Закон сохранения электрического заряда: Алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили в ней

"Если я хочу в каком-либо теле увеличить количество электрической материи, я должен

неизбежно взять ее вне него и, следовательно, умень­шить ее в каком-либо другом теле".

Эпинус

III. Вопросы:

1. Почему зимой электризация тел значительнее, чем летом?

2. Почему повышение среднемесячной температуры воздуха в тропиках, например всего на 2⁰С (с 25 до 27°С), приводит к росту грозовой активности в 100 раз?

3. Если бы электрон был нестабильной частицей, то сохранялся бы элек­трический заряд или нет?

4. Почему при переливании бензина из одной цистерны в другую он может воспламениться, если не принять специальных мер предосторожности?

5. Какими способами можно предотвратить возгорание горючего при его переливании из одной емкости в другую? (Повышение электропроводности бензина, фильтры из разных материалов, металлизация шланга, повышение влажности воздуха, заземление.)

Задачи:

1. Эбонитовая палочка получила заряд –1,6· 10^–6 Кл. Определите число избыточных электронов на ней.

2. В результате трения с поверхности стеклянной палочки было удалено 6,4∙10¹² электронов. Определить электрический заряд на палочке. На сколько килограмм уменьшилась масса палочки?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Эффект электризации наблюдается у водопадов, в пещерах и на берегу моря. Вблизи водопадов в воздухе отношение концентрации отрицательных ионов к концентрации положительных достигает 6, у берега моря 1/2. Почему?

IV. § 31-34 Упр. 7 № 1.

1. Изготовить набор по электризации.

2. Подготовить пятиминутное сообщение о жизни и научной деятельности Б.Франклина.

3. Если некоторый объем води замораживать с одной стороны, то на гра­нице "лед - вода" возникает напряжение. Измерьте его и объясните явление.

4. Составить обобщающую таблицу "Электризация тел", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.

"Отталкивательное, так же как и притягательное дейст­вие двух наэлектризованных шаров, а, следовательно, и двух электрических молекул, прямо пропорционально плотности электрического флюида обеих электрических молекул и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними"

Ш. Кулон

Урок 2. ЗАКОН КУЛОНА

 

Цель урока: Выяснить характер зависимости кулоновской силы от величины зарядов и ра стояния между ними.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: модель "крутильные весы", весы чувствительные с принадлежностями, выпрямитель высоковольтный, обобщающая таблица "Закон Кулона".

План урока:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 20 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Электрический заряд.

2. Электризация тел.

3. Закон сохранения электрического заряда.

Задачи:

1. Два металлических шарика с одноименными, но разными по величине зарядами привели в соприкосновение. При этом заряд одного из них увеличился на 60%, а заряд другого уменьшился на 40%. Найти отношение начальных зарядов шаров.

2. Какой электрический заряд приобрел бы железный шарик радиуса 1 см, если у каждого атома железа удалить по одному электрону?

Вопросы:

1. Можно ли на концах стеклянной палочки получить два одновременно существующих разноименных заряда?

2. Если резиновой трубкой (шлангом) ударить по столу, то она элек­тризуется. Почему?

3. Предложите как можно больше способов, позволяющих очистить одежду от пыли.

4. Зачем бензовозам нужна толстая цепь, которая соединяет их корпус с землей?

5. Почему электризуются капли воды при её дроблении (водопады, душ)?

III. Основной закон электростатики – закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел в вакууме. Понятие точечного заряда. Устройство крутильных весов (демонстрация модели). Опыты Кулона. Закон Кулона (1785 г).

"Сегодня я предъявляю Академии электрические весы. Они измеряют с наивысшей точностью электрическое состояние и электрическую силу тела, как бы мала не была степень его электризации". Шарль Кулон

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Момент М упругих сил, возникающих при закручивании нити, прямо пропорционален углу закручивания нити , и связаны эти величины формулой: , где - длина нити, - ее диаметр, С – коэффициент, зависящий от свойств нити.

Два точечных заряда взаимодействуют друг с другом в вакууме с силой F, величина которой пропорциональна произведению зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Экспериментальная проверка закона Кулона (демонстрация с чувствительными весами). Центральный характер кулоновских сил.

Единица электрического заряда в СИ (повторение). Если бы нам удалось два точечных заряда по 1 Кл поместить на расстояние 1 м друг от друга, то электрическая сила оказалась бы равной 9∙10⁹ Н.

Этот факт, несмотря на огромную величину силы, дает нам возможность определить коэффициент пропорциональности в формуле закона Кулона: k = 9·10⁹ Н·м²/Кл².

 

Формула закона Кулона в СИ:

ε0 = 8,85·10-12 Кл2/(Н·м2)

Экспериментальная проверка формулы закона Кулона: измерение кулонометром электрического заряда шариков и выяснение зависимости кулоновской силы от величины заряда шариков и расстояния между ними.

Обобщающее повторение по таблице "Закон Кулона".

IV. Задачи:

1. С какой силой взаимодействуют два заряда по 10 нКл, находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?

2. На каком расстоянии друг от друга электрические заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?

3. Какую массу должен был бы иметь протон для того, чтобы сила электростатического отталкивания двух протонов уравновешивалась силой их гравитационного притяжения?

4. На каком расстоянии сила электростатического отталкивания двух протонов уравновешивается силой их гравитационного притяжения (зада­ча-провокация)?

V. § 35-36. Упр. 7, № 2, 3

1. Подготовить пятиминутное сообщение о жизни и научной деятельности Ш.Кулона.

"Среди всех людей науки, принесших славу Франции, трудно было бы указать одного человека, кто с точки зрения развития земной физики мог бы хоть как-то сравниться с Кулоном".

Т.Юнг

Исследовательская работа:

Зная расстояние между центрами соседних ионов в кристалле поваренной соли, вычислите силу, необходимую для разрыва всех связей в сечении образца площадью 1 м² (теоретический предел прочности материала). Почему же экспериментальное значение предела прочности в 1000 раз меньше теоретического?

s_экс = 4,5·10⁶ Па s_теор = 10⁹ Па

 

"Мы должны знать - мы будем знать".

Гильберт

Урок 3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

 

Цель урока: Научить учащихся применять закон Кулона при решении конкретных физических задач.

Тип урока: решение задач.

Оборудование: микрокалькулятор, обобщающая таблица "Закон Кулона".

План урока:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Решение задач 30 мин

4. Задание на дом 2-3 мин

 

II.Опрос фундаментальный:

1. Закон Кулона.

Задачи:

1. Заряды 10 и 16 нКл расположены на расстоянии 7 мм друг от друга. Какая сила будет действовать на заряд 2 нКл. помещенный в точку, удаленную на 3 мм от меньшего заряда и 4 мм от большего?

2. Два одинаковых металлических шарика заряжены так, что заряд одного из них в 5 раз больше заряда другого. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на прежнее расстояние. Во сколько раз изменилась по модулю кулоновская сила, если шарики были заряжены одноименно, разноименно?

3. На нить одели три бусинки и замкнули ее в петлю. Одна бусинка имеет заряд q, а остальные 3q. Бусинки могут скользить по нити без трения. В состоянии равновесия нить образует треугольник. Найти угол при основании треугольника.

Вопросы:

1. Как изменится период колебаний математического маятника, если в точку подвеса и на груз поместить одноименные заряды?

2. Укажите границы применимости закона Кулона.

3. Как изменится сила электростатического взаимодействия между двумя точечными зарядами, если расстояние между ними уменьшить в 3 раза и один из зарядов увеличить в 3 раза?

4. С какой силой действуют два одноименных и равных заряда на третий заряд, помещенный посредине между ними?

5. Можно ли крутильные весы Кулона считать колебательной системой?

6. Почему в окружающем нас мире объекты, как правило, нейтральны?

7. Какие опыты свидетельствуют о том, что существует два вида электрических зарядов?

8. Положительно заряженную частицу подносят близко к одноименно заряженному закрепленному точечному заряду. Как зависит ускорение частицы от расстояния между зарядами?

III. Задачи:

1. С какой силой взаимодействовали бы две одинаковые капли воды на расстоянии 1 км, если бы удалось передать одной из капель 1% всех электронов, содержащихся в другой капле массой 0,3 г?

2. Два точечных заряда находятся на фиксированном расстоянии друг от друга, а их суммарный заряд равен q. Чему должен быть равен каждый заряд, чтобы действующая между ними сила была максимальна? (Задачу решить самому двумя способами: определение вершины параболы, обращение в нуль производной от функции в точке экстремума).

3. Изолированная система из двух заряженных материальных точек, расположенных на расстоянии L друг от друга, вращается по окружности относительно оси, проходящей через её центр. Массы материальных точек одинаковы и равны m, их заряды q и –q. Чему равна угловая скорость их вращения, если взаимодействие материальных точек только электростатическое?

4. Три одинаковых заряженных шарика массами m и зарядом q связаны в треугольник нитями длиной L и лежат на гладком столе. Одну из нитей пережигают. Рассчитайте ускорение шариков в начальный момент.

5. По тонкому кольцу радиуса R равномерно распределен малый заряд Q. Кольцо расположено горизонтально в вакууме, а в его центр помещен одноименный точечный заряд q. Найдите силу натяжения, возникающую в кольце.

 

IV. Упр. 7, № 4-6.

"Поэтому должна быть нечувствительная материя вне

электризованного тела, которая и производит эти действия…"

М.В.Ломоносов

Урок 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.