Электризация тел. Два рода зарядов - Электрические явления

Цели: ознакомить учащихся с явлением электризации тел; доказать существование двух типов зарядов и объяснить их взаимодействие.

Демонстрации: электризация различных тел; два рода электрических зарядов; взаимодействие наэлектризованных теп.

Ход урока

I. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Электризация тел.

2. Электрический заряд.

3. Два рода электрических зарядов.

Перед началом изучения новой темы необходимо проанализировать результаты тематического оценивания по теме «Изменение агрегатных состояний вещества», дать краткую характеристику наиболее часто встречающихся ошибок.

Новая тема включает изучение простейших электростатических явлений, первоначальных сведений о строении атома и объяснение электростатических явлений на основе электронных представлений.

При изучении этой темы демонстрируются простейшие электростатические явления. В процессе изложения материала взаимоотношение эксперимента и теории может быть различным. Но в основном возможны два варианта изложения. Выбор одного из них в каждом конкретном случае определяется, в первую очередь, уровнем подготовки учащихся, запасом имеющихся у них знаний и умений.

В первом варианте изложения учащимся вначале демонстрируют явления, то есть накапливаются и обобщаются факты, которые затем объясняются.

Во втором варианте вначале вводят представления о строении атома и уже на их основе теоретически анализируются различия в демонстрируемых на уроке явлениях, вскрываются особенности этих явлений, а иногда и предсказывается характер их протекания при заданных условиях.

1. Изучение электростатических явлений начинают с демонстрации электризации тел. Обычно говорят об электризации при трении. В действительности электризация тел происходит при соприкосновении, а к трению в опытах прибегают для увеличения площади соприкосновения тел. Поэтому правильнее говорить об электризации тел при соприкосновении. Необходимо подчеркнуть, что после соприкосновения тела разделяют.

Опыты по электризации общеизвестны. Демонстрации проводят с помощью эбонитовой палочки и палочки из органического стекла. Очень удобны пластинки для электризации (эбонитовая, из органического стекла и металла).

По мере проведения опытов учитель задает учащимся вопросы:

- Как можно определить, заряжены ли тела?

- Как показать, что при соприкосновении электризуются оба тела?

- Назовите вещества, электризацию которых вам приходилось наблюдать в домашних условиях. При каких обстоятельствах это происходило?

После обсуждения демонстраций делаются следующие выводы:

а) явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела, называют электризацией;

б) в электризации всегда участвуют два тела. При этом электризуются оба тела.

2. В ходе опытов необходимо обратить внимание учащихся на то, что наэлектризованные тела взаимодействуют друг с другом с разными силами. Почему? Пытаясь разобраться с этим вопросом, подводим учащихся к понятию «электрический заряд».

Электрический заряд - это мера свойств заряженных тел определенным образом взаимодействовать друг с другом.

Важно подчеркнуть, что электрический заряд всегда связан с каким-либо телом (или частицей) и не может существовать сам по себе, так как он характеризует определенные свойства частиц (или тел).

3. Понятие о двух родах электрических зарядов вводят на основе изучения взаимодействия наэлектризованных тел:

а) существуют два рода электрических зарядов - положительные и отрицательные;

б) тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются.

- Как взаимодействуют между собой две эбонитовые палочки, натертые мехом?

- Как взаимодействуют эбонитовая палочка, натертая мехом и стеклянная палочка, натертая шелком?

Заряд наэлектризованной стеклянной палочки условно назвали положительным, а эбонитовой (янтарной) - отрицательным.

II. Закрепление изученного

С целью закрепления материала в конце урока можно коллективно разобрать ряд простых качественных задач по теме, например:

- Какие опыты доказывают, что существуют электрические заряды двух видов?

- Иногда при окраске пульверизатором металлической поверхности ей сообщают заряд одного знака, а капелькам краски - заряд противоположного знака. Для чего это нужно?

- Можно ли наэлектризовать эбонитовую палочку трением об эбонитовую пластинку?

- Возьмите пластмассовую линейку и потрите ее о сухой лист бумаги. Докажите на опыте, что линейка наэлектризована. В чем это проявляется?

Домашнее задание

1. § 25, 26 учебника; ответить на вопросы к параграфу (с. 60).

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1169, 1171, 1172.

Дополнительный материал

Историческая справка

История изучения электричества интересна и поучительна. Некоторые, наиболее существенные исторические примеры можно использовать на уроках для повышения интереса к теме.

Греческий философ Фалес Милетский, живший в 624-547 гг. до н.э., открыл, что янтарь, потертый о мех, приобретает свойство притягивать мелкие предметы - пушинки, соломинки и т. п. 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 (1540- 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 пылинки, но и металлы, дерево, листья, камешки 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. С помощью этого прибора Герике обнаружил, что кроме притяжения, существует и электрическое отталкивание.

Два вида электричества

Более 250 лет прошло с тех пор, как стало известно о существовании двух видов электричества. В 1733 году французский физик Ш. Дюфе опубликовал во французском и английском журналах статьи, в которых описал результаты своих опытов по электризации различных тел.

Из многочисленных и остроумно поставленных экспериментов Дюфе сделал вывод, что существуют два вида электричества. Одно электричество возникает при натирании копала (ископаемой смолы), воска, шелка и многих других веществ,- Другое появляется при натирании стекла, горного хрусталя, драгоценных камней, шерсти и др. Поэтому Дюфе назвал первое из них смоляным, а второе стеклянным электричеством. Тело, обладающее любым из двух видов электричества, притягивает к себе легкие тела (именно это свойство еще с античных времен обозначалось словом «электричество»). Различие же состоит в том, что тела, заряженные одним и тем же электричеством (стеклянным или смоляным), отталкивают друг друга, но если одно тело заряжено стеклянным, а другое смоляным электричеством, то они взаимно притягиваются.

Так были установлены фундаментальные факты: наличие двух видов электричества и существование электрических сил притяжения и отталкивания. Естественно возникает вопрос о том, как же появляется у тел то или иное электричество. В то время об этом можно было строить только догадки.

Флюид Франклина. Одна такая догадка была высказана в 1750 году американским физиком (а также известным государственным и общественным деятелем, одним из руководителей борьбы американских колоний за независимость) Б. Франклином.

По Франклину, в каждом теле содержится особое электрическое вещество (флюид, как тогда говорили), что-то вроде электрической жидкости. Частицы этой электрической жидкости отталкиваются друг от друга, но сильно притягиваются частицами тела, так что всякое тело действует на электрическую жидкость подобно губке, втягивающей в себя воду (частицы электрической жидкости много меньше частиц самого тела, иначе они не могли бы проникать внутрь тела). Но присутствие электрической жидкости в теле не делает его наэлектризованным, если она содержится в теле в некотором, так сказать, нормальном количестве. При натирании же одного тела другим часть электрической жидкости перетекает из одного тела в другое, вот тогда-то оба тела и становятся наэлектризованными. То тело, в которое электрическая жидкость перетекла и в котором поэтому создается ее избыток по сравнению с нормальным количеством, становится обладателем стеклянного электричества. Второе тело, в котором электрической жидкости оказывается меньше нормального количества, заряжается смоляным электричеством. Однако Франклин дал этим двум видам электричества другие названия. Стеклянное электричество (им обладают тела с избытком электрической жидкости) Франклин назвал положительным, а смоляное (которым обладают тела с недостатком электрического флюида) - отрицательным. Эти названия, как известно, сохранились до наших дней, впрочем, как и другие термины, введенные в науку об электричестве Франклином: заряд, разряд, конденсатор, батарея, проводник и так далее.

Электричество и ... чулки. Другое объяснение было предложено в 1759 году англичанином Р. Симмером. Поводом для этого послужили довольно занятные наблюдения, проведенные им.

Симмер имел обыкновение носить две пары чулок: черные шерстяные для тепла и белые шелковые для красоты. Снимая с ноги сразу оба чулка и выдергивая один из другого, Симмер видел, как оба чулка раздуваются, воспроизводят форму ноги и притягиваются друг к другу. Однако чулки одного цвета, как черные, так и белые, друг от друга отталкиваются. Если держать в одной руке два белых, а в другой два черных чулка, то при сближении рук взаимное отталкивание одноцветных чулок и притяжение разноцветных приводит к забавной возне между ними - чулки противоположных цветов как бы набрасываются друг на друга и сплетаются в один причудливый клубок.

Эти наблюдения и привели Симмера к заключению, что в каждом теле имеется не одна, а две электрические жидкости - положительная и отрицательная, содержащиеся в теле в одинаковых количествах. При натирании двух тел какая-то из них может перейти из одного тела в другое, тогда в одном теле окажется избыток одной из жидкостей, а в другом - ее недостаток.

Электрический конфликт. Так появились два представления об электричестве. Долгое время, почти полтора столетия, ии одна из них не получала всеобщего признания.

Когда в конце XVII - начале XIX веков появилась возможность получать и изучать постоянный электрический ток, возник спор о том, что именно «течет» в цепи, содержащей источник тока и проводники. Были сомнения в том, одинаковы ли электричество, которое получают при натирании тел, и то, что течет в электрической цепи. Последнее получило даже специальное название - гальваническое электричество. Но все же многие считали, что в проводниках электрической цепи текут одновременно два симмеровских электричества, и называли электрический ток... электрическим конфликтом, поскольку эти электричества текут в противоположных направлениях. Так, например, когда в 1820 году X. Эрстед издал брошюру, в которой описывалось открытое им действие тока иа магнитную стрелку, он назвал ее так: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку».

Тогда читателям было понятно это странное для нас название, и брошюра имела успех ввиду фундаментальной важности сделанного открытия.

Окончательное разрешение старый спор двух теорий - Франклина и Симмера - получил лишь в конце XIX - начале XX веков. Теперь мы знаем, что победителем в споре надо признать Симмера. «Электрические жидкости Симмера» - это отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны, которые в одинаковом числе содержатся в каждом нейтральном теле, в каждом атоме вещества.

Но кое-что оказалось верным в теории Франклина: при натирании тел переходить с одного тела на другое может только один «флюид» - отрицательно заряженные электроны. Однако тело, на которое они переходят, становится отрицательно заряженным, в то время как Франклин считал его заряженным положительно. Это связано с тем, что Франклин счел нужным назвать положительным стеклянное электричество Дюфе. От этого выбора, сделанного Франклином, следует и то, что электрону мы приписываем отрицательный знак заряда, и то, что за направление электрического тока принимается направление движения положительных зарядов, хотя в подавляющем большинстве проводников, прежде всего, металлических, фактически движутся отрицательно заряженные частицы. В электролитах и газах электрический ток - это встречное движение и положительных, и отрицательных частиц. Но теперь никто это не считает электрическим конфликтом.