрическое поле заставляет заряды перетекать в соседнее вещество. Хотя число зарядов остается тем же, их распределение в пространстве становится неоднородным. Области, в которых больше отрицательных зарядов, приобретают общий отрицательный заряд. Области, в которых больше положительных зарядов, приобретают общий положительный заряд.     

 4 группа.

Оборудование: пластмассовая расческа, бумага.

Задание:

1.      Разорвите лист бумаги на мелкие кусочки.

2.      Разбросайте эти кусочки небольшой кучкой на поверхности стола.

3.      Несколько раз проведите пластмассовой расческой по своим волосам.

4.      Затем поддержите расческу над кучкой разорванной бумаги.

5.      Что произойдет?

Ответ: В бумаге присутствует одинаковое количество отрицательных и положительных зарядов, которые распределились случайным образом. Так как число тех и других зарядов одинаково, они уравновешивают друг друга, так что в целом бумага электрически нейтральна. Поскольку расческа трется о волосы, то на нее перетекают отрицательные заряды. С помощью контактной зарядки расческа приобретает общий отрицательный заряд. Когда расческа помещается над клочком бумаги, то благодаря создаваемому ей отрицательному полю отрицательные заряды на поверхности бумаги стремятся удалиться от расчески. Эти отрицательные заряды перетекают внутрь бумаги и собираются на ее обратной стороне. Благодаря такой индукции ближайшая к расческе сторона клочка бумаги становится положительно заряженной.

 Притяжение положительно заряженной стороной бумаги и отрицательно заряженной расческой достаточно сильное, для того, чтобы преодолеть гравитацию. Клочок бумаги подпрыгнет с поверхности стола в сторону расчески.

 Так как в результате прыжка клочок бумаги соприкасается с расческой, то отрицательные заряды расчески перетекают на бумагу. Это нейтрализует ближайшие к области соприкосновения заряды, и клочок бумаги падает обратно на стол.

  5 группа.

Оборудование: пластмассовая расческа (ручка), мячик для настольного тенниса, шерсть.  

Задание:

1. Положите мячик для настольного тенниса на плоскую поверхность так, чтобы он не двигался.

2. Потрите пластмассовую ручку (расческу) шерстью.

3. Поднесите ручку достаточно близко к мячику. Что произойдет? (Постарайтесь перемещать ручку так, чтобы мячик двигался вслед за ней). У вас получилось?

Ответ: Так как потерли ручку шерстью, произошло перемещение отрицательных зарядов. Эти заряды покинули шерсть и скопились на ручке. Ручка стала отрицательно заряженной. Когда вы поднесли ручку к мячику, ее электрическое поле повлияло на заряды на мячике. Отрицательные заряды на ближайшей к ручке области мячика отталкиваются от ручки и перемещаются внутрь мячика, что делают один бок мячика положительно заряженным. Этот положительно заряженный бок мячика и отрицательно заряженная ручка притягиваются друг другу. Если инерция и трение преодолены, то мячик начинает катиться за ручкой.

4. Итоги и выводы.

5. Первые приборы для обнаружения электричества и количественного изучения электрических явлений.

  Первые приборы для обнаружения электричества и количественного изучения электрических явлений появились в XVIII в. Один из первых электроскопов в 1745 г. построил русский ученый Георг Вильгельм Рихман. Он проделал много опытов по изучению электрического поля вокруг заряженных тел и по электризации металлов. Многие явления, связанные с электризацией тел, были открыты еще в XVII – XVIII вв., но полное объяснение они получили только тогда, когда развилось учение об электрическом поле и было открыто строение атома.

6.      Контрольные вопросы:

1.      Английский физик, открывший существование проводников и непроводников.

Ответ: Грей.

2.      Французский ученый, впервые изучивший взаимодействие одноименно и разноименно заряженных тел.

Ответ: Дюфе.

3.      Русский ученый, построивший один из первых электроскопов, погибший при изучении грозы.

Ответ: Рихман.

4.       Немецкий ученый, изучивший электризацию с помощью вращающегося шара из серы.

Ответ: Герике.

5.      Почему при расчесывании волос эбонитовым гребнем в сухом воздухе волосы как бы «прилипают» к гребню (при этом иногда слышно легкое потрескивание, а в темноте удается наблюдать и маленькие искры, проскакивающие между волосами и гребнем)?

Ответ: Потому что волосы и гребень при трении друг о друга электризуются зарядами противоположного знака.

6.      Почему нити прилипают к гребням чесальных машин, применяющихся в текстильной промышленности, при этом путаются и часто рвутся.? Для борьбы с этим явлением в цехах искусственно создают повышенную влажность воздуха. Зачем это делают?

Ответ: Нити на гребнях чесальных машин электризуются и прилипают к гребням. Повышенная влажность препятствует электризации.

7.      Можно ли концах стеклянной палочки получить два одновременно существующих разноименных зарядов?

Ответ: Можно. Для этого концы палочки потереть соответствующими телами. Натертая мехом, она электризуется отрицательно. Надо учесть, что электризация эта слабая, поэтому для успеха опыта нужно, чтобы палочка не электризовалась до этого положительно. Другой конец палочки натирается амальгамированной кожей, при этом образуется положительный заряд.

8.      Почему электризация при трении была раньше всего замечена только на непроводящих электричество телах?

Ответ: Потому что на таких телах заряд не стекает, а остается неподвижным в том месте, где он образован.

9.      В кабине бензовоза имеется надпись: «При наливе и сливе горючего обязательно включите заземление». Почему необходимо соблюдать данное требование?

Ответ: При переливании бензин электризуется. Если бензовоз не заземлен, то заряды постепенно будут накапливаться и могут стать причиной воспламенения горючего.

10.  Почему эбонитовую палочку, держа в руке можно наэлектризовать трением, а латунный стержень нельзя, даже если при этом касаться им заряженного тела?

Ответ: Латунь –проводник, эбонит – изолятор.

 Подведение итогов. Домашнее задание.

               Литература:

  1. Перышкин А.В. «Физика -8кл.: учеб. Для общеобразоват. учреждений/ А.В. Перышкин. – М.: Дрофа,2016. -191 с.

2. Перышкин А.В. и др.: Преподавание физики в 6-7 классах средней школы: Пособие для учителя/ А.В. Перышкин, Н.А. Родина – 4-е изд, перераб.- М.: Просвещение, 1985. – 256 с.

3. Иванов Ю.Я.: Творческие экспериментальные задания по физике 7-9 классы: учебно-методическое пособие/Ю. Я. Иванов, А. Ю. Иванов. –Чебоксары: Чуваш. гос. пед. ун-т, 2011. -224 с.

4. Алексеева М. Н.: Физика юным: Теплота. Электричество. Кн. для внеклассного чтения. 7 кл. /Сост. М. Н. Алексеева. - М.: Просвещение, 1980. -160 с.

5. М. Е. Тульчинский: Сборник качественных задач по физике. Пособие для учителя. Издательство «Просвещение», Москва, 235 с.