Тема урока: Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения электрического заряда.

Цель урока: повторить изученные ранее факты, связанные с явлением электризации тел и законом сохранения электрического заряда, познакомить с квантованием заряда на основе современной квантовой теории; обеспечить  усвоения всеми учащимися закона сохранения электрического заряда и экспериментальное его подтверждение..

Задачи урока:

Образовательная: формирование целостной системы знаний по данной теме;

Воспитательная: воспитание интереса и положительного отношения к предмету; способствование развитию личности (его внимательность, наблюдательность);

Развивающая: развивать понимание предложенной проблемной ситуации и провести аргументированное суждение; развивать умение обобщать и систематизировать знания и включать новые знания в систему ранее изученных.

                   Ход урока:

I.            Организационный момент

II.            Мотивация

В глубокой древности люди заметили, что если это физическое тело или вещество потереть о шерсть, оно приобретает способность притягивать к себе различные тела: соломинки, пушинки, ворсинки меха и многие другие. В дальнейшем обнаружили, что этим же свойством обладают и другие вещества: стеклянная палочка, потертая о шелк, палочка из органического стекла, натертая бумагой, эбонит, потертый о сукно или мех. Что за физическое тело находится в ящике? (янтарь)

История электричества

III.            Осмысление и закрепление ранее изученного

Демонстрация 1: Подвесили гильзу из фольги на нитку. Поднести к ней палочку из оргстекла. Что вы наблюдаете? Гильза не отклоняется.

Демонстрация 2: Натираю сухой бумагой или шелком палочку  и снова подношу к гильзе. Гильза притягивается к палочке. То же явление наблюдается при поднесении эбонитовой палочки.

Учитель: Какие явления мы с вами сейчас наблюдали?

Ответ: Мы наблюдали притяжение гильзы наэлектризованной палочкой.

Учитель: За счет чего наэлектризовалась палочка?

Ответ: За счет трения.

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

Ответ: Это значит, что на ней появились электрические заряды.

Учитель: Откуда появились электрические заряды на палочке, ведь рядом с ними не было других наэлектризованных тел или предметов.

Ответ: Очевидно, заряды были на самих телах.

Демонстрация 3: Повторяем первый и второй опыты.

Учитель: Опыты убеждают нас в том, что до натирания обе палочки были электрически нейтральны. Это значит, что на ней были в равном количестве и положительные и отрицательные заряды.

Учащиеся формулируют выводы:

Вывод 1: Электрические заряды присущи всем телам и некоторым их составным частям. Заряды при любом способе электризации всегда были и возникнуть или появиться не могут.

Демонстрация 4: Взять две полоски по ширине около 5 см. Сблизим. Взаимодействие отсутствует. Положим на тетрадь и проведем несколько раз ручкой. Сблизим.

Демонстрация 5: К подвешенной фольге поднести заряженную палочку, фольга  притягивается. Если же фольга коснется палочки, фольга будет отталкиваться.  

Учитель: Как же взаимодействуют между собой заряженные тела?

Ответ: Опыт убеждает нас в том, что наэлектризованные тела или притягиваются друг к другу, или отталкиваются.

Обучающиеся формулируют выводы:

Вывод 2: Электрические заряды присущи всем телам и некоторым их составным частям. Существует только два рода электрических зарядов. Одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименно заряженные притягиваются.

Разбор заданий ЕГЭ

1.        Пара легких одинаковых шариков, заряды которых равны по модулю, подвешена на шелковых нитях. Заряд одного из шариков указан на рисунке. Какой из рисунков соответствует ситуации, когда заряд второго шарика отрицателен?

1)      А;         2) Б;                3) В;                4) А и В.

2.      Эбонитовая палочка, потертая о мех, заряжается отрицательно и начинает притягивать легкие кусочки бумаги. Это объясняется тем, что…

1)      Кусочки бумаги заряжаются отрицательным зарядом;

2)      Кусочки бумаги заряжаются положительным зарядом;

3)      Под действием электрического поля на ближнем к палочке кусочке бумаги образуется положительный заряд;

4)      Под действием электрического поля на ближнем к палочке кусочке бумаги образуется отрицательный заряд.

Учитель: Как называют прибор для определения и обнаружения электрического заряда?

Демонстрация 6: Подношу к электрометру заряженную стеклянную палочку. Стрелка электрометра отклоняется, показывая, что он зарядился. Я не касалась стержня электрометра палочкой, а только поднесла ее близко к стержню. Почему же электрометр зарядился?

Ответ: Стержень электрометра электрически нейтрален. При поднесении положительно заряженной стеклянной палочки на ближайшем конце стержня накапливаются разноименные заряды, а на удаленном конце стержня одноименные заряды. Снова наблюдается перераспределение зарядов, но в пределах одного тела.

Учитель: Какую же роль играет трение в процессе электризации?

Ответ: 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 шелковую ткань мы тем самым увеличиваем число точек соприкосновения двух разнородных тел.

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

Ответ: Заряды на стеклянной палочке и шелке равны по величине, но противоположны по знаку.

Вывод 3: Если 2 тела до соприкосновения были электрически нейтральны, то после соприкосновения на них обнаруживаются заряды противоположных знаков, равных по абсолютной величине.

Разбор заданий ЕГЭ

1.      В результате трения янтаря о шерсть последняя оказалась заряженной до некоторого значения +q. Чему равен заряд янтаря?

1)      +q;      2) –q;               3) +2q;     4) 0q.

2.      Пылинка, имеющая отрицательный заряд –е, при повышении температуры потеряла один электрон. Каким стал заряд пылинки?

1)      0;         2) -2е;             3) +2е;            4) –е.

Демонстрация 6: Видеоролик «Деление электрического заряда»

Учитель: скажите, существует ли предел деления электрического заряда? Существует ли заряд такой величины, который уже не поддается дальнейшему делению?

Ответ: существует заряженная частица, которая имеет самый малый заряд, который разделиться не может.

Учитель: Какая теория объясняет деление электрического заряда? В чем смысл данной теории?

Ответ: Квантовая теория. Атом состоит из положительно – заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по орбитам.

Учитель: Каков суммарный заряд атома?

Ответ: Атом в невозбужденном состоянии электрически нейтрален. Это значит, что положительный заряд его ядра равен сумме отрицательных зарядов всех его электронов.

Вывод 2: Понятие об электрических зарядах отражает объективные факты: мы не создаем заряды, а они заложены в веществе самой природой. Перемещаться могут только электроны, протоны перемещаться не могут, т,к. они связаны в ядрах огромными внутриядерными силами.

Вывод 3: Носителями электрических зарядов являются электроны. Электрон обладает наименьшим отрицательным зарядом, равным q = -1.6 × 10^-19 Кл. Современная физика утверждает, что ни отрицательные, ни положительные заряды сами по себе существовать не могут, кроме того, электрон без заряда, также невозможен как и без массы, он не будет существовать. К частицам, не имеющим электрического заряда, относится нейтрон. Нейтроны вместе с протонами входят в состав атомного ядра.

Разбор заданий ЕГЭ

1.      На рисунке изображены схемы четырех атомов. Электроны обзначены черными точками. Атом  соответствует схема…(1)

2.      Ядро мышьяка  состоит из

1) 33 нейтронов и 34 протонов

2) 33 протонов и 34 нейтронов

3) 33 протонов и 67 нейтронов

4) 67 протонов и 34 электронов

Учитель: Что же происходит при натирании стеклянной палочки шелком или бумагой?

Очевидно, что стеклянная палочка не в состоянии удержать все свои электроны и часть из них переходит на бумагу или шелк. Таким образом. Потеряв часть своих электронов, стеклянная палочка заряжается положительно, а бумага отрицательно.

Учитель: Изменится ли суммарный электрический заряд?

Ответ: Суммарный электрический заряд останется неизменным.

Вывод 4: В электростатике имеет место закон сохранения электрических зарядов: в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. Если заряды обозначить через q₁, q₂, и т.д., то q₁+q₂+q₃+…+q_n= const. Этот вывод является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. 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 случаях заряженные частицы рождаются только парами с одинаковой по модулю и противоположными по знаку зарядами. Исчезают заряженные частицы тоже только парами, превращаясь в нейтральные,  и во всех этих случаях сумма заряда остается одной и той же. Причина сохранения заряда, до сих пор неизвестна.

Разбор заданий ЕГЭ

1.      Как с помощью отрицательно заряженного металлического шарика зарядить положительно другой такой же шарик, не изменяя заряда первого шарика?

Ответ: можно поднести заряженный шарик к незаряженному, коснувшись при этом незаряженного шарика пальцем (на короткое время заземлить). В результате шарик приобретет положительный заряд. 

2.      Покажите с помощью схематических рисунков, как располагается заряд на заряженных проводящих шаре и конусе. Внешнее электрическое поле отсутствует.

Ответ: электроны располагаются равномерно по всей поверхности проводника. Поэтому в шаре заряд располагается равномерно, а в конусе самое сильное электрическое поле у вершины, где на единицу объема приходится больший заряд.

Учитель: Приведите примеры использования электризации?

Ответ: Явление электризации тел учитывается на производстве и применяется на практике. Например. Большие электрические заряды накапливаются при трении шин об асфальт при сухой погоде. Возникает опасность проскакивания искры. Поэтому сзади машин – цистерн для горючего прикрепляют металлические цепи, волочащиеся по дороге. За счет электризации работает электрофорная машина, которую мы использовали для демонстрации опытов. Явление электризации тел используется в современных электро – копировальных установках (ксерокс и др.)
(рассматривают рисунок в учебнике, изучают принцип действия копировальной  установки). Нити пряжи на текстильных фабриках электризуются за счет трения, притягиваются к веретенам и рвутся. 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.

Вывод по новой теме:

Итак, мы установили, что некоторые элементарные частицы обладают зарядом, что заряды между собой взаимодействуют различным образом, заряд неразрывно связан с элементарной частицей, что явление электризации часто встречается в нашей повседневной жизни.

IV.         Рефлексия.

V.            Д/З § 83 – 86

Ø  Эбонитовая палочка при электризации зарядилась отрицательно. Осталась ли неизменной масса палочки?

Ø  Известно, что стеклянная палочка, потертая о шелк, заряжается положительно. Определите экспериментально знак заряда пластмассовой ручки, потертой о шерсть.

Ø  В сухом помещении потрите сухой рукой надутый воздухом резиновый шар, а затем поднесите его к какому- либо предмету (например, стене, потолку и т.д.). Что вы наблюдаете? Объясните явление.