Электрический заряд и элементарные частицы №2.

Тема: Электродинамика. Электрический заряд и
элементарные частицы.
Цели урока:
Обучающая: 1) изучить электрические явления; 2) сформировать
понятия: электрический заряд; элементарные частицы.
Развивающая: формирование логических операций.
Оборудование: 2 высоковольтных преобразователя; 4 электрических
султана; 2 электрометра; разрядник; источники постоянного тока;
воздушные шарики.
Ход урока
С целью формирования у учащихся представления об электромагнитных
взаимодействиях,
предусматривается
повторение
типов
физических
взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого.
Сильное и слабое взаимодействие определяют процессы в очень малых
масштабах
–
внутри
атомов
и
ядер
атомов.
Гравитационные
и
электромагнитные – наиболее распространенные.
Вопрос:
– С каким из этих взаимодействий вы знакомы?
Ответ:
– С гравитационным.
Вопрос:
– По какому существенному признаку вы определяете, что эти
взаимодействия - гравитационные?
Ответ:
– Проявление сил тяготения между телами из-за наличия масс.
Учитель
говорит,
что
взаимодействие
между
электрическими
заряженными телами носит название электромагнитного взаимодействия,
которое ответственно за большинство явлений в повседневной жизни. Ясно,
что невозможно описать эти явления сразу. Поэтому поделим
мир
электромагнитных явлений на три раздела. В первом разделе изучим
особенности взаимодействия в том случае, когда источники взаимодействия
– электрические заряды покоятся,
как друг относительно друга, так и
относительно наблюдателя. Во втором разделе мы узнаем, как меняется
характер
взаимодействия
между
электрическими
зарядами,
которые
движутся с некоторой скоростью по электрической цепи. Этот раздел
называется "Постоянный электрический ток". В третьем разделе –
"Электродинамика" – мы узнаем о том, что происходит, когда электрические
заряды движутся с переменной скоростью.
Учитель:
– Выясним, как можно получить электрические заряды? Далее изучим,
какое действие оказывают они друг на друга, когда остаются
неподвижными.
Со словами "электричество", "электрический
заряд", "электрический
ток" вы встречались много раз и успели к ним привыкнуть. Но как ответить
на вопрос: "Что такое электрический заряд?". Дело в том, что понятие "заряд"
– это основное, первичное понятие, которое на современном уровне развития
наших знаний не сводится к каким-либо более простым понятиям. Обратимся
к демонстрационному эксперименту.
Ход эксперимента: 2 одинаковых высоковольтных преобразователя
подключены каждый к своей паре султанов. Кроме того, к преобразователям
подключены электрометры, которые позволяют сравнить
выходных напряжений (в данном случае они одинаковы).
Учащиеся наблюдают за ходом эксперимента, анализируют
его и выделяют признаки.
1. Взаимодействия электромагнитные.
2. Сила взаимодействия одинакова.
3. Султаны в каждой установки притягиваются.
4. Заряды электрометров одинаковы.
значения
Учащиеся
делают
вывод:
заряды
одинаковы,
следовательно,
одинакова сила взаимодействия.
Далее демонстрация несколько усложняется. Используя ту же самую
установку, изменим выходное напряжение на одном из преобразователей.
Учащимся дается задание проанализировать свои наблюдения, затем
выделить признаки сходства в наблюдаемых явлениях и записать их:
1. Взаимодействия электромагнитные.
2. Султаны притягиваются.
3. Заряды разноименные.
Далее выделяем признаки отличия:
1. Заряды электрометров различны.
2. Сила взаимодействия различна.
Вывод: заряд различный,
следовательно, различна и сила
взаимодействия. Чем больше заряд, тем сильнее взаимодействие.
Учитель:
– Раскроем физический смысл понятия "электрический заряд".
– Что такое заряд, как физическая величина?
Ученик:
– Заряд - это физическая величина, определяющая интенсивность (меру)
электромагнитных взаимодействий.
На следующем этапе, раскрывается сущность явления электризации,
устанавливается закон сохранения электрического заряда.
Учитель:
–Вспомните первое положение МКТ.
Ученик:
–Все макроскопические тела состоят из молекул и атомов.
Учитель:
–Из чего состоят атомы?
Ученик:
–Из ядра и электронов.
Учитель:
–Из чего состоит ядро?
Ученик:
–Из протонов и нейтронов. Протон, нейтрон, электрон – элементарные
частицы.
Учитель:
– Имеют ли эти частицы массу?
Ученик:
– Имеют.
Учитель:
– А бывает ли заряд без частицы?
Ученик:
– Нет.
Делаем вывод, что заряд это свойство элементарных частиц и
заряженных тел. Элементарные частицы, из которых состоит атом,
взаимодействуют между собой.
Записываем определение: взаимодействие между элементарными
частицами называются электромагнитными.
Далее
учитель
организовывает
анализ
электромагнитных
взаимодействий между элементарными частицами.
Учитель:
– Что происходит при взаимодействии частиц с противоположными
знаками, одинаковыми?
Ученик:
– Притягиваются, отталкиваются.
Вывод: разноименно
заряженные частицы - притягиваются,
одноименно заряженные – отталкиваются.
Учитель:
– Чем отличается заряд положительный от заряда отрицательного?
Между отрицательными и положительными зарядами природных
различий нет. Это обозначение принято в науке условно. И если бы
знаки зарядов частиц поменяли местами, то от этого характер
взаимодействий не изменился бы.
Существует минимальный заряд, называемый элементарным. Величина
его равна заряду электрона. Отделить часть заряда у электрона невозможно.
Каким образом макроскопические тела приобретают
электрический
заряд? Ведь в действительности все макроскопические тела любого вещества
не имеют заряда, так как число электронов в атоме равно числу протонов в
ядре. Получается, что положительные и отрицательные частицы связаны в
атоме, образуя нейтральную систему.
Учитель:
– Обратимся к опытам: электризация трением (расческа, ручка – делают
ученики, учитель – воздушными шарами).
Делаем вывод: макроскопическим телам можно сообщить заряд
трением. В результате трения небольшая часть электронов переходит от
одного тела к другому и заряжает его отрицательно. Значит, заряды этих тел
будут одинаковы по модулю и противоположны по знаку. А это говорит о
выполнении закона сохранения электрических зарядов. То есть совместное
решение проблемы учителя с учениками путем применения особых
методических приемов постепенно приводит к раскрытию содержания
важного закона.
Закон: В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов остается
неизменной.
Если заряды обозначить через q1; q2;...qn, то
q1 + q2 + ...+ qn = const
Справедливость закона сохранения заряда подтверждает наблюдения
над огромным числом превращений элементарных частиц. Этот закон
выражает одно из самых фундаментальных свойств электрического заряда.
Истинная причина сохранения заряда до сих пор неизвестна. Предполагается,
что полный электрический заряд вселенной равен нулю.[54]
На основе рассмотренных понятий составлен обобщенный алгоритм
перечня примерных вопросов на закрепление:
1. Назовите, что называется признаками предмета (понятия, явления)?
2. Приведите примеры признаков предметов (понятий, явлений).
3. Что значит выделить признаки предметов (понятий, явлений)?
4. Какие признаки предмета (понятия, явления) называются сходными?
Приведите примеры.
5. Какие
признаки
предмета
(понятия,
явления)
называются
отличительными? Приведите примеры.
6. Что значит выделить сходные и отличительные признаки предмета
(понятия, явления)?
7. Какие
признаки
предмета
(понятия,
явления)
называются
существенными, а какие несущественными? Приведите примеры.
8. Что значит выделить существенные и несущественные признаки
предмета (понятия, явления)?
9. Назовите признаки без которых предмет (понятие, явление) не
существует?
10.Что значит объединить выделенные признаки предмета (понятия,
явления)?
11.Что значит выделить существенно-общие признаки предметов
(понятий, явлений)?
12.Какие
признаки
существенно-общие?
предмета
(понятия,
явления)
называются