Электроскоп. Электрическое поле - Электрические явления

Цели: ознакомить учащихся с устройством электроскопа; сформировать представления учащихся об электрическом поле и его свойствах.

Демонстрации: устройство и принцип действия электроскопа; проводники и непроводники электричества; обнаружение поля заряженного шара.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

С целью повторения материала, изученного на предыдущем уроке, можно провести краткий фронтальный опрос:

- Какие два типа зарядов существуют в природе, как их называют и обозначают?

- Как взаимодействуют между собой тела, имеющие одноименные заряды? Приведите примеры.

- Как взаимодействуют между собой тела, имеющие разноименные заряды? Приведите примеры.

- Может ли одно и то же тело, например эбонитовая палочка, при трении электризоваться то отрицательно, то положительно?

- Можно ли при электризации трением зарядить только одно из соприкасающихся тел? Ответ обоснуйте.

- Правильно ли выражение: «При трении создаются заряды»? Почему?

II. Лабораторная работа

Исследование электризации различных тел

Приборы и материалы: гильза бумажная на шелковой нити, подвешенная на штативе; линейка измерительная из оргстекла; полоска резиновая размером 30 х 300 мм; пленка полиэтиленовая 30 х 300 мм; полоска бумажная размером 30 х 300 мм; кусок капроновой ткани.

Порядок выполнения работы

1. Наэлектризуйте друг о друга (трением, прижатием, ударами) линейку из оргстекла и резиновую полоску (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 опытов внесите в таблицу:

Электризуемые тела	об оргстекло	о резину	о полиэтилен	о бумагу	о капрон
Оргстекло	0	+
Резина	-	0
Полиэтилен			0
Бумага				0
Капрон					0

III. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Устройство и принцип действия электроскопа и электрометра.

2. Проводники и диэлектрики.

3. Электрическое поле.

4. Электрические силы.

1. Для изучения свойств заряженных тел издавна пользовались электроскопами. Конструкция их проста: через пластмассовую пробку в металлической оправе проходит металлический стержень, на конце которого закреплены два листика тонкой бумаги. Оправа с двух сторон закрыта стеклом.

Демонстрируя устройство и принцип действия электроскопа, учитель задает учащимся вопросы:

- Как при помощи листочков бумаги обнаружить, наэлектризовано ли тело?

- Как по углу расхождения листочков электроскопа судят о его заряде?

Для опытов с электричеством используют и другой, более совершенный прибор - электрометр. Здесь легкая металлическая стрелка заряжается от металлического стержня, отталкиваясь от него на тем больший угол, чем больше они заряжены.

2. Проводники и диэлектрики. Понятие о проводниках и диэлектриках можно ввести на основании опытов. Возьмем два электрометра и один из них зарядим. Соединяя электрометры металлической палочкой, убеждаемся, что электрический заряд передается от одного электрометра к другому. Тела, обладающие таким свойством, называются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы, растворы кислот, щелочей, солей и так далее. Соединяя электрометры каучуковой палочкой, убеждаемся, что заряд в этом случае не передается. Эти вещества называются изоляторами (или диэлектриками). Диэлектриками являются фарфор, эбонит, стекло, резина, пластмассы, воздух и др.

3. Электрическое поле. Механическое действие тел друг на друга происходит или при непосредственном соприкосновении тел, или при наличии между ними какого-либо материального посредника. Так, при ударе двух шаров осуществляется непосредственный контакт обоих взаимодействующих тел, а при буксировке одного автомобиля другим действие первого автомобиля ко второму передается через третье тело - трос. Во всех случаях, когда между двумя взаимодействующими телами нет контакта, можно обнаружить такое «третье тело», которое, являясь посредником, передает- действие от одного тела к другому, причем действие передается с конечной скоростью. Так, действие звучащего тела на барабанную перепонку уха передается через воздух с конечной скоростью (скорость звука).

Иное дело - взаимодействие электрических зарядов. Заряженные тела действуют друг на друга, хотя на первый взгляд нет никакого посредника между ними (воздух таким посредником быть не может, так как электрическое взаимодействие происходит и в вакууме).

Согласно учению английских физиков Фарадея и Максвелла, вокруг заряженных тел существует среда, посредством которой и осуществляется электрическое взаимодействие. Пространство, окружающее один заряд, воздействует на пространство, окружающее другой заряд и наоборот. Посредником в этом взаимодействии и является электрическое поле.

Электрическое поле - форма материи, посредством которой осуществляется электрическое взаимодействие заряженных тел, оно окружает любое заряженное тело и проявляет себя по действию на заряженное тело.

Главное свойство электрического поля заключается в его способности действовать на электрические заряды с некоторой силой. Силу, с которой электрическое поле действует на внесенный в него электрический заряд, называют электрической силой.

Нетрудно показать, что направление сил, действующих в электрическом поле, зависит от знака заряда тела, вокруг которого существует поле, их значение - от расстояния рассматриваемой точки до заряженного тела

Для конкретизации представлений учащихся об электрическом поле полезны демонстрации опытов с султанами и демонстрация спектров электрического поля. Демонстрация спектров электрического поля, возникающего вокруг заряженных тел, помогает создать у учеников геометрический образ электрического поля.

IV. Закрепление изученного

Если в конце урока остается время, с целью закрепления материала можно коллективно обсудить ряд качественных задач по теме, например:

- Чем отличается пространство, окружающее заряженное тело, от пространства, окружающего незаряженное тело?

- Как можно обнаружить электрическое поле?

- Если к заряженному металлическому шарику прикоснуться пальцем, он теряет практически весь заряд. Почему?

- Правильно ли утверждение, что два заряда, равные по модулю, но противоположные по знаку, уничтожаются, если их поместить на один и тот же проводник?

- Что общего между гравитационным и электрическим взаимодействием? Каковы наиболее заметные отличия?

- Достаточно ли просто коснуться шарика электроскопа заряженной эбонитовой палочкой, чтобы стрелка электроскопа заметно отклонилась?

Домашнее задание

1. § 27,28 учебника; ответить на вопросы к параграфам.

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1187, 1201, 1205.

Дополнительный материал

Майкл Фарадей

(1791-1867)

Майкл Фарадей родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Майкл получил только начальное образование и с 13 лет работал переплетчиком в книжной лавке. Именно там он развил свои знания путем систематического самообразования, читая книги, которые переплетал.

Однажды Майкл Фарадей посетил одну из лекций Хемфри Деви, великого английского физика, изобретателя безопасной лампы для шахтеров. Фарадей сделал подробную запись лекции, переплел ее и послал Деви. Тот был настолько поражен, что предложил Фарадею работать в качестве секретаря. Вскоре Деви отправился в путешествие по Европе и взял с собой Фарадея.

Вернувшись в Лондон в 1815 году, Фарадей начал работать ассистентом в одой из лабораторий Королевского института в Лондоне. А в 182S году он сменил Деви на посту директора лаборатории. В здании института Фарадей прожил всю свою жизнь, замкнуто и скромно.

Когда в 1835 году друзья выхлопотали ему государственную пенсию, он отказался ее принять. Только после того, как к нему обратился министр финансов Англии лорд Мельбурн, Фарадей изменил свое решение.

Основные работы Фарадея связаны с электричеством и магнетизмом. Намотав в виде спирали проволоку на кусок железа, он доказал, что при прохождении через нее электричества железо превращается в магнит. Затем Фарадей ударил железо и выяснил, что магнитные свойства спирали не изменились. Этот прибор был назван им электромагнитом.

Джеймс Клерк Максвелл

(1831-1879)

Джеймс Клерк Максвелл родился в Эдинбурге в семье шотландского дворянина. Он получил образование в Эдинбургском и Кембриджском университетах. В 1860 г.

Максвелл стал профессором Лондонского университета, где он основал первую в Англии специально оборудованную физическую лабораторию. В 1860 г. он был избран членом Лондонского Королевского общества Академии наук Англии.

Одну из своих ранних научных работ - исследование об овальных кривых - Максвелл написал еще в 15-летнем возрасте. Будучи студентом Эдинбургского университета, он сделал в Эдинбургском Королевском обществе Академии наук Шотландии доклад о равновесии упругих тел, доказал теорему, известную ныне в теории упругости и сопротивления материалов как теорема Максвелла.

В 1855 г. Максвелл провел ряд исследований по теории цветового зрения. В том же году он начал исследование «О Фарадеевых силовых линиях», которое продолжал, по существу, в течение всей своей жизни.

«Я старался, - писал Максвелл, - ... представить математические идеи в наглядной форме, пользуясь системами линий или поверхности, а не употребляя только символы, которые и не особенно пригодны для изложения взглядов Фарадея и не вполне соответствуют природе объясняемых явлений».

И далее: «Электромагнитное поле - это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии».

Таково первое в истории физики определение электромагнитного поля. Фарадей начал разработку идеи. Максвелл блестяще завершил ее, создав теорию электромагнетизма.

Дальнейшее развитие этой теории привело Максвелла к выводу об электромагнитной природе света.

Максвелл выразил законы электромагнитного поля в виде системы четырех дифференциальных уравнений, которые легли в основу электродинамики. Максвелл, пользуясь методами математической статистики, сформулировал в кинетической теории газов закон распределения молекул идеального газа по скоростям. Выполнил также ряд крупных работ по оптике, теории упругости, молекулярной физики.