Урок по физике на тему: "Электрические явления"

Дисциплина: Физика и астрономия

Тема: Электрические явления.

Цели и задачи урока:

а) Образовательная – Сформировать понятия о напряженности электрического поля, о линиях напряженности, диэлектрической проницаемости среды. Дать количественную характеристику силы взаимодействия неподвижных заряженных тел. Продолжить развитие знаний учащихся о взаимодействие заряженных тел, силы взаимодействия между ними, механизм взаимодействия, о свойствах электрического поля;                                                                                                                          

б) Развивающая – создать условия для:

- развития мышления (учить анализировать, выделять главное, сравнивать, строить аналогии, обобщать и систематизировать, доказывать и опровергать, объяснять и определять понятия, ставить и решать проблемы);

- развития элементов творческой деятельности (интуиции, пространственного воображения, смекалки);

- развития логического мышления (на основе усвоения учащимися причинно-следственных связей, сравнительного анализа);

в) Воспитательная – продолжить формирование представлений о взаимосвязи явлений природы и единой физической картине мира, учить находить и воспринимать прекрасное в природе, искусстве и учебной деятельности, развитие у школьников коммуникативной культуры (умения общаться, монологическую и диалогическую речь).

г) Дидактическая – создать условия для усвоения нового материала, используя поисковый метод обучения и принцип цикличности познания.

Тип урока: Комбинированный урок

Методы урока: Объяснение, беседа, проблемные вопросы

Наглядности: плакаты, раздаточные материалы, тестовые задания, демонстрационные слайды

Использование ТСО: эпидиаскоп, эбонитовые и стеклянные палочки, электрический султан, компьютер, мультимедийный проектор, электронный учебник, слайды, ребусы

Самостоятельная работа учащихся: дифференцированные индивидуальные задания, рефераты-сообщения учащихся

Межпредметные связи: математика

План урока:

І. Организационный момент (1 мин)

а) Психологическая подготовка

б) Готовность аудитории

ІІ. Опрос домашнего задания (7 мин)

1.     Устный опрос

а) Что называется деформацией твердых тел?                                                                                               

б) Что называется относительным удлинением?                                                                              

в) Что называется механическим напряжением? Что является единицей измерение механического  напряжения в системе СИ?                                                                                   

г) Что такое модуль упругости? Какова единица измерения в системе СИ модуля упругости?                                                                                                                                                       д) Зависимость,  между какими величинами представляет диаграмма растяжения?                   

е) Что такое предел пропорциональности?                                                                                           

ж) Что называется пределом текучести?                                                                                                                               

з) Как возникает остаточная деформация?                                                                                                   

и) Что такое запас прочности?                                                                                                               

к) Что называется пределом прочности?                                     

2.     Письменный опрос

а)  Проверка решения задач

б) Презентация на компьютере по теме «Механические свойства твердых  тел»: Диаграмма растяжения.

ІІІ. Закрепление домашнего задания (2мин)

1.     что знаю

2.     что умею   

 IV. Объяснение новой темы: (13мин)

1. Электризация тел. Электрический заряд. Количество заряда.                                                                         2. Закон взаимодействия и закон сохранения электрического заряда.                                                               3. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость среды.                                                                                        4. Электрическое поле и его свойства.                                                                                                                             5. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции.                                                                          6. Силовые линии электрического поля.         

Электродинамика – раздел физики, посвященный изучению электрических и магнитных явлений, в которых основную роль играет взаимодействие между телами и частицами, имеющими электрический заряд. Это взаимодействие осуществляется через электромагнитные поля, связанные с этими телами или частицами. Основными понятиями электродинамики являются понятия электрического заряда и электрического поля.                                                                                                                                                     Из повседневной жизни мы хорошо знаем, что многие предметы после натирания начинают притягивать к себе соринки, бумажки, волосы и т.д. Такое притяжение к натертым предметам обусловлено находящимися на них электрическими зарядами, поэтому такие тела называют наэлектризованными. Наэлектризовать тело можно не только с помощью трения, но и с помощью соприкосновения его с другими заряженными телами.                                                                                                                                            Опыт показал, что между наэлектризованными телами имеется либо притяжение, либо отталкивание. Это объясняется тем, что электрические заряды бывают двух видов. Один из них условились называть положительным, а другой - отрицательным. Оказалось, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы взаимодействия между наэлектризованными телами и силы взаимодействия между электрическими зарядами называют электрическими силами.  Электрические силы действуют только на заряженные тела или на заряженные частицы, например, на ионы.                                                                                                                 Стабильными носителями электрических зарядов являются элементарные частицы и их античастицы.                                                                                                                               Носителями положительного заряда являются протон и позитрон, отрицательного – электрон и антипротон. Наименьшими, устойчивыми частицами, которые обладают отрицательным (положительным) электрическим зарядом и входят в состав любого вещества, являются электроны (протоны). Электрический заряд электрона и протона по абсолютному значению равен: q_е=1,6*10^-19 Кл и q_р=1,6*10^-19   Кл. Масса протона: m_р= 1,67*10^{-27 кг. Масса электрона: m}_е= 9,1*10^{-31 кг.  Электрический заряд протона и электрона называется элементарным зарядом.} Электрический заряд любого заряженного тела равен целому числу элементарных зарядов. В электрически нейтральной (незаряженной) системе содержится равное число элементарных зарядов противоположного знака. Электрически нейтральными являются атомы, молекулы и их коллективы - макроскопические тела. Если электрическая нейтральность нарушена, то она называется наэлектризованной. Для электризации тела необходимо, чтобы на нем был создан избыток (недостаток) электрических зарядов того или другого знака.                                                                                                                                                При трении и соприкосновении двух тел валентные электроны атомов переходят с одной соприкасающейся поверхности на другую. Тело, на котором возникает избыток электронов, заряжается отрицательно, другое тело, на котором возникает недостаток электронов, заряжается положительно.                                                                                                             Избыток электрических зарядов одного знака в каком-либо теле называется количеством электричества (зарядом) данного тела и обозначается q. За единицу заряда в международной системе единиц принят Кулон.                                                                                                           Общий заряд любого тела является алгебраической суммой всех электрических зарядов, находящихся в этом теле: Q=q₁ +q₂+...                                                                          Фундаментальным законом физики является  закон сохранения электрического заряда: Во всех процессах протекающих в изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой системе остается постоянной: q₁+q₂+q₃+…q_n= const где n – число тел на которых сосредоточены заряды.                                                                                                                   В 1785 г. французский ученый Кулон экспериментально установил количественную зависимость между силой взаимодействия двух электрических зарядов, их величиной и расстоянием между ними.                                                                                                                                                               На основании проделанных измерений Кулон вывел следующий закон: Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

 где   - в вакууме    где F- сила взаимодействия, q₁ и q₂ - величины зарядов, r - расстояние между зарядами, k-коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц величин, входящие в формулу,   = 8.85*10^-12  - электрическая постоянная                                                                                                                                                Кулоновская сила направлена вдоль  прямой, соединяющей оба точечных заряда (рис. 18.1).                                                                                                           Она подчиняется третьему закону Ньютона: заряды взаимодействуют друг с другом с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.                                                                      

 Величина  ε_ср, характеризующая зависимость силы взаимодействия между зарядами от окружающей среды, называется диэлектрической проницаемостью этой среды. Таким образом, закон Кулона принимает следующий вид:

  или    F_ср=  - закон Кулона в любой среде                           ε_ср=ε ε₀,  ε-называется относительной диэлектрической проницаемостью среды. Относительная диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз сила взаимодействия электрических зарядов в данной среде меньше, чем в вакууме:   ε=.                                                                                                                                         Числовое значение  ε определяют опытным путем и при расчетах берут из таблиц.  Например в вакууме ε = 1, а в воде ε = 81.                                                                                                               

Взаимодействие электрических зарядов на расстоянии  осуществляется через особую материальную среду, неразрывно связанную с зарядами и называемую электрическим полем. Электрическое поле не является веществом, а представляет собой особый вид материи. Электрически заряженные частицы материи и электрические поля являются двумя неразрывными видами материи.  Каждый электрический заряд окружен своим электрическим полем, которое

действует только на электрические заряды.                                                                                           

Силы, с которыми электрическое поле действует на заряженные тела, называются электрическими силами.                                                                                                                    Поле обладает свойством передавать взаимодействие с очень большой, но вполне определенной скоростью, составляющей примерно 300 000 км/с.  В электрическом поле непрерывно распределена энергия, но плотность энергии значительно меньшая, чем плотность энергии заряженной частицы.                                                         

Электрическое поле, окружающее наэлектризованное тело, простирается до бесконечности. Однако электрические силы очень быстро уменьшаются с увеличением расстояния, поэтому на практике действия электрического заряда можно обнаружить только на небольших расстояниях от этого заряда.                                                             Силовая характеристика точки электрического поля Е называется напряженностью поля. Она измеряется силой, с которой поле действует на единичный положительный заряд, внесенный в заданную точку поля:   Единица напряженности Е в СИ: 1                                                                                      Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Так, в поле положительного заряда вектор напряженности направлен от заряда (рис.18.2а), а в поле отрицательного заряда – радиально к заряду (рис. 18.2б)

                         

           рис.18.2а                               рис. 18.2б                                                                                                        

Если  поле создается сразу несколькими зарядами, то напряженность   в какой-либо точке поля находится как геометрическая сумма напряженностей,  созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности (принцип суперпозиции полей):- результирующая напряженность поля в данной его точке.  Например, поле создано зарядами q₁ и q₂. Результирующее поле в точке А равно  (рис. 18.3а и 18.3б).

рис.18.3а                         рис. 18.3б                                                                       

Напряженность поля точечного заряда и заряженного шара:= Электрическое поле в пространстве, окружающем заряд, можно изобразить графически с помощью силовых линий или линий напряженности.  Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в  каждой точке направлена вдоль вектора напряженности . Линии напряженности электрического поля начинаются на положительных электрических зарядах  и кончаются на отрицательных электрических зарядах. Они могут также уходить в бесконечность и приходить из бесконечности к отрицательным зарядам, нигде не пересекаются друг с другом, направлены перпендикулярно к поверхности проводника. Для двух одноименных зарядов распределение линий напряженности электрического поля показано  на рисунке (18.4а), а для разноименных заряда на рисунке (18.4б).

                  

                Рис. 18.4а                                    рис.18.4б                                                                                                      

Густота силовых линий служит для количественного описания напряженности поля.        Электрическое поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке пространства, называется однородным электрическим полем.  Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными плоскими металлическими пластинами, если расстояние между ними значительно меньше их размеров (рис18..5).   В однородном поле силовые линии параллельны между собой  и перпендикулярны к пластинам, а густота  линии всюду одинаковы. Только на краях пластин линии искривлены.                                                                                                                                

VІ. Проверка освоения новой темы (6мин)

Задание-1: (Физический диктант)

1.     В природе существуют.... заряды.

2.     Ион- это....

3.     Закон Кулона в вакууме для любой среды...?

4.     Электрическая постоянная в системах СИ равна ....

5.     Электрическое поле представляет собой....

6.     Напряженностью поля в данной его точке называется....

7.     Напряженность  поля заряда q направлена...., если q₀>0, если q₀<0.

8.     Принцип суперпозиции полей формулируется так ....

9.      Напряженность поля заряженного проводящего шара равна....

Задание-2:

 Чтобы получить электрически  заряженное микроскопическое, тело т.е. наэлектризовать его, нужно отделить + и -. Это можно сделать с помощью трения.

Демонстрация: эбонит трут о шерсть, стеклянную палочку трут о бумагу, шелк; заставляют взаимодействовать  с электрическим султаном.

(Учащиеся сами приводят примеры, факты, которые наблюдали из жизни, повседневной практики)

 VІ. Работа с глоссарием: (1мин)

№	Русский	Казахский	английский
1	Электродинамика	Электродинамика	Electrodynamics
2	Электростатика	Электростатика	Electro statistica
3	Электрический заряд	Электр заряды	Electric charge
4	Элементарные частицы	Элементар бөлшектер	Elementary particle
5	Атом	Атом	Atom
6	Электризация тел	Денелердің электрленуі	Bodies
7	Закон взаимодействия электрических зарядов	Электр зарядының сақталу заңы	Law of electric charges
9	Электрон	Электрон	Electron
10	Протон	Протон	Proton
11	Ион	Ион	Ion
12	Отрицательныяй заряд	Теріс заряд	Minus charge
13	Положительный заряд	Оң заряд	Positive charge
14	Точечный заряд	Нүктелік заряд	Dot charge
15	Электромагнитное взаимодействие	Электромагниттік әсерлесу	Electromagnetic interaction
16	Электрические силы	Электрлік күштер	Electric forces
17	Вакуум	Вакуум	Vacuum
18	Закон Кулона	Кулон заңы	Coulomb s law
19	Электрическое поле	Электр өрісі	Electrics field
20	Электростатическое поле	Электростатикалық  өріс	Electrostatic  field
21	Напряженность электрического поля	Электр өрісінің кернеулігі	Electric intensity
22	Силовые линии электрического поля	Электр өрісінің күш сызықтары	Electrics field lines

VІІ. Закрепление новой темы (10 мин)

Задание-1:

Решение задач:

1.     В теле недостаток  трех электронов. Как заряжено тела? Чему равен его заряд.

2.     Капля масла имеет заряд –3,2*10^-19 Кл. Найти избыток электронов на капле?

3.     Два шарика, имеющих заряды –3,2*10^-19 и 3,2*10^-19 Кл, соединили вместе. Каким стал заряд шариков? Сколько электронов перешло от одного шарика к другому?

4.     Заряд, равный –1,3*10^-6 Кл, помещен в спирт на расстоянии 5 см от другого заряда. Определить значение и знак другого заряда, если заряды притягиваются с силой –0,45Н. Диэлектрическая проницаемость спирта равна 26.

5.     На каком расстоянии от точечного заряда 10 нКл, находящегося в дистиллированной воде, напряженность электрического поля будет равна 0,25 В/м?                                                            

Задание-2:

Сообщения учащихся

Начало изучения электрических явлений

(кн. Физика-юным)

1.     Начальные знания об электризации трением относятся  к глубокой древности. Так, электризация янтаря при трении была известна еще в 6 в. до н.э. греч. философу  Фалису из Милета. Однако историю науки об электрических явлениях можно начать с исследований Вильяма Гильберта, врача английской  королевы Елизаветы. Первое сочинение по электричеству и магнетизму Гильберт опубликовал  в 1600 г., где описал электризацию трением; здесь же он впервые в истории науки примения термин «электричество» ( от греч. слова «электрон», что означает  «янтарь») Гильберт установил, что стекло, смолы и многие другие вещества также электризуются при трении. Натертые шелком или сукном, они притягивают пушинки, соломинки и.т.п.

2.     Первую электрическую машину в 1650 г. построил немецкий ученый Отто Герике. Сначала изготовил из серы большой шар. Натирая рукой шар, Герике наблюдая притяжение к нему легких предметов. Для большого удобства ученый установил шар на оси в особом станке. Вращая с помощью рукоятки  шар и прижимая к нему ладонь, его можно было наэлектризовать. С помощью этой электрической машины Герике произвел много опытов. Наблюдая притяжение легких тел к наэлектризованному шару, он заметил, что пушинки и кусочки бумаги , коснувшись шара, отскакивали от него. Герике удалось даже заставить пушинку, коснувшуюся шара, плавать над наэлектризованным шаром в воздухе. Но обьяснения этому явлению Герике не нашел. Свои опыты он описал в сочинении «Новые эксперименты» вышедшем в 1972 г.

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

4.     Французский исследователь Шарль Дюфе в 1730 г. изучал взаимодействие 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  явление тем, что существуют два рода электричества – «стеклянное» и «смоляное» Тела, заряженные электричеством одного рода, взаимно отталкиваются , а при разноименных зарядах притягиваются.

5.     Более удачное обозначение двух родов электричества удержавшееся до нашего времени, в 1778  г. дал известный американский физик и политический деятель В. Фракнклин. «Стеклянное» электричество им было названо положительным , а «смоляное» отрицательным. Первые приборы для обнаружения электричества и количественного изучения электрических явлений появились в ХVIII в. Один из первых электроскопов в 1745 г. построил академик Петербурской Академии наук Георг Вильгельм Рухман. Электроскоп Рихмана состоял из железной линейки, против ребра которой была подвешена льняная нить, внизу имелась шкала. Когда линейка была наэлектризована, нить отталкивалась. С помощью этого прибора Рихман проделал много опытов особенно по изучению электрического поля вокруг заряженных тел и по электризации металлов.

6.     В 1785 г. французский инженер Шарль Кулон опытным путем установил, от чего зависит взаимодействия наэлектризованных тел. Закон Кулона изучается в ІХ классе. Из опытов Кулона возникло понятие количество электричества. В ХVIII в были построены более мощные электрические машины, чем машина Герике. Одна из них- машина франц. физика Ж. Нолле. Электричество возникло от трения о ладони электрического шара, приводившегося во вращение бесконечным ремнем от колеса. Заряды с шара переходили по проводнику на кондуктор, который был подвешен на шелковых нитях. В 1750-1780 гг. увлечение «электричеством от трения» было всеобщим. Проводились опыты по электризации людей , воспламенению спирта от искры и т.п. Электрическая машина, с помощью которой вы сами проделываете эффектные опыты в физическом кабинете, изобретен в 1870 г. Уимгиерстом.

7.     В ХІІІ в. была высказана гипотеза, что электрические заряды действуют друг на друга на расстоянии. Но английский физик М. Фарадей отказался признать эту гипотезу дальнодействия и обратил внимание на среду,  через которую передавались электрические притяжения и отталкивания. В 1852г. Фарадей проделал такой опыт. Он погружал разноименно заряженные тела в масло (оно является диэлектриком) в котором имелись зернышки какого-либо легкого порошка: при этом между заряжеными телами возникали кривые линии из частиц порошка, идущие от одного заряженного тела к другому. Фарадей предложил что эти линии не только указывают направление действия сил в различных точках полученного электрического поля, а соответствуют каким-то изменениям в той среде, через которую передаются электрические действия. Этот опыт помог Фарадею создать учение об электрическом поле.

VІІ. Оценка знаний учащихся (2 мин)

VІІІ. Домашнее задание: (1мин)

а) Решить задачи № 745,753, 754, 757,758,760,763. Сборник задач и вопросов по  физике под редакцией Р.А. Гладковой.

б) Демонстрация игрушки «Обезьянки» и обьяснение.

Эта игрушка изготовлена из стекла. На нижней стороне крышки нарисованы пальмы. Внутрь коробки положили вырезанные из тонкой бумаги фигурки обезъянок. Ребром ладони провели 2-3 раза по верхней плоскости игрушки. Обезьянки подпрыгнули и повисли на пальмах (притянулись к крышке). Коснулись крышки коробки пальцем над тем местом, где повисла обезъянка, и она упала. Снова провели ребром ладони на крышке коробки, и обезъянки опять прыгнули на пальму.

Объяснение: Проводя ребром ладони по крышке коробки, вы электризуете ее, поэтому легкие  кусочки бумаги (обезъянки) притягиваются к ней. Коснувшись пальцем крышки коробки над тем местом, где висит обезъянка, вы отвели заряд в землю но только с этого места коробки, поэтому обезьянка не притянется больше к нему  и может  упасть.

в) Применение электризации тел «Когда электризация  вредна, полезна»

Литература:

1.Физика: учеб. Для 11 кл. общеобразоват. учреждений/Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев.  15 изд.  М.: Просвещение, 2006.  381 с., ил.

2. Ю.Павленко. Начала физики. «Экзамен», Москва, 2007 г.

3.Настольный справочник школьника. «Весь», С-Пб., 2006 г.

4. http://www.be-freemusic.com/radiokanal/blog/ctranitsa-6

5. http://classfizika.ru/9_34.